Какую силу сопротивления преодолевает человек при беге? Какова мощность, развиваемая бегуном? Какую работу совершает он на трассе? Вот какие вопросы интересовали автора, поклонника аэробного бега. Ответов на эти вопросы он нигде найти так и не смог, поэтому провёл собственные исследования. Результаты их приведены в статье.
Аэробику американского врача Купера – систему аэробных тренировок для укрепления сердца и сосудистой системы – знают если не все, то очень и очень многие. Его книжка «Новая Аэробика» после перевода на русский была необычайно популярной в СССР в семидесятых-восьмидесятых годах. В 1989 году вышло новое, переписанное автором издание «Аэробика для хорошего самочувствия».
Особенностью Аэробики является введённая Купером система очков, в которых оценивается тренировочная нагрузка. Очки эти - некая энергетическая оценка проведенной тренировки: учёт потраченной энергии и потреблённого кислорода в условных единицах. Таблицы очков составлены Купером для различных, но именно аэробных видов спорта, связанных с повышенным потреблением кислорода, с тренировкой выносливости, а не силы и быстроты.
Основной целью аэробных тренировок является укрепление главной мышцы человека – сердца, а также сосудистой системы, ответственной за транспортировку крови. Рост их тренированности сопровождается увеличением максимального потребления кислорода (МПК), приходящегося на килограмм массы тела.
Доктор Купер, рассчитывая эффективность занятий в очках, основывался именно на МПК. Он проводил измерение МПК, собирая весь воздух, выдыхаемый человеком во время физической нагрузки, и исследуя его в газоанализаторе. Разность содержания кислорода в обычном воздухе и в выдыхаемом давала величину кислорода, потреблённого лёгкими за определённое время. По количеству усвоенного кислорода Купер делал вывод о сжигаемых организмом калориях, то есть о затраченной им энергии.
Ясно, что система очков доктора Купера – система эмпирическая, составлявшаяся, конечно, с учётом измерения потребления кислорода, но в достаточной степени приблизительно. Во-первых, организм потребляет кислород всегда, и в полном покое тоже, не производя никакой работы. Во-вторых, тесты с измерением МПК Купер проводил на тредбане (беговой дорожке). Всякий, кто хоть немного занимался бегом, знает, что реальный бег и бег на тредбане существенно отличаются по энергетике, ведь на тредбане тело бегуна не перемещается в пространстве! Под ним просто течёт бесконечная лента, и ему нужно только переставлять ноги. При одном и том же пройденном расстоянии и скорости, реальный бег гораздо энергозатратнее.
* * *
Аэробикой по системе Купера я занимался не один год (бег, велосипед, лыжи), и на себе почувствовал благотворность этих тренировок. Это действительно оздоровило, изменило меня в лучшую сторону. При этом меня всегда интересовала физика бега, загадка его энергетики.
Вот бежит человек по горизонтальной поверхности, с постоянной скоростью. Какую работу он при этом совершает? Какую затрачивает энергию?
Для определения её по известной формуле
А = FS,
где S – расстояние, а F – сила сопротивления, которую преодолевает бегун, не хватает как раз знания этой самой силы сопротивления. В неё включается, конечно, преодоление встречного воздушного потока, но это пустяки...
Ноги двигаются в тазобедренных, коленных и голеностопных суставах, отталкиваясь от земли, мышцы торса и спины поддерживают корпус в вертикальном положении, руки раскачиваются, создавая противовес - работает всё тело. И работа, судя по пролитому на трассе поту, совершается не малая! Как же её измерить, как определить?
Вообще говоря, нет ничего проще, если в вашем распоряжении имеется качественный велоэргометр, современный вариант которого – это настоящий медицинский компьютер с датчиками для тела. Он выдаёт на экран всю мыслимую информацию: время, частоту пульса, проделанную работу, мощность, сожжённые калории. На нём следует провести измерения собственной максимальной мощности W, т. е. предельной мощности, которую может развить и, главное, длительное время поддерживать ваше тело.
Однако для определения не кратковременной, а именно «аэробной мощности», педали придётся крутить без остановки в предельном для вас темпе не менее 12 минут, или совершить непрерывную работу примерно в 100 - 150 тысяч джоулей.
Средняя мощность при этом и есть ваша личная аэробная мощность W. Подобный тест, однако, связан с большой нагрузкой на сердце и возможен только для тренированных людей.
Найдя развиваемую вами предельную мощность и считая, что такую же вы развиваете при длительном беге (если, конечно, нагружаете себя как следует), можно найти и такую интересную величину, как сила сопротивления F, которую вы преодолеваете:
F = W/v, (1)
где v – скорость бега.
Сила эта не есть величина постоянная и должна зависеть от скорости бегуна:
F = kv, (2)
где k – коэффициент. Тогда мощность, развиваемая человеком при беге, получается связанной со скоростью нелинейно:
W = kv2. (3)
* * *
