Что мы (по-прежнему) не знаем о науке плавания
Четыре абсолютные истины (и множество других загадок), которые обнаружили исследователи, потратившие 40 лет на попытки раскрыть секреты плавания.
Почти 40 лет исследований о том, как стать более быстрым пловцом, дали нам много ответов - и еще больше вопросов. (Фото: Super League Triathlon, LABIOMEP)
В апреле 1844 года два спортсмена из племени оджибве привлекли внимание международной прессы на одном из первых современных соревнований по плаванию. На соревнованиях, проходивших в High Holborn Bath в Лондоне, два пловца продемонстрировали стиль плавания с возвратом рук над головой, похожий на то, что мы сегодня знаем как вольный стиль.
До этого момента большинство европейцев вообще не умели плавать, а те, кто умел, предпочитали сдержанный и социально приемлемый стиль брасс. Пловцы оджибве, по имени Ве-ниш-ка-веа-би (Летящая Чайка) и Сах-ма (Табак), предложили поразительную альтернативу, когда продемонстрировали "стиль плавания, который совершенно неевропейский", как пресса ахнула после этого. "Они яростно бьют воду руками, как паруса ветряной мельницы, и бьют ногами вниз, дыша с силой и создавая гротескные антики", - сообщали шокированные британские СМИ.
Два американских пловца не смогли хорошо выступить против своих английских соперников на соревнованиях - вероятно, из-за того, что они не могли тренироваться в течение месяцев или лет до того, как их выставили на показ в Великобритании, - и их "новомодный" стиль плавания вызвал насмешки.
Но этот энергичный стиль, который практиковался на протяжении тысячелетий коренными пловцами по всему миру, только начинал набирать популярность. К 1899 году Дик Кавилл, один из знаменитых пловцов Кавиллов из Австралии, дебютировал с похожим, но более утонченным стилем кроля на официальных соревнованиях. Используя плавный, чередующийся, независимый гребок руками и удар ногами, он доминировал на сильной австралийской плавательной сцене.
С тех пор кроль - теперь известный большинству как вольный стиль - стал основным стилем для пловцов, стремящихся двигаться по воде как можно быстрее и эффективнее. Но несмотря на годы исследований и усовершенствований, мы все еще не полностью освоили идеальный вольный стиль - что означает, что мы можем плавать еще быстрее.
Содержание:
- Безумные ученые плавания
- Что мы знаем о том, как стать более быстрым пловцом
- Что говорит наука о технике вольного стиля?
- Загадки более быстрого плавания вольным стилем
- Холистический подход к науке о плавании
Безумные ученые плавания
С тех пор как кроль впервые завоевал популярность на международной арене соревновательного плавания в 1800-х годах, он изучался и корректировался каждым новым поколением пловцов, тренеров и ученых. Исследователи в области физиологии и биомеханики анализировали его с разных углов, используя всевозможные инструменты - все для того, чтобы понять, что делает одного пловца быстрее другого, с точностью, которую предыдущие поколения, вероятно, не могли себе представить.
В ходе этой работы исследователи создали небольшую гору исследований о том, как именно люди могут наиболее эффективно двигаться по воде. За последние 39 лет было опубликовано более 508 статей о биомеханике кроля. Удивительное количество этих анализов - более 280 - было написано группой исследователей, связанных с Португалией и ее престижным Университетом Порту. Из 10 наиболее часто публикуемых исследователей по теме вольного стиля, семеро имеют связь с Порту.
И это не случайность. Laboratório de Biomecânica do Porto (LABIOMEP), передовая лаборатория биомеханики в Университете Порту, стала эпицентром исследований плавания благодаря усилиям нескольких профессоров, увлеченных плаванием.
Профессор Жоао Пауло Вилас-Боас, доктор философии, профессор биомеханики и науки о плавании в Университете Порту, является директором LABIOMEP, который изучает движение человека во всех его формах.
