Рекордные показатели ямайского спринтера Усейна Болта вызвали интерес к вопросу о пределах скорости человека. Новое исследование, опубликованное в Журнале прикладной физиологии (Journal of Applied Physiology), предлагает интригующий экскурс в биологию и возможно даже в будущие скорости бегущего человека.
Недавно опубликованные данные определяют критический фактор, обуславливающий биологический предел скорости бега, и предлагают интересную точку зрения на то, как можно расширить этот «лимит» с 45 км/час, проходимых Болтом, до скоростей в 60-65 км/час.
Авторами новой работы, «Биологический предел скорости бега обусловлен типом поверхности», стали Питер Вейанд из Южного Методического Университета; Розалинда Санделл и Даниль Прайм из Университета Райса; и Матью Бандл из Университеа Вайоминга.
«Основополагающая идея работы о том, что скорость ограничена силой, с которой спортсмен ударяет о поверхность, является весьма справедливой», говорит Вейанд, доцент психологии и биомеханики в Южном Методическом Университете Далласа.
«Учитывая, что лучшие спринтеры в каждый беговой шаг вкладывают максимальную силу от 360 до 450 кг одной ногой, легко поверить, что они, возможно, используют свои мышцы и конечности на пределе своих возможностей», говорит он. «Тем не менее, в новой работе мы опровергаем данное предположение. Несмотря на силу, которую бегуны развивают вовремя бега, мы обнаружили, что конечности способны на гораздо большие толкающие усилия, чем те, которые мы наблюдаем при прямолинейном высокоскоростном беге».
Помимо ограничений в силе, исследователи обнаружили, что критическое биологическое ограничение связано с временем – а именно, очень короткими периодами времени, имеющимися для применения силы при контакте с землей во время бега. У элитных спринтеров контакты ступни с землей составляют менее одной десятой секунды, и максимальное толкающие усилие приходится на первую одну двадцатую этой секунды.
Исследователи использовали несколько экспериментальных методов, чтобы прийти к такому заключению. Они использовали высокоскоростную бегущую дорожку, способную развивать скорости свыше 64 км/час и показывать четкие измерения силы, с которой бегун воздействует на поверхность при каждом беговом шаге. Они также попросили участников пробежаться на высокой скорости разными способами. Помимо традиционного бега на максимальной скорости, участники скакали на одной ноге и бегали на беговой дорожке спиной вперед на максимально возможной скорости.
Нетрадиционные тесты были специально выбраны, чтобы проверить распространенное мнение о механических факторах, ограничивающих беговую скорость человека, которое заключается в том, что предельная скорость зависит от силы, с которой бегун ударяет ногами о поверхность.
Итак, исследователи обнаружили, что толкающее усилие при скачке на одной ноге с максимальной скоростью превышало силу, затрачиваемую при прямолинейном беге на 30 и более процентов, и что силы, производимые активными мышцами ноги были примерно в 1,5-2 раза больше, чем при скачке на одной ноге.
Вывод о предельном времени был сделан на основании совпадения в минимальной периодичности контактов стопы с землей при беге вперед и назад на максимальной скорости. Хотя, как и ожидалось, максимальная скорость при беге вперед спиной по сравнению со скоростью при прямолинейном беге была значительно ниже, минимальные периоды контакта ступни с поверхностью при максимальных скоростях бега вперед и назад были в основном идентичны.
По словам Матью Бандла, доцента биомеханики в Университете Вайоминга, «Очень точное совпадение между самыми короткими периодами контакта ступни с землей на максимальной скорости в этих двух совершенно разных видах бега указывает на биологический предел того, как быстро активные мышечные ткани могут генерировать силу, необходимую для отталкивания бегуна при каждом шаге».
По словам исследователей, новая работа показывает, что границы беговой скорости очерчены пределами скорости сокращения самих мышечных волокон, в то время как скорость их сокращения обуславливает предел того, как быстро конечность бегуна может применять толчковую силу на беговую поверхность.
«Наши прогнозы указывают на то, что скорость сокращения мышц позволит благодаря максимальным или близким к максимальным усилиям достигать скорости 55-65 км/час в час, а может быть и больше», говорит Бандл.