За милионите зрители, приковани пред телевизорите, Олимпийските игри са олицетворение на състезателния дух и атлетизма. Но колко от тях забелязват най-дребните подробности, които отделят провалилия се участник от медалиста и олимпийския рекорд от посредственото постижение? Разликата между едното и другото може да бъде толкова дребна като няколко градуса в повече при ъгъла, под който скачат състезателите на висок скок или налягането върху краката при стойката, която заема спринтьора на старта. Подобни особености обаче не убягват от вниманието на специалистите по биомеханика –
науката за движението и механиката на живите организми
Никъде тези познания не са по-добре развити от Лабораторията по спортна биомеханика към Университета на Олбърн, Алабама. Под вещото ръководство на ръководителката на лабораторията Уенди Уаймар се подготвят дузина американски и чуждестранни атлети, които участват в Олимпийски игри и световни първенства. Връзката между университета и олимпийските екипи се ражда преди няколко години, когато бившият ръководител на плувната програма в Олбърн и настоящ помощник треньор на американския олимпийски плувен тим Дейвид Марш се свързва с Уаймар, за да я помоли да даде съвет на неговите подопечни спортисти. Марш преценява, че с богатия си опит в областта на спортната биомеханика, която изучава движението на ставите, мускулите и скелета на човек, Уаймар може да предложи един различен и уникален поглед за начина, по който могат да се подобрят постиженията на атлетите.
Използвайки съвременни технологии като система от сензори за движение и 10 инфрачервени камери с висока резолюция, Уаймар и екипът й са в състояние да анализират електрическата активност на скелетните мускули,
като по този начин извлекат важна информация за походката и баланса на атлета, скоростта на стартиране на спринтьора или силата, упражнявана при скоковете на височина. На базата на тези данни се изготвят индивидуални програми за тренировки и упражнения, които да превърнат слабостите в силни страни.
„Повечето спортисти наистина се впечатляват от нашите анализи“, разказва Уаймар, „Те непрекъснато се стремят да бъдат във форма и оценяват помощта ни“. Златният медалист от плувната щафета от Атина 2004 Марк Ганглоф е съгласен. „Като атлети, ние сме в състояние да видим нещата само от една перспектива. За да разчупиш това се нуждаеш от някой, който може да погледне от друга гледна точка“.
Спирнтьорката Лорин Уилямс също има какво да каже по въпроса. По време на Игрите в Пекин тя постави трето най-добро време (11.03 сек.) в бягането на 100 метра, но не успя да вземе медал, тъй като второто най-добро време (10.98 сек.) бе поделено между две състезателки, които си разделиха сребърното отличие. Тези пет стотни се оказват фатални, но благодарение на спортната биомеханика, събрала информация за броя и размера на разкрача на бегачите, можем да разберем какво точно се е случило. Оказва се, че сребърната медалистка Шерън Симпсън е направила 48 разкрача, взимайки по 2.08 м. на разкрач. Въпреки че Уилямс изминава повече разкрача за секунда от нея, тя изостава заради по-ниския си ръст и по-късите крака, поради които взима 1.89 м. на разкрач и съответно се нуждае от 53 разкрача, за да завърши бягането. Подобна информация определено може да бъде полезна на американката, ако й се наложи отново да се изправи срещу тези съпернички.
Биомеханичните данни на атлетите са от особено значение
при динамични спортове като плуването и гимнатиската, където спортистите трябва да се съобразяват максимално със законите на физиката, ако искат да постигнат висок резултат. Основният проблем пред плувците е как да намалят възможно най-много сцеплението с водата, за да успеят да „откраднат“ стотна или две. Сцеплението се увеличава с увеличаването на изложената на водата повърхност, така че колкото по-гладко е тялото на плувеца, толкова по-малко сцепление има. За целта спортистите епилират телата си, носят плувни шапки и носят специални костюми, подобряващи хидродинамиката. Тъй като водата е с по-голямо съпротивление от въздуха, плувецът непрекъснато се стреми да се задържи максимално близо до повърхността, излагайки по-голяма част от тялото си на лекия въздух, а не на пречещата вода.
