Читать книгу Новый физический фейерверк - Джирл Уокер - Страница 42

Школьники, прыгая в высоту, обычно перелетают через перекладину «ножницами»: наклонив верхнюю часть туловища вперед, перекидывают через перекладину сначала одну ногу, а затем другую. Но более эффективный способ взять планку – прыгнуть «перекатом»: повернувшись боком и вытянув тело вдоль перекладины, нырнуть за нее головой и плечами.

Когда на Олимпийских играх 1968 года в Мехико Дик Фосбери выиграл соревнования по прыжкам в высоту, его прыжок показался диковинным. Такая техника в его честь стала называться фосбери-флоп, и сегодня она используется легкоатлетами во всем мире. Спортсмен бежит к перекладине ровными шагами, в последний момент поворачивается к ней спиной и как бы ложится на нее, прогибаясь в пояснице. 1. Какое преимущество дает этот способ? Почему нужно подбегать к перекладине ровными шагами? Ведь если бежать с ускорением, прыгуну сообщится больше энергии, и он прыгнет выше.

Одно из ошеломляющих событий в мире легкой атлетики произошло на тех же Олимпийских играх в Мехико. Днем 18 октября Боб Бимон готовился к первой из трех разрешенных попыток в прыжках в длину, меряя шагами дорожку от ямы к линии старта. Потом он развернулся, быстро разбежался, оттолкнулся от бруска для отталкивания и взлетел в воздух. Прыжок оказался таким гигантским, что специальное оптическое устройство не смогло зарегистрировать его длину. Пришлось использовать обычную рулетку. Один из судей крикнул Бимону, застывшему сбоку: «Фантастика, фантастика!» Длина прыжка была действительно фантастической – 8,90 м, она намного превысила предыдущий рекорд – 8,10 м (разница составила целых 80 см!). Бимону, безусловно, помог ветер в спину, который дул как раз с предельно допустимой регламентом скоростью – 2,0 м/с. 2. Помогло ли ему также то, что Мехико находится на большой высоте над уровнем моря и на маленькой долготе? Иными словами, сыграли свою роль в установлении этого удивительного рекорда плотность воздуха и сила земного притяжения?

Длина прыжка в длину засчитывается по следам от пяток прыгуна в момент приземления, при условии, что он не сел на песок. Если спортсмен коснулся песка ягодицами, длиной прыжка считается расстояние до ближайшего края следа от них. Таким образом, в прыжках в длину очень важно правильно приземлиться.

Когда атлет на последнем шаге отталкивается от бруска для отталкивания, его туловище располагается почти вертикально, при этом толчковая нога отставлена назад, а маховая вынесена вперед. При приземлении обе ноги должны оказаться вытянутыми вперед под таким углом, чтобы пятки оказались в песке максимально далеко, но при этом спортсмен не приземлился на ягодицы. 3. Каким образом прыгун во время полета может изменить положение тела, приобретенное при разбеге, на положение, необходимое для правильного приземления?

4. Почему на древнегреческих Олимпиадах во время прыжков в длину с места некоторые легкоатлеты прыгали, держа в руках хальтерес – гантели весом в несколько килограммов?

ОТВЕТ • 1. Высота, засчитываемая в соревнованиях по прыжкам в высоту, – это, естественно, высота планки, а не высота, на которой находится голова или иная часть тела прыгуна. Предположим, во время прыжка легкоатлет в состоянии забросить свой центр масс (ЦМ) на высоту L. Если атлет прыгает «ножницами», перебрасывая ноги через планку, то она должна находиться на высоте много меньшей L, поскольку спортсмен не должен коснуться ее никакой частью тела. Поэтому ее высота не очень велика (рис. 1.13а). При прыжке техникой «переката» тело располагается горизонтально, и когда атлет пролетает над планкой, та оказывается гораздо ближе к центру масс прыгуна. В этом случае может быть преодолена планка, установленная на большей высоте (рис. 1.13б). При прыжке «фосбери» (рис. 1.13в) тело атлета как бы обвивает планку, и в результате центр масс прыгуна оказывается вне туловища, и он может прыгнуть на большую высоту, чем при прыжке «перекатом». Изгиб тела при перелете через планку и поворот в последний момент, при котором прыжок совершается головой вперед, помогают выполнить этот высокий прыжок.

Рис. 1.13 / Задача 1.38. Разные стили прыжков в высоту: а) ножницы, б) перекат, в) фосбери.

Легкоатлет подбегает к планке медленнее, чем, скажем, спринтер на дистанции, поскольку ключ к победе в его случае лежит в безошибочном исполнении прыжка, а значит, точный расклад движений по времени очень важен. В конце разбега прыгун выставляет толчковую ногу довольно далеко вперед по отношению к центру масс и сгибает ее, а туловище в этот момент поворачивается вокруг этой ноги. При этом некоторая часть кинетической энергии, развитой в беге, запасается в согнутой ноге. В следующий момент эта нога отталкивается от земли, прыгун взлетает вверх, при этом часть запасенной энергии и дополнительная мускульная энергия атлета позволяют ему совершить высокий прыжок.

