Технология снижения активного гидродинамического сопротивления
Данная технология разработана на основании экспериментального изучения главных механизмов CDP-феномена, то есть способности пловцов высшей квалификации повышать или сохранять максимальную скорость плавания с параллельным сохранением или снижением тотальной внешней механической мощности. Поэтому для правильного и эффективного использования этой технологии практическим тренерам важно знать эти основные механизмы. Таковыми являются:
а) снижение нестационарного лобового гидродинамического сопротивления тела человека. Этот механизм реализуется путем систематического выполнения специальных технических упражнений, направленных на формирование оптимального положения тела спортсмена на протяжении различных фаз цикла движений. В этом случае наиболее целесообразен режим движения, при котором короткий участок разгона тела с положительным ускорением на определенном этапе движения затем сменяется длинным участком замедления скорости тела с отрицательным ускорением.
б) повышение продвигающей эффективности за счет целенаправленного изменения динамических и кинематических характеристик работы движителей пловца. Здесь необходимо пояснить биомеханический смысл коэффициента продвигающей эффективности. Данный коэффициент представляет собой отношение полезной механической мощности, которая расходуется на преодоление лобовой компоненты активного гидродинамического сопротивления, к тотальной механической мощности, создаваемой движителями пловца (руки, ноги и в некоторых способах плавания туловище спортсмена).
Поясним изложенное выше определение на простом практическом примере. В начале фазы «сужения» тренировочной нагрузки спортсмен развивает тотальную механическую мощность 200 Вт и имеет коэффициент продвигающей эффективности 0,7. Это значит, что данный пловец использует на преодоление лобовой компоненты активного гидродинамического сопротивления 140 Вт, а оставшиеся 60 Вт тратит на отталкивание части жидкости назад в виде турбулентных вихрей (т.е. эту часть механической мощности оставляет в водной среде). Как высчитывается это соотношение? При повышении данного коэффициента в конце фазы «сужения» нагрузки до 0,8 и сохранении величины, развиваемой тотальной механической мощности в 200 Вт происходит следующее перераспределение. На преодоление лобовой компоненты активного гидродинамического сопротивления используется 160 Вт и только 40 Вт остается в водной среде.
При сохранении в обоих случаях величины лобовой компоненты активного гидродинамического сопротивления на одинаковом уровне в 80 Н это приводит к существенному повышению скорости плавания с 1,75 м/с до 2,00 м/с. Значение скорости плавания легко определяется путем деления соответствующих показателей тотальной механической мощности в первом и втором случаях на величину лобовой компоненты активного гидродинамического сопротивления в 80 Н. В реальной ситуации тренировочного процесса в фазе «сужения» тренировочной нагрузки увеличение скорости во втором случае происходит в несколько меньшей степени, так как при этом происходит соответствующее (пропорциональное скорости) увеличение значения лобовой компоненты активного гидродинамического сопротивления.
Большинство элитных тренеров хорошо интуитивно «видят» происходящий в данном случае процесс повышения продвигающей эффективности и оценивают его соответствующими терминами. В первом случае они говорят, что спортсмен «прорывает» или «прорезает» воду. Во втором случае они используют термин - спортсмен «зацепился» за воду.
в) снижение отрицательного импульса эффективной продвигающей силы в цикле движений в способах плавания дельфин и брасс. Этот механизм реализуется путем систематического выполнения специальных технических упражнений, направленных на оптимальное выполнение движений в подготовительных фазах цикла движений указанными способами.
Детальный анализ главных механизмов CDP – феномена и практического опыта работы элитных тренеров показал, что простое увеличение развиваемой тотальной продвигающей силы движителей пловца в цикле плавательных движений любым из спортивных способов не приводит к увеличению максимальной скорости плавания. Как правило, это приводит к увеличению индивидуальных показателей активного гидродинамического сопротивления данного спортсмена. Как показывает анализ существующей тренерской практики, именно на это и ориентировано подавляющее большинство индивидуальных тренировочных программ спортсменов.