На свой ред гимнастиците задължително се съобразяват с т.нар. момент на импулса, който характеризира всяко тяло при въртенето му около дадена ос на симетрия. Величината зависи от масата на обекта, скоростта и това колко е отдалечен от центъра му на гравитация. Поради това гимнастикът може да се върти по-бързо като прибере ръцете и краката си колкото се може по-близо до тялото си, намалявайки пространството, върху което е разпределена масата му. В резултат скоростта на атлета се увеличава, за да компенсира разликата и така поддържа момента на импулса постоянен.
Едва ли учението на Исак Нютон е нещо, което повечето свързват със скоковете във вода, но Третият закон на Нютон влияе изключително на олимпийските скачачи, Които се опитват да се призимят в басейна с колкото се може по-малък плясък и разлив на вода. Максимата, че на всяко действие отговаря равно по сила и противоположно по посока противодействие означава, че атлетът трябва да скочи колкото се може по-силно върху дъската, за да получи по-голямо вертикално ускорение във въздуха. Колкото по-дълго е във въздуха той, с толкова повече време разполага, за да изпълни ефектно съчетание. Наближавайки водата при падане, скачачът се опитва да изпъне тялото си максимално вертикално, прибирайки ръцете и краката. „Причината, поради която се прави това е, че иначе ще разплискат прекалено много вода“, обяснява Джил МакНит-Грей, професор по биоинженерство от Университета на Южна Калифорния. „Когато влезеш в басейна трябва да направиш малка дупка, за да не нахлуе през нея вода, която ще се разплиска и ще развали впечатлението“.
При рекордните си бягания най-бързият мъж на планетата Юсеин Болт
демонстрира ускорение и скорост, които удивяват целия свят, но какво се крие зад успеха му? С височина от 198 см, Болт се извисява доста над конкурентите си. По-дългите му крака правят по-широк разкрач и докато другите бегачи изминават 100 м. с 44 разкрача, Болт прави това само с 41. Освен това има повече маса и стъпвайки по-тежко на земята, получава по-силно обратно налягане от нея, което ги изтласква напред. Самюел Хамнър, инженер по биомеханика от Станфорд изследва бягането на Болт, за да създаде симулация на за подобряване на спринта на атлетите. „При всеки негов разкрач в крака му едновременно и координирано работят цели 30 мускула”, обяснява Хамнър. „Той успява да се задържи по-дълго във въздуха, което му дава решаващо предимство”.
Световната рекордьорка на 200 м. гръб Миси Франклин е само на 17 години, но вече се наложи като една от най-добрите плувкини. Подобно на Болт и тук размерите играят ключова роля при обяснението на успеха й. Франклин е висока 186 см., а дългите й ръце притежават силен размах, който й помага да преодолее водното съпротивление и да постигне високо ускорение. Д-р Тимоти Уей от Университета на Небраска използва принципите на механиката на флуидите, за да обясни условията, с които трябва да се справи Франклин. „От старта на състезанието срещу нея действат три съпротивителни сили – триене, при което водата около нея се движи в обратна посока, налягане на разделящата се пред нея вода и бариера, създадена от разпръскващите се във водата вълни.” За да се противопостави на законите на физиката, Франклин съсредоточава усилията си в изтласкването на колкото се може повече вода зад нея, както и в усилената работа с нейните крака номер 47. Използвайки принципите на флуидната механика тя получава решаващо предимство в басейна.