2. Ветер и расположение стадиона лишь немного помогли Бимону прыгнуть далеко. Мехико расположен на высоте 2300 м над уровнем моря, и это намного выше, чем места проведения всех остальных Олимпиад. На большой высоте плотность воздуха меньше, а следовательно, сопротивление воздуха, замедляющее полет в прыжке, меньше, чем на уровне моря. Кроме того, на высоте ускорение свободного падения меньше, а следовательно, и притяжение к земле, мешающее прыгать, меньше. Это ускорение и притяжение еще уменьшаются из-за действующих на прыгуна центробежных сил, возникающих из-за вращения Земли. На малых широтах эти силы больше, поскольку там больше и линейная скорость на поверхности, возникающая из-за вращения Земли.

Однако все эти факторы лишь в очень малой степени влияют на длину прыжка. Тогда почему Бимон прыгнул так далеко? Во-первых, он быстро разбежался и сильно оттолкнулся от бруска для отталкивания. Большинство прыгунов в длину разбегаются довольно медленно из-за боязни заступить за брусок, поскольку в этом случае прыжок не засчитывается. Но они не хотят оттолкнуться и слишком далеко: тогда они во-первых, теряют возможность оттолкнуться от твердой опоры, а во-вторых, фиксируемая дальность их прыжка уменьшается (она всегда отсчитывается от бруска). Ширина бруска всего 20 см, и поэтому последний шаг нужно тщательно отмерить.

Бимон, который был известен множеством незасчитанных прыжков, решил, видимо, рискнуть в первой попытке и разбежался со спринтерской скоростью. Ему повезло, и на последнем шаге он не заступил за брусок – в противном случае в следующих двух попытках он, вероятно, больше бы думал о том, как не заступить за брусок, и разбегался бы с меньшей скоростью.

Никто больше не прыгал так далеко, как Бимон, в течение следующих 23 лет. Но потом, на чемпионате мира по легкой атлетике 1991 года, Майк Пауэлл прыгнул на 8,95 м – на 5 см дальше Бимона. Сделал он это в Токио, расположенном на уровне моря, да и ветра особого не было – в спину ему дул легкий ветерок со скоростью 0,3 м/с. Пауэлл великолепно продемонстрировал, что высота над уровнем моря и ветер играют второстепенную роль в достижениях спортсменов.

3. Рассмотрим, как меняется положение тела прыгуна в длину в полете, и для этого будем считать, что он прыгает вправо от нас. В момент отталкивания от бруска сила, действующая на толчковую ногу со стороны бруска, приводит к закручиванию корпуса так, что туловище стремится двинуться вперед, а маховая нога – назад. Это закручивание еще усиливается, если маховую ногу вынести вперед, подготавливаясь к приземлению. Причина в том, что в полете на прыгуна не действуют никакие заметные внешние силы и угловой момент его тела должен оставаться постоянным. Поэтому, выдвигая вперед маховую ногу, спортсмен заставляет остальное тело повернуться назад.

Чтобы уменьшить это вращение и принять правильную позу для приземления, нужно, вытянув руки в стороны, покрутить ими по часовой стрелке. Кроме того, нужно продолжить перебирать ногами, как при беге: нога вытягивается или сгибается, а туловище при этих движениях либо отклоняется назад, либо вперед. (Ни одно из этих движений не сказывается на дальности прыжка, они только меняют расположение тела в пространстве.) Прыгуны-новички часто недостаточно вращают руками, или даже хуже – вращают одной или обеими руками в неправильном направлении. Туловище и ноги в этом случае оказываются не в лучшей позиции, и зафиксированный прыжок получится короче, поскольку следы от пяток окажутся ближе к бруску или перекроются следами от ягодиц.

4. Хальтерес, или гантели, которыми пользовались прыгуны античных Олимпиад, могут увеличить дальность прыжка. Легкоатлет в разбеге размахивает зажатыми в руке гантелями вперед-назад, затем в первой фазе прыжка взмахивает руками вперед, а готовясь к приземлению – назад. Если правильно пользоваться этими приспособлениями, можно увеличить длину прыжка на 10–20 см. Этому есть две причины. Во-первых, в полете центр масс системы «прыгун – хальтерес» движется вперед, а при последнем взмахе рук назад хальтерес тоже сдвигается относительно общего центра масс назад, а следовательно, прыгун выдвинется относительно него вперед. А во-вторых, при толчке замах гантелями вперед увеличивает силу, направленную вниз на брусок со стороны ног атлета и, следовательно, силу, выталкивающую прыгуна в полет. (При отталкивании у атлета работают не только мышцы ног, но и мышцы плеч и рук.) Прыжок может стать еще длиннее, если атлет отшвырнет хальтерес назад во время последней фазы прыжка, фактически совершая рывок вперед. Общий центр масс системы «прыгун – хальтерес» остается в прежней точке, но прыгун теперь слегка улетит вперед по отношению к этой точке.