Поэтому перечисленные механизмы CDP – феномена ярко свидетельствует о тех скрытых (т. е. неизвестных для ряда тренеров и спортсменов) возможностях, которые могут быть реализованы путем использования оптимальных, а не максимальных значений продвигающей силы движителей пловца. Оптимальные по величине и траектории приложения динамические характеристики работы движителей закономерно приводят к снижению активного гидродинамического сопротивления без ущерба для конечного результата – достижения максимальной скорости плавания.
Реализация данного положения позволила создать технологию снижения активного гидродинамического сопротивления у пловцов высшей квалификации, которая содержит три основных и взаимосвязанных компонента: (а) тренировочные упражнения; (б) тренировочные категории; (в) специальные технические устройства.
Так как основные гидродинамические характеристики техники плавания существенно зависят от периода подготовки и, соответственно, от характера и содержания, используемых в данный период тренировочных упражнений, то главным условием успешного применения данной технологии является систематический мониторинг этих гидродинамических характеристик методом малых возмущений. Решение о целесообразности использования конкретных компонентов технологии или отказе от использования в данный период подготовки принимается на основании предварительной оценки индивидуальной гидродинамических показателей. Такая оценка производится на основании сравнения текущих индивидуальных показателей спортсмена с модельными количественными гидродинамическими характеристиками элитных пловцов, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Средние групповые значения показателей максимальной скорости плавания (v0 lim), активного гидродинамического сопротивления (Fr(a.d.)), безразмерного коэффициента гидродинамической силы (Cx(a.d.)) и тотальной внешней механической мощности (Pto) элитных пловцов (женщины и мужчины) в спортивных способах (С.В. Колмогоров с соавторами, 1999)
| Способ плавания | Гидродинамический показатель | Женщины | Мужчины |
| Кроль на груди | v0 lim | 1,69 ±0,007 | 1,98 ± 0,006 |
| Fr(a.d.) | 60,95 ±3,81 | 111,0 ±4,64 | |
| Cx(a.d.) | 0,264 ±0,011 | 0,303±0,014 | |
| Pto | 102,95 ±4,76 | 219,27 ±9,20 | |
| Дельфин | v0 lim | 1,54 ±0,008 | 1,77 ±0,006 |
| Fr(a.d.) | 54,31 ±2,04 | 105,89 ±4,62 | |
| Cx(a.d.) | 0,286 ±0,012 | 0,365 ±0,015 | |
| Pto | 82,41 ±3,54 | 183,77 ±7,53 | |
| Кроль на спине | v0 lim | 1,45 ±0,010 | 1,67 ±0,006 |
| Fr(a.d.) | 48,96 ±1,73 | 88,55 ± 5,03 | |
| Cx(a.d.) | 0,298 ±0,010 | 0,343 ±0,017 | |
| Pto | 71,15 ±2,77 | 147,47 ±8,50 | |
| Брасс | v0 lim | 1,33 ±0,005 | 1,45 ±0,005 |
| Fr(a.d.) | 58,33 ± 2,63 | 94,63 ±5,17 | |
| Cx(a.d.) | 0,422 ±0,19 | 0,479 ± 0,022 | |
| Pto | 77,62 ± 3,53 | 138,56 ±8,04 |
В таблице 1 представлены средние значения основных гидродинамических показателей для элитных пловцов, полученные в течение 1999 года. Эти данные выбраны для сравнительного анализа в связи с тем, что начиная с 2000 года спортсмены начали интенсивное использование специальных плавательных костюмов, которые гарантированно снижали лобовую компоненту активного гидродинамического сопротивления (соответственно, повышалась максимальная скорость плавания). Начиная с 1 января 2010 года международная федерация FINA ввела запрет на использование высокотехнологичных плавательных костюмов, чем практически вернула ситуацию с анализируемыми гидродинамическими показателями к состоянию в выше указанный период.
Поэтому только после предварительной оценки индивидуальных гидродинамических показателей путем сравнительного анализа с модельными количественными характеристиками элитных пловцов, принимается решение о целесообразности использования конкретных компонентов технологии.