С рекорд от 280 кг. във вдигането на тежести, Сара Роубълс е една от най-силните жени на света,
но и модел за технологичен прототип, наречен WAM arm
или whole arm manipulation – механична ръка-робот, чиято конструкция наподобява ръката на Роубълс. Създател на ръката е Брайън Зенович, биомеханичен инженер от Barrett Technology, който прави сложен инженерен модел, вдъхновен от движенията на Роблес при вдигането и изтласкването на щангата. В този случай не атлетът черпи полза от науката, а точно обратното. „Хората се съсредоточават върху щангата, но всъщност по-важно е движението на тялото около нея”, разкрива Роубълс. Засега WAM arm е все още в начална фаза и се нуждае от програмиране, за да научи движенията на атлетката, които тя възпроизвежда интуитивно. „Създаването на робот, който може да работи свободно с ръка е изключително полезно в ежедневието”, казва Зенович. „Учейки се от Сара един ден ще можем да превърнем WAM arm в точно такъв уред”.
Брайън Клей, едно от големите имена в модерния десетобой, също е сред атлетите, които използват биомеханиката, за да се подготвят за битката на пистата за скок на дължина. При опита на Клей определящи са два фактора – хоризонталното ускорение (скоростта на спринта) и вертикалното ускорение (скоростта на скока). От момента на скока гравитацията дърпа Клей надолу, като променя вертикалното му ускорение, но не засяга хоризонталното. На помощ се притича Мелвин Рейми, биомеханичен инженер и част от отбора на САЩ по лека атлетика. Измервайки двете ускорения той се опитва да намери ключов момент от скока – ъгъла на скок, който ще определи неговата дължина. „Най-добрите постижения на скок на дължина са с ъгъл между 18 и 22 градуса”, твърди Рейми, който ползва стереоскопична технология на BMW, за да изчисли данните от скоковете на Клей. „С нея знам колко бързо тичам, как съм скочил и как е трябвало да го направя, за да имам максимален резултат”, заключава атлетът.
Може би най-уникален обаче е опитът на южноафриканския спринтьор Оскар Писториус, чиито два крака са ампутирани под коляното още като бебе. Използвайки
специални протези от въглеродни нишки,
Оскар успешно се състезава и печели поредица състезания за хора с увреждания, а на Олимпийските игри в Лондон дори участва с успех в бягането на 400 м, с което влезе в историята. Критиците изтъкват, че протезите му дават нечестно предимство, но учени и инженери са категорични, че това не е така. „В тях няма изкуствен интелект, няма сензори или мускули”, твърди Хю Хер от Масачузетския технологичен институт.”Колкото и да е добра, протезата не може да се сравнява с естествената мускулатура”. Когато Писториус тича, най-напред в контакт с пистата влиза стъпалото на протезата. Наподобявайки глезен, кракът се сгъва леко и улавя част от енергията от контакта. На свой ред, подобно на сухожилие, тя му помага да се придвижи напред, когато протезата се вдига над земята и съхранената енергия се освобождава. За да компенсира липсата на долни крайници и мускули, атлетът използва мускулите на торса и бедрата си, за да придвижва тялото си напред.
Както протезата на Оскар Писториус показва, механичните приспособления не могат да заменят естествените дадености на тялото, но знаейки как функционира то инженери, механици и спортисти могат да извлекат невероятно полезна информация. Въоръжени с нея все повече модерни атлети прекарват десетки часове в усилено изучаване на модели и схеми на тичане, скачане и плуване, търсейки начин да извлекат максимума от постиженията си. А когато дойде денят на състезанието, всички се отправят към пистата и басейна, където в крайна сметка победителят може да бъде само един.
Прочетете още:
Работа от разстояние: най-важното за фирмата
Състезание по LEGO роботика
Apple и Google в спор за глобалния връх
Най-големите интернет скандали за всички времена – І
Шефът на Apple Тим Кук печели повече от Twitter
Често срещани грешки на младите предприемачи
5 приложения за вашия стар iPad
3 финансови съвета, които трябва да избягвате
10 компании с добър първи ден на борсата
63% процента от брандовете имат няколко Twitter акаунта
