Силы, замедляющие движение коляски, и их снижение

Старт

В гонках на короткие дистанции старт име­ет важное значение, хороший старт может стать залогом победы. Критическими аспектами стар­та являются движения верхней части туловища и видоизменение нескольких первых толчков. Со­гласно третьему закону Ньютона, который объ­ясняет взаимодействие двух тел, в результате рез­кого движения вперед верхней части тела после выстрела стартового пистолета нижняя часть тела и передняя часть коляски приподнимутся вверх. Затем руки опустятся на обручи колес, туловище вернется назад, ноги и коляска опустятся вниз, и лишь после этого коляска начнет двигаться впе­ред. Очевидно, что это неэффективно. Поэтому очень важно, чтобы в момент старта тело спорт­смена было как можно больше наклонено вперед, а при выстреле стартового пистолета руки тол­кали коляску вперед, в то время как спортсмен не давал передней части коляски приподняться. Таким образом, для движения коляски вперед ис­пользуется максимальное количество энергии.

Кроме того, во время старта используется ви­доизмененный толчок. Поскольку коляска на­ходится в неподвижном состоянии, руки держат обруч (а не толкают его при ударе), и при вы­полнении нескольких первых толчков амплитуда движения рук остается очень небольшой с мак­симально быстрым возвратом рук в исходное по­ложение. Необходимо выполнить три или четыре коротких сильных толчка обручей колес и лишь затем перейти к более резким и длинным толчкам.

Силы, замедляющие движение коляски, и их снижение

В то время как спортсмен прикладывает уси­лие для движения коляски вперед, две тормозящие силы — сила трения качения и аэродинамическое лобовое сопротивление — замедляют ее движе­ние. Если усилие, прикладываемое спортсменом, превышает силы сопротивления, скорость коля­ски увеличивается, в случае преобладания сил сопротивления коляска останавливается. Очевид­но, что снижение трения качения и лобового со­противления будут сопровождаться увеличением максимальной скорости коляски и повышением спортивных показателей.

Трение качения

На твердой гладкой поверхности трение каче­ния возникает главным образом в точке контак­та шины колеса коляски с поверхностью. Потери энергии, связанные с деформацией шины в ме­сте контакта с поверхностью, которые называют гистерезисом, составляют основную часть трения качения. Чем хуже накачаны шины и чем боль­ше их упругость, тем больше потери энергии на гистерезис. Затраты энергии можно снизить, если уменьшить сгибание стенок шины, что и проис­ходит при увеличении давления в ней, поэтому для достижения наивысших результатов в шос­сейных гонках спортсмен должен накачивать ши­ны до максимально допустимого давления (Higgs, 1993).

При движении по треку потери энергии на ги­стерезис происходят, когда шины сдавливаются и распрямляются, отталкиваясь от земли. Кроме то­го, шины вминают поверхность дороги и вызыва­ют затраты энергии на деформацию поверхности. Таким образом, на треке можно достичь наиболее высоких спортивных результатов при давлении воздуха в шинах, которое обеспечивает мини­мальные потери энергии в сумме на гистерезис и на деформацию поверхности. Были проведены эксперименты, которые показали, что на треках с синтетическим покрытием наилучших резуль­татов позволяют добиться шины, накачанные до среднего уровня давления, — примерно 90 фунтов на квадратный дюйм или ~ 16, 1 кгс-см" ² (Higgs, 1993).

Трение качения гоночных колясок зависит также от угла, под которым расположены коле­са, однако эта зависимость достаточно сложна. Колеса, расположенные под углом, которые не направлены прямо вперед, заметно повышают трение качения инвалидной коляски. Спортсмены должны сделать все, что от них зависит, для проверки и регулировки расположения колес ко­ляски перед каждой важной гонкой.

Аэродинамическое лобовое сопротивление

Проблема аэродинамического сопротивления гоночной коляски и спортсмена является своео­бразной для спорта из-за относительно низких скоростей движения. Было подсчитано (Coutts, Schutz, 1988), что средняя скорость на трековых гонках колеблется в диапазоне от 3 до 7 м-с~^] (10, 8—25, 6 км-ч~')- Хотя после 1988 г. скоростные показатели инвалидных колясок существенно улучшились, они по-прежнему двигаются гораз­до медленнее по сравнению с велосипедом. Такие небольшие скорости создают необычные аэроди­намические условия.

Аэродинамическое лобовое сопротивление состоит из двух независимых, но действующих совместно сил, которые называют сопротивле­нием поверхностного трения и сопротивлением формы. Сопротивление поверхностного трения, обусловленное притяжением молекул воздуха к поверхности объекта, мимо которого они двига­ются, достигает наибольших значений при низких скоростях. Для снижения сопротивления поверх­ностного трения необходимо уменьшить площадь поверхности коляски и спортсмена, которые со­прикасаются с проходящим во время движения воздухом. Причиной возникновения сопротивле­ния формы является различие в давлении воздуха в передней и задней частях объекта, которое, в свою очередь, порождается завихрениями и вих­ревыми потоками, создаваемыми при движении коляски и спортсмена. Снизить сопротивление формы можно главным образом за счет придания обтекаемой формы всем выступающим элементам коляски, а также сведения к минимуму площади лобовой поверхности (лобовая поверхность — это силуэт, который мы видим, глядя на приближаю­щегося к нам спортсмена).

Движение за лидером

Поскольку аэродинамическое сопротивление составляет примерно 40 % суммарной силы, за­медляющей движение коляски, любые способы уклонения от встречного потока воздуха дают су­щественный выигрыш. Единственным наиболее эффективным путем снижения аэродинамическо­го сопротивления является движение за лидером. В этом случае двигающаяся впереди коляска вы­полняет роль рассекателя воздуха. Аэродинами­ческое сопротивление, которое испытывает коля­

ска, двигающаяся вплотную за ней, может быть в 2 раза меньше. В неподвижном воздухе или при встречном ветре спортсмен, следующий за лиде­ром, оказывается в наибольшем выигрыше, двига­ясь непосредственно позади и как можно ближе к лидирующей коляске. Исследования показывают, что такое положение оказывается наиболее выгод­ным с точки зрения затрат силы по сравнению с более удаленным или смещенным в сторону поло­жением относительно лидирующей коляски (Pugh, 1971). В конце гонки на большую дистанцию си­лы, сэкономленные благодаря движению за лиде­ром, могут повлиять на результат соревнований, и современные тактики гонки подтверждают этот факт. Очень часто члены одной команды работают совместно, двигаясь друг за другом и периодиче­ски осуществляя смену ведущего, и благодаря это­му повышают общий результат.