Лаборатория LABIOMEP оснащена всевозможными интересными инструментами, включая множество камер для захвата сложных движений в трех измерениях в реальном времени. Они также используют электромиографию (ЭМГ), технику, используемую для записи и оценки электрической активности, производимой в скелетных мышцах; термографию, которая использует температурные сканирования для выявления активации мышц; и датчики движения для создания в реальном времени компьютерной модели движения. Лаборатория также имеет различные специально разработанные мониторы дыхания для расчета энергозатрат и других метаболических процессов.
Используя эти многочисленные инструменты, Вилас-Боас и его команда изучали все, от биомеханики рождения и формирования выражений лица до того, что составляет нормальную походку. Но, возможно, самые значительные вклады лаборатории были сделаны в бассейне, где они провели бесчисленные часы, изучая техники плавания и то, как люди могут более эффективно двигаться по воде.
Цель этой работы - понять, как каждая мышца функционирует во время сложной активности плавания, и значительная часть исследований Вилас-Боаса за его четыре десятилетия исследований была сосредоточена на вольном стиле. Однако Вилас-Боас также имеет особый интерес к разгадке тайн более быстрого плавания.
Вилас-Боас, который также был тренером португальской олимпийской команды по плаванию в 2000 и 2004 годах, делился своим любопытством и интересом с 35 или 40 докторантами за свою академическую карьеру.
"Я очень горжусь этим", - говорит он, сияя, как довольный отец, когда говорит о вкладе своих усердных учеников в становление их собственных исследовательских карьер. Удивительно, но он говорит, что в детстве он не был особенно хорошим пловцом - вместо этого его увлечение пришло через наблюдение. Он обнаружил страсть к пониманию того, как пловцы двигаются, примерно в то же время, когда закончил свою докторскую диссертацию, что привело его к тому, чтобы стать тренером.
В лаборатории Вилас-Боас изучал плавание. На тренировках он применял то, что изучал, чтобы помочь пловцам стать быстрее. Вилас-Боас вел эту "двойную жизнь, объединяя свои два мира" как исследователь и тренер более 20 лет, пока не получил полное профессорское звание в области биомеханики в 2004 году. К тому времени он привел две национальные команды к олимпийским соревнованиям и через них. В 2022 году Международное общество биомеханики в спорте наградило его премией Джеффри Дайсона, признавая его усилия по преодолению разрыва между исследованиями и практикой в спорте.
Что мы знаем о том, как стать более быстрым пловцом
Как крестный отец исследований биомеханики плавания, Вилас-Боас обучил нескольких других ведущих исследователей в этой области, включая Рикардо Жорже Фернандеса.
Фернандес является доцентом факультета спорта в Университете Порту и членом правления LABIOMEP. Он возглавляет список в том гонконгском исследовании с наибольшим количеством опубликованных статей в области анализа кроля - целых 61 статья.
Фернандес, который был пловцом в детстве, был привлечен к изучению биомеханики и спорта и в конечном итоге получил докторскую степень под руководством Вилас-Боаса.
Фернандес говорит, что португальские исследователи - и их многочисленные коллеги по всему миру, которых он подчеркивает как критически важные для продвижения области вперед - каталогизировали многое из того, что делает вольный стиль самым быстрым стилем и что значит быть быстрым пловцом вольного стиля.
Что говорит наука о технике вольного стиля?
Мы знаем несколько вещей наверняка. Для начала, "биомеханика очень важна". Но без хорошей физической подготовки даже лучший техник не победит, говорит Фернандес.
Обратное также верно: спортсмен в хорошей физической форме, который не имеет практического или прикладного понимания правильной техники плавания, будет работать усердно, но не добьется успеха.
1. Перестаньте тянуть, начните закрепляться
Как лучше всего использовать руки для гребли по воде, также в некоторой степени установлено. Фернандес говорит, что многие тренеры все еще учат устаревшему представлению о плавании. "Они продолжают говорить: 'толкай и тяни воду'. Но это не лучший способ."
Вместо этого, он говорит, растущее количество доказательств указывает на то, что эффективный кроль гораздо больше связан с закреплением руки и предплечья на захвате, при этом задействуя корпус и вращение тела, чтобы подтянуть тело вперед к месту, где закреплена рука.
Это трудно описать без демонстрации, но суть в том, что если вы думаете о захвате и тяге воды назад, вы действуете на основе более старого понимания биомеханики вольного стиля. Вместо этого наука теперь говорит использовать бедра и корпус, чтобы двигать тело вперед, вращаясь влево и вправо с одновременным вращением плеч и бедер вокруг фиксированной центральной оси.
Используя эти сильные мышцы корпуса и спины, вы будете двигаться вперед быстрее, подобно тому, как толкатель ядра толкает ядро вперед с центростремительной силой или как игрок высшей лиги использует вращение, связанное с плечами и бедрами, чтобы выбить мяч в поле.
2. Жесткие пловцы тонут
Фернандес говорит, что также важно научиться различать подходящее мышечное напряжение для приложения силы без жесткости; жесткие пловцы, как правило, тонут, в то время как более расслабленные пловцы плавают. Но существует баланс между этими двумя состояниями, и нахождение этой золотой середины требует практики. Он рекомендует обратить внимание на акул, дельфинов и другие водные виды, чтобы заметить, как они двигаются в своей родной среде - с сильной гибкостью.
3. Пальцы вместе или врозь
В качестве примера частично решенного вопроса Вилас-Боас указывает на исследование 2015 года в Journal of Applied Biomechanics, где команда исследовала вычислительную гидродинамику в отношении положения пальцев и большого пальца. Они попытались количественно оценить давний спор о том, должны ли пальцы быть плотно сжаты или более свободно раздвинуты, и где должен находиться большой палец для оптимального продвижения.
Оказалось, что ответ был столь же сложен, как и сам стиль плавания; в зависимости от того, как рука движется по воде, иногда было лучше, чтобы пальцы были дальше друг от друга. В других случаях они должны были быть ближе друг к другу. Все зависело от того, была ли движущая сила подъемной или сопротивлением.
Исследователи пришли к выводу, что в оптимальной ситуации пловец должен научиться чувствовать, когда нужно раздвигать и когда сжимать пальцы, когда рука движется по ходу, чтобы достичь дополнительной движущей силы; положение пальцев и большого пальца не должно быть одинаковым на протяжении всего цикла.
4. Больше, чем анаэробный порог
С точки зрения энергетического метаболизма, команда узнала, что анаэробный порог не является таким твердым барьером, как считалось ранее. Когда вы только начинаете плавать, ваше тело полагается на анаэробную систему и быстро сокращающиеся мышечные волокна (которые не нуждаются в кислороде) для генерации энергии. Но примерно через две-три минуты тело исчерпывает свои запасы топлива для этого процесса и переключается на аэробную систему, которая питает медленно сокращающиеся мышечные волокна.
Фернандес говорит, что график этого процесса выглядит как крутой угол, который поднимается до точки перехода. "И он остается там, пока вы не перестанете плавать", - говорит он. "Если вы посмотрите на книги по физиологии, они всегда показывают быструю компоненту и устойчивое состояние", и как только вы достигаете этого устойчивого состояния, вы строго полагаетесь на медленно сокращающиеся мышечные волокна.
Но их исследования показали, что в этой истории есть больше, чем просто простое плато, когда вы входите в аэробную фазу. "Быстро сокращающиеся волокна ждут", но они не исчезают, говорит Фернандес. Это новое и растущее понимание меняет определение спринтерских, среднедистанционных и выносливых соревнований и может привести к новым подходам к тренировкам.
Система обратной связи на основе видео для внутрисекундных изменений скорости, записанная в LABIOMEP. (Фото: Ж. Пауло Вилас-Боас)
Загадки более быстрого плавания вольным стилем
Несмотря на их усилия и использование самых сложных датчиков и камер, еще предстоит проделать много работы, чтобы ответить на все вопросы, которые остаются о кроле и о том, как его лучше всего выполнять.
"Еще много и много вещей, которые нужно узнать", - говорит Вилас-Боас, и они постоянно находят способы измерять и оценивать то, что еще не количественно определено.
Например, они преодолели множество трудностей в адаптации мониторов кислорода для пловцов; в беге и других наземных видах спорта легко использовать эти устройства, но вода и погружение усложняют сбор данных.
Измерение силы в вольном стиле
Кроме того, измерение сил является сложной задачей, потому что использование системы ЭМГ и ее адгезивных датчиков в влажной среде естественно проблематично.
"Мы проделали безумную работу по мониторингу электромиографии в воде несколько лет назад", - говорит он, чтобы определить, где, как и сколько движущей силы генерируется от конкретной мышцы или движения во время плавания. (В процессе они обнаружили, что бицепс срабатывает дважды во время гребка, а не один раз, как считалось ранее.)
Таким образом, хотя они разработали некоторые "практические решения, они недостаточно точны. Ни одно из них не измеряет как движущие силы, так и прямые силы", - говорит Вилас-Боас, что является ключом к полному пониманию каждого движения в сложном действии, таком как плавание.
Почему вы не можете плавать, как Майкл Фелпс
Фернандес также отмечает, что у каждого пловца могут быть свои уникальные физиологические особенности, такие как гиперэкстензия в определенных суставах, поэтому все еще существует искусство нахождения правильного стиля для индивидуального пловца. Поэтому вместо того, чтобы указывать на кого-то вроде Майкла Фелпса - чьи анатомические особенности предлагают множество преимуществ, которые более среднестатистически сложенные люди не могут воспроизвести, - "мы не должны говорить, что все остальные должны делать так, как он делает".
"Дикий фронтир" - плавание на открытой воде
Продолжая работу, Фернандес говорит, что его группа все больше обращает внимание на плавание на открытой воде. Как бы сложно ни было разработать системы для точного измерения метаболических процессов и движения мышц в контролируемой среде бассейна в лаборатории, открытая вода - это совершенно другой дикий фронтир.
Фернандес говорит, что команда адаптировала систему трубки для бассейна, которую она использует для мониторинга использования кислорода для пловцов на открытой воде, используя лодку, идущую рядом с пловцом, чтобы развернуть систему трубки.
"С физиологической точки зрения, мы теперь можем выходить на открытую воду", но это только половина битвы. "С биомеханической точки зрения, мы пока не можем установить камеры в океане, поэтому нам нужно подумать, как мы можем разместить такие инструменты на наших лодках."
Он добавляет, что весь процесс "был не простым, но я думаю, что это было очень интересное исследование, которое откроет двери для других, чтобы прийти и сделать другие вещи."
Анализ условий производительности на открытой воде для лучших пловцов в LABIOMEP. (Фото: Ж. Пауло Вилас-Боас)
Холистический подход к науке о плавании
Это красота науки - одно открытие строится на предыдущем и прокладывает путь для следующего. Хотя исследования плавания имеют свои корни в Португалии, знания не знают национальных границ.
В плавании также все тело связано. Вы не можете изолировать одну часть тела и надеяться, что это волшебным образом улучшит ваше плавание. Вместо этого все должно работать вместе, и Фернандес говорит, что в будущем он надеется принять более холистический взгляд на изучение кроля.
Тем временем, использование науки для разработки индивидуального, предписывающего подхода к тренировкам на основе вашей собственной физиологии и ваших целей - лучший вариант, говорит Вилас-Боас. "Я твердо убежден, что наука может помочь."
Для тех спортсменов, у которых есть время, ресурсы и желание, он рекомендует пройти физиологическое тестирование и анализ, чтобы узнать больше о вашей индивидуальной анатомии, биохимии и психологии. Такой целенаправленный анализ может помочь вам построить правильный стиль для вас и вашего собственного пика производительности.