Потенциальная асимметрия Болта, незаметная невооруженным глазом, возникла после того, как исследователи SMU оценили беговую механику самого быстрого человека в мире.По словам Эндрю Удофа, исследователя биомеханики из Лаборатории двигательных характеристик СМУ, механика Болта может варьироваться в зависимости от его левой ноги и правой.Существование неожиданной и потенциально значительной асимметрии у самого быстрого бегуна из когда-либо существовавших людей помогло бы ученым лучше понять основы максимальной скорости бега. Эксперты по бегу обычно считают, что асимметрия снижает производительность и замедляет бег бегунов.
«Наши наблюдения поднимают непосредственный научный вопрос о том, представляет ли отсутствие симметрии личную механическую оптимизацию, которая делает Bolt самым быстрым спринтером в истории, или существует по причинам, которые еще предстоит определить», — сказал Удофа, член исследовательской группы.Локомоторная лаборатория SMU, возглавляемая Питером Вейандом, фокусируется на механических основах деятельности человека.
В состав группы входят физик и инженер Лоуренс Райан, эксперт по анализу сил и движений, и доктор-исследователь Удофа.Интригующая возможность асимметрии Болта возникла после того, как исследователи SMU решили оценить его схему применения наземных сил — буквально, насколько сильно и быстро каждая нога касается земли. Для этого они измерили «импульс» для каждой ступни.
Импульс — это комбинация силы, приложенной к земле, умноженной на время контакта ступни с землей.«Способ, которым Болт реализует свои импульсы, кажется, варьируется от ноги к ноге», — сказал Удофа. «Как время, так и величина приложения силы различались между ногами в шагах, которые мы проанализировали до сих пор».
Импульс имеет значение, потому что именно он определяет время бегуна в воздухе между шагами.«Если у бегуна слабый импульс, у него не так много времени в воздухе», — сказал Вейанд. «Наши предыдущие опубликованные исследования показали, что для достижения более высоких скоростей необходимы большие наземные силы, прилагаемые в более короткие периоды контакта ступни с землей.
Это верно отчасти потому, что время полета не различается между быстрыми и медленными бегунами на их максимальных скоростях. Следовательно, сочетание больших наземных сил и более короткого времени контакта характерно для самых быстрых спринтеров в мире ».Исследователи не тестировали Bolt в лаборатории SMU. Вместо этого они использовали новый метод, основанный на движении, для оценки закономерностей приложения наземных сил.
Они проанализировали Болта и других элитных бегунов, используя существующие кадры высокоскоростных гонок, доступные на NBC Universal Sports и доступные здесь, https://www.youtube.com/watch?v=TGh7SqVI_w8. Бегуны соревновались в гонке Бриллиантовой лиги 2011 года на чемпионате мира по легкой атлетике в Монако.Удофа проанализировал 20 шагов Болта в гонке в Монако, усредняя данные 10 левых и 10 правых.Исследователи полагались на время контакта ступни с землей, время в воздухе, скорость бега и массу тела, чтобы определить силы реакции земли с помощью нового метода, названного «двухмассовой» моделью механики бега.
Бегуны обычно бегают на беговой дорожке с механическими приборами или на силовых пластинах для исследования бегущих сил реакции земли. Однако метод двухмассовой модели предоставляет инструмент, позволяющий оценивать силы реакции опоры на основе движения без прямых измерений силы.«Существуют новые направления исследований, которые могут стать возможными благодаря модели, поскольку измерения прямой силы не требуются», — сказал Вейанд. «Сюда входят исследования важности симметрии для бега на короткие дистанции. Двухмассовая модель может облегчить получение данных за пределами лаборатории, чтобы помочь нам лучше решать подобные вопросы».
Удофа представил результаты на 35-й Международной конференции по биомеханике в спорте в Кельне, Германия. Его презентация «Силы наземного реагирования во время соревнований на треке: метод оценки на основе движения» была представлена ??18 июня.
Двухмассовая модель опирается на основные данные о движенииИсследователи SMU разработали краткую двухмассовую модель как упрощенный способ прогнозирования всей картины силы на земле — от удара до отрыва — с очень простыми данными о движении.
Модель объединяет классическую физику и анатомию человека, чтобы связать движения отдельных бегунов с их схемами силы на земле.Он обеспечивает точные прогнозы зависимости силы грунта от времени в течение каждого момента периода контакта, независимо от механики конечностей, типа удара ногой или скорости бега.
Двухмассовая модель существенно менее сложна, чем другие научные модели, объясняющие закономерности приложения силы земли во время бега. Большинство существующих моделей более сложны и основаны на 14 или более переменных, многие из которых менее четко связаны с человеческим телом.
«Двухмассовая модель предоставляет нам новый инструмент для оценки критически важного раннего участка контакта ступни с землей, который так важен для бега на короткие дистанции», — сказал Удофа. «Модель расширяет нашу способность оценивать зависимость силы удара от фазы и времени только на основе данных о движении».