С какой максимальной скоростью может перемещаться человек на своих двоих? Рекорд в беге на 100 метров сейчас составляет 9,58 секунды. Он практически не изменился с 2009 года. Есть мнение, что это практически предел биомеханических возможностей человека в его сегодняшней анатомии. Однако расчеты показывают, что предел этот можно отодвинуть.
Нынешний мировой рекорд поставил бегун из Ямайки Усейн Болт, который отличается уникальными физическими данными. Конкурентов у него на сегодняшний день нет, но ученые готовы работать в этом направлении. Еще в 2008 году в Journal of Experimental Biology (Журнал экспериментальной биологии), появился материал биолога из Стэнфорда Марка Денни (Mark Denny), который изучал рекорды бега на 100 метров, которые устанавливались с 1900 года.
После составления графика ученый написал уравнение, которое моделирует свойства полученной им кривой. Ближе к концу кривая становилась пологой, что отражает приближение к пределу нынешних человеческих возможностей. График показал, что пределом скорости для человека на стометровке станет 9,48 секунды.
Этот вывод близок к результатам исследования норвежских физиков мирового рекорда в беге на 100 метров, который Усейн Болт установил на пекинской Олимпиаде в 2008-м. Норвежцы рассчитали, что он мог бы составлять не 9,69 секунд, а примерно 9,5 секунды. Создав подобные графики для других бегунов, Денни выяснил, что лошади и собаки уже достигли максимумов своей скорости. Причем у скакунов это произошло еще в 50-х годах, а борзые "добежали" до предела в 70-е.
Работа "Биологический предел скорости бега обусловлен типом поверхности" Питера Уэйнда из Южного Методического Университета констатирует, что скорость бегуна ограничена силой, с которой спортсмен отталкивается от поверхности.
Читайте также: Раскрыт секрет скорости гепардов
Согласно проведенным расчетам, выдающиеся спринтеры вкладывают в каждый беговой шаг силу от 360 до 450 килограммов на каждую ногу. Но Уэйнд уверен, что конечности способны на гораздо большие толкающие усилия, чем те, которые мы наблюдаем при прямолинейном высокоскоростном беге. И, кроме того, мы используем не самую эффективную технику бега. Связано это и с тем, что колени у нас смотрят "не в ту сторону", что напрямую связано с прямохождением.
Проведенные экспериментаторами опыты показали, что во время прыжков сила удара ногами о землю на треть превышает беговую. Это позволило Уэйнду сделать теоретическое допущение: применив такую же силу во время бега, человек может перемещаться со скоростью 19,3 метра в секунду, а значит, на стометровке можно уложиться в 5,18 секунды.
Однако во время бега 90 процентов прилагаемого усилия направлено вертикально. И только 5 процентов силы продвигают человека в горизонтальном направлении. Выходит, что во время бега человек подпрыгивает как мячик, что снижает его скорость. Кстати, самые быстрые наземные животные на земле, гепарды, свой мощный толчок задними конечностями преобразуют в длинный стелящийся над землей полет, что и позволяет им развивать невероятную скорость. И пробегают стометровку за 6 секунд.
Именно стелящийся почти "шаркающий" бег используют стайеры, так как он представляет собой способ наиболее эргономичного и экономичного перемещения, сберегающего силы на сверхдлинных дистанциях. Но стайеров не очень интересует максимальная скорость.
Проведенные исследования и наблюдения за техникой бега гепардов показывают, что у человека имеется немалый резерв по ускорению перемещения за счет использования приспособлений, помогающих преобразовать вектор силы при толчках ногой во время передвижения. Можно предположить, что использование дополнительных "пристроек" к ногам человека или неких аналогов спойлеров резко ускорит его перемещение в пространстве. Это могут быть и анатомические трансформеры для ног, похожие на получающие все большую популярность рессорные тренажеры Jollyjumper. Пример не очень корректный, так как эти приспособления в основном усиливают толчок ноги человека за счет пружин, лишь незначительно меняя вектор силы после отталкивания.
Еще одним биомеханическим фактором, влияющим на скорость человеческого бега, является соотношение силы толчков ног с их частотой. У каждого человека эти особенности индивидуальны. В своей новой работе Уэйнд попытается определить оптимальное соотношение этих параметров.
В современном спорте магистральным направлением ускорения человека является работа над скоростью мышечных сокращений за счет применения химических препаратов. Это и есть пресловутый допинг, который действительно позволяет ускориться человеку, однако способен привести к негативным последствиям для его здоровья.
Эксперты уже давно говорят о том, что спорт превратился в соревнования фармацевтов. К процессу уже подключились и генетики, которые сейчас заняты выращиванием особей с отдельными параметрами, далеко превосходящими среднечеловеческие. Однако и перед теми и перед другими в полный рост встанет именно проблема биомеханических ограничений опорно-двигательного аппарата человека.
Поэтому новых прорывных открытий следует ждать, как это ни странно звучит, от инвалидов. Параолимпийские игры кроме гуманитарной выполняют важнейшую научно-техническую функцию, стимулируя разработку эффективной альтернативной и дополнительной анатомической инфраструктуры человека.
Читайте также: Секрет эволюции вытрясли из обезьян на тренажере
Сейчас спринтеры-инвалиды выступают с протезами и постепенно приближаются к максимальным скоростным показателям людей с обычными конечностями. Не за горами исторический день, когда люди с искусственными конечностями превзойдут в скорости обладателей обычных ног.