Ниже приводится детальное описание трех основных и взаимосвязанных компонентов технологии снижения активного гидродинамического сопротивления у пловцов высшей квалификации, а также приводятся необходимые сведения методического характера. Для описания используемых в разработанной технологии тренировочных упражнений в данных практических рекомендациях используется Международная классификация тренировочных категорий и зон энергетического обеспечения (в приложении).
А) тренировочные упражнения
1) Повторное проплывание коротких отрезков дистанции (до 50 метров) на высокой скорости в тренировочной категории SP3, связанное с четким выполнением требований и ориентиров, предъявляемых для движений и граничных моментов фаз способа плавания. Регулярное применение подводной видеозаписи (совмещенной с графиком внутрицикловой скорости), с целью получения и использования срочной информации о кинематических характеристиках движения, повышает эффективность таких упражнений. Ключевыми кинематическими характеристиками эффективности процесса в этом случае являются: разница между максимальными и минимальными значениями скорости в плавательном цикле, темп и длина шага спортсмена (цикла плавательных движений). Данные показатели в процессе снижения активного гидродинамического сопротивления на максимальной скорости плавания имеют четкую направленность изменений, а именно происходит уменьшение разницы между максимальными и минимальными значениями скорости, снижение темпа плавательных движений и увеличение длины шага спортсмена во всех спортивных способах плавания. Количественные значения данных показателей в период непосредственной подготовки к главным стартам любого большого тренировочного цикла должны соответствовать оптимальным показателям соревновательной деятельности.
2) повторное проплывание коротких отрезков дистанции (до 50 метров) в специальных ластах на соревновательной и выше скоростях в тренировочной категории SP3 с целью адаптации движителей спортсмена к взаимодействию с водной средой. Например, ноги пловца в ластах выполняют движения способом дельфин, а руки выполняют движения способом брасс; плавание способом кроль на груди в моноласте и т.д.
3) повторные тренировочные серии типа 10 по 50 метров, 6 по 75 метров, которые выполняются с сохранением постоянной скорости в тренировочных категориях EN1, EN2 и уменьшением числа гребков от первого отрезка к последнему, т. е. с увеличением длины шага спортсмена.
Указанные упражнения используются в течение всего тренировочного сезона, независимо от периода подготовки. В недельном тренировочном микроцикле они используются в виде 2-3 специальных тренировочных серий (суммарный объем плавания в одной серии до 800 м), которые распределены по различным тренировочным дням. Выполнение этих упражнений должно отвечать главному требованию, обеспечивающему снижение активного гидродинамического сопротивления, которое предполагает одновременное совершенствование кинематических и динамических характеристик движения. Простым педагогическим критерием оценки эффективности использования данных упражнений является степень соответствия текущих показателей темпа плавательных движений и длины шага спортсмена индивидуальным модельным характеристикам соревновательной деятельности.
Б) тренировочные категории
1) интервальные тренировочные серии типа 6–60 по100 метров, 3–30 по 200 метров выполняемые в тренировочных категориях EN1, EN2. Для спортсменов высшей квалификации тотальный объем одной тренировочной серии за одно занятие не должен превышать в категории EN1 – 6000 метров, в категории EN2 – 3000 метров. Длина тренировочных отрезков в таких сериях может варьировать от 50 до 400 метров. Ключевыми кинематическими характеристиками эффективности процесса в этом случая также являются темп и длина шага спортсмена.
2) в период аэробно-силовой подготовки пловцов юношеской сборной команды России (подготовительная часть большого тренировочного цикла) оптимальным распределением объемов плавания в воде по тренировочным категориям, является следующее: REC-F – 38%, REC-T – 32%, EN1 – 16%, EN2 – 7%, SP3 – 7%. Такое распределение способствует повышению максимальной скорости плавания с параллельным повышением гидродинамической эффективности
3) оптимальным распределением объемов плавания по тренировочным категориям для спортсменов высшей квалификации в период среднегорной подготовки в условиях гипоксии является следующее: REC‑F – 36%, REC‑T – 16%, EN1 – 20%, EN2 – 20%, EN3 – 2%, SP3 – 6%. Данный вариант распределения объемов плавания приводит к повышению максимальной скорости плавания и повышению гидродинамической эффективности только в случае использования оптимальных величин общего (тотального) объема плавания в данный период (продолжительность 21 день) в диапазоне 150–180 км. Плавательные упражнения в тренировочной категории EN3 (тренировки в зоне максимального потребления кислорода) могут эффективно использоваться в объеме 2 – 3 км и только на последней неделе периода среднегорной подготовки. Использование тренировок в зоне максимального потребления кислорода во втором тренировочном микроцикле и в значительно большем объеме, чем указано выше, а также использование тренировок в тренировочной категории SP1 приводит к существенному снижению гидродинамической эффективности техники плавания.
Указанные тренировочные категории преимущественно используются только в определенные периоды подготовки, которые заранее планируются при составлении индивидуального годичного плана подготовки спортсмена. Преимущественное использование аэробного энергообеспечения во всех случаях имеет принципиальное значение, основанное на функциональной зависимости между развиваемой тотальной внешней механической мощностью и мощностью активного энергетического метаболизма. Другими словами, процессы повышения гидродинамической эффективности техники плавания различными способами наиболее эффективно протекают при использовании аэробных режимов энергообеспечения.
Оценка эффективности использования упражнений в данных тренировочных категориях проводится на основании регулярного мониторинга основных гидродинамических показателей, при обязательном контроле за текущими показателями темпа плавательных движений и длины шага спортсмена.
В) специальные технические устройства
1) установка бесконтактного гидродинамического лидирования. Конструкция данной установки предполагает плавание за специальным гидродинамическим телом плохой обтекаемости, которое приводится в движение с необходимой и точно регламентируемой скоростью (до сотых долей м/с) с помощью «протяжки». С использованием этой установки выполняется повторное проплывание различных отрезков дистанции основным способом в полной координации на соревновательной и выше скоростях. Использование данного устройства позволяет снижать активное гидродинамическое сопротивление собственно туловища спортсмена, позволяя движителям пловца работать на высоких скоростях в невозмущенном потоке. В результате чего появляется возможность совершенствования соревновательной техники основного способа плавания на соревновательной и выше скоростях с более низким уровнем метаболической мощности, т. е. без исчерпания емкости лактацидной энергетической системы организма человека.
2) модифицированная установка контактного гидродинамического лидирования («протяжка»). Данная установка в модифицированном варианте представляет собой «протяжку»», которая создает точно регламентируемую дополнительную силу тяги до 40 Н (совпадающую с направлением продвигающей силы пловца) на любой, также точно регламентируемой скорости движения. С использованием этой установки выполняется повторное проплывание различных отрезков дистанции основным способом в полной координации в диапазоне скоростей выше соревновательной. Данное устройство также позволяет движителям пловца работать на высоких скоростях в невозмущенном потоке. В результате чего появляется возможность совершенствования соревновательной техники основного способа плавания на скоростях выше соревновательной с более низким уровнем метаболической мощности, т. е. без исчерпания емкости лактацидной энергетической системы организма человека.
3) гидродинамический канал, который дополнительно оборудован техническим устройством, позволяющим точно регулировать скорость потока воды по глубине. Данное устройство позволяет выполнять тренировочные упражнения основным способом плавания на соревновательных и выше скоростях в специальных условиях. Эти условия предполагают движение верхнего слоя потока жидкости (глубиной 10–20 см) с замедленной скоростью (снижение скорости потока воды на 10–15% по отношению к основному потоку). Биомеханический смысл процесса аналогичен пункту «В.1».
4) гидродинамический канал, который дополнительно оборудован техническим устройством, позволяющим создавать точно регулируемую дополнительную силу (≈ 20 Н), тянущую пловца вперед в горизонтальном направлении и совпадающую с направлением продвигающей силы пловца. Данное устройство выполнено в виде специальной системы блоков, установленной на бортике гидродинамического канала, через трос которой к пловцу прикреплен груз, создающий необходимую дополнительную силу. Данное устройство позволяет выполнять тренировочные упражнения основным способом плавания на соревновательных и выше скоростях. Биомеханический смысл процесса аналогичен пункту «В.2».
