Poznámky k biomechanice volného způsobu běhu

V této části nastíníme problematiku běhu na lyžích z pohledu přírodních zákonitostí, které tento pohyb umožňují i limitují. Technika pohybu je určitý způsob řešení daného pohybového úkolu na základě tělesných předpokladů v souladu se zákony mechaniky. Hlavními kriterii pro hodnocení techniky jsou účelnost a ekonomičnost pohybu.

Biomechanická interpretace podstaty vzniku pohybu při běhu na lyžích vychází z místa interakce mezi pohybovým systémem a podložkou. Vztahy mezi silami vytvořenými běžcem a podložkou jsou rozhodujícím činitelem, který ovlivňuje kvalitu jeho pohybových činností a jedná se o interakci mezi vnitřními (svalovými) a vnějšími (fyzikálními) silami. Výsledkem je konkrétní provedení pohybových činností, které nazýváme běžeckou technikou a pomocí které je realizován zadaný pohybový úkol.

Biomechanika užívá k analýze a vysvětlení lidského pohybu metody a prostředky vědních oborů mechaniky – kinetiky a kinematiky.

Kinematika 

zabývá se popisem pohybu a zkoumáním a vysvětlením pojmů jako jsou změny v prostoru, rychlost, zrychlení, čas, směr pohybu (veličinami popisující pohybový projev sportovce a jsou pozorovatelné i z vnějšku). Dodává nám přesně popsané modely správných pohybových struktur pro jednotlivá sportovní odvětví a disciplíny. Jedná se o vyjádření vnějších pohybových znaků techniky sportovního pohybu pomocí tzv. časově – prostorových znaků pohybu. Pomocí kinematiky je popsáno správné technické provedení jednotlivých běžeckých způsobů a technik.

Kinetika

zabývá se příčinami pohybu, tedy sílou, momentem sil apod. Osvětluje nám i místo a příčiny vzniku, velikost proměnných veličin, které zapříčiňují pohyb. Zabývá se kvantifikací vnitřních znaků pohybových struktur, které vyjadřují silové charakteristiky pohybu při běhu na lyžích.

Síly působící při běhu na lyžích klasifikujeme jako síly vnější, existující nezávisle na lyžaři a síly vnitřní, tvořené běžcem.

Vnější síly

Na lyžařovu hmotnou soustavu komplexně působí celé řady vnějších sil, které v daném okamžiku pohybu tvoří soustavu vnějších sil. Mezi vnější síly, které nás ve vztahu k pohybu běžce na lyžích nejvíce zajímají, patří síla tíhová, setrvačná, reakce oporné plochy, třecí a aerodynamické síly. Velikost a působení některých vnějších sil je neměnné (např. gravitace), jiné se mění se změnou vnějších podmínek či rychlosti pohybu (tření, aerodynamika). Tyto veličiny jsou na člověku nezávislé.

Vnitřní síly

jsou tvořeny součinností svalového a opěrného systému a úrovní metabolických dějů běžce. Jsou dány především silou běžcových svalů a reakcí jeho tkání způsobenou pevností, pružností a kvalitou metabolických procesů.

Při zkoumání kinetiky běhu na lyžích je třeba správně pochopit a použít pohybové zákony a gravitační zákon Isaaca Newtona.

• Zákon setrvačnosti nám např.vysvětluje, proč se lyžař pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem při jízdě z kopce, když jsou všechny síly na něj působící (síly gravitace, tření, reakce oporné plochy) v rovnováze a výslednice sil působící na lyžaře je nulová.
• Zákon síly vysvětluje, proč se lyžař nepohybuje konstantní rychlostí, nýbrž ve fázi odrazu a odpichu zrychluje a ve fázi skluzu zpomaluje.
• Zákon akce a reakce vysvětluje, proč se může lyžař pohybovat vlastní silou tím, že vyvolává při odpichu a odrazu reakce podložky stejné velikosti, avšak opačného směru.
• Gravitační zákon vysvětluje sílu, která působí neustále vertikálním směrem dolů. Při sjezdu působí složka gravitační síly ve směru pohybu lyžaře a při stoupání proti pohybu běžce.

Prvotními silami pro vznik pohybové činnosti jsou síla tíhová (působící stále) a síla svalová (ovládanou lyžařem).

Ostatní síly jsou druhotné, mohou vznikat následkem působení jedné nebo více zmíněných prvotních sil. Při běhu na lyžích mezi nejdůležitější patří odpor vzduchu a odpor sněhové podložky (tření).

Odpor vzduchu

je komplikovaná veličina, jejíž velikost záleží na tvaru a velikosti lyžařova těla, především na čelním průmětu plochy jeho těla do směru pohybu, na relativní rychlosti vzduchu proudícího kolem lyžaře a na velikosti atmosférického tlaku. Z praxe je zřejmé, že při běhu dvoudobém střídavém můžeme obtížně snižovat odpor vzduchu zmenšením plochy projekce lyžařova těla do směru pohybu, ovšem ve sjezdu bude lyžař zcela určitě reagovat nízkým sjezdovým postavením.

Obr. 3 Velikost odporu vzduchu při pohybu lyžaře při různých rychlostech u vzpřímeného postoje (upright) a u nízkého sjezdového (tuck) (Rusko 2002).

Odpor sněhové podložky