Принципиальной биомеханической особенностью использования этих специальных технических устройств в тренировочном процессе пловцов высшей квалификации является то обстоятельство, что движители пловца получают возможность адаптироваться к взаимодействию с «быстро убегающим» гидродинамическим потоком, с которым спортсмен будет иметь дело в условиях предстоящей реальной соревновательной деятельности.
Специальные упражнения с применением указанных устройств используются только в фазе «сужения» тренировочной нагрузки. В недельном тренировочном микроцикле они используются в виде 3 специальных тренировочных серий (суммарный объем плавания в одной серии до 1200 м), которые распределены по различным тренировочным дням. Параллельное использование в оставшиеся дни недельного тренировочного микроцикла адекватного объема специальных тренировочных упражнений, которые указаны в пункте «А», существенно повышает результативность процесса, направленного на положительные изменения гидродинамической эффективности техники плавания спортсменов на максимальной скорости.
Эффективность использования специальных упражнений с применением указанных устройств также определяются на основании результатов регулярной оценки индивидуальных гидродинамических показателей техники плавания.
В заключение практических рекомендаций необходимо более подробно остановиться на объяснении физического и биологического смысла упражнений с применением разработанных устройств (понятном для тренера). Это особенно важно, так как эффективность использования этих упражнений существенно зависит от адекватного понимания тренером самого процесса повышения гидродинамической эффективности техники.
Дело в том, что функциональная подготовка в фазе «сужения» нагрузки направлена на сбалансированное сохранение мощности окислительной энергетической системы и оптимальное увеличение емкости фосфагенной и лактацидной энергетических систем. В этот период используется определенный объем плавания в тренировочных категориях SP1, SP2, что обычно приводит к резкому снижению эффективности биомеханической системы движений. Именно поэтому в данный период и используются специальные упражнения и технические устройства, позволяющие противостоять данному негативному процессу.
Высокая эффективность использования специальных технических устройств в тренировочном процессе пловцов высшей квалификации объясняется использованием методического подхода, является частным случаем реализации теоретической концепции профессора И.П. Ратова, которая получила название «Искусственная управляемая среда».
В результате реализации данного подхода в виде разработанных и используемых в данной технологии специальных технических устройств появляется возможность совершенствования соревновательной техники плавания с низким уровнем функционирования энергетических систем организма. Так, элитные пловцы, используя эти устройства, выполняли повторную тренировочную серию 10 по 50 метров основным способом на скорости, превышающей уровень личного рекорда, при показателях ЧСС 150–165 ударов в минуту. Для практического тренера такая ситуация открывает принципиально новые возможности совершенствования соревновательной техники плавания, практически с использованием зоны порога анаэробного обмена.
Как уже указывалось ранее, эффективность использования специальных технических устройств также объясняется тем обстоятельством, что движитель пловца получает возможность адаптироваться к взаимодействию с «быстро убегающим» гидродинамическим потоком в условиях предстоящей соревновательной деятельности. А как, очень точно, отмечает профессор Л.П. Матвеев «…нельзя адаптироваться к тому, чего пока еще нет, в натуре не существует». Физический смысл повышения продвигающей эффективности частично заключается в более рациональном приложении тотальной продвигающей силы в цикле, приводящем к существенному уменьшению потерь механической мощности. Поэтому, только оптимальный уровень силовой подготовленности пловцов высшей квалификации, сбалансированный с другими сторонами технической и функциональной подготовленности испытуемых, приводит к высокому спортивному результату.
Таким образом, комплексное использование всех компонентов разработанной технологии с учетом индивидуальных особенностей спортсменов позволяет гарантированно снижать активное гидродинамическое сопротивление у пловцов на максимальной скорости плавания до оптимальных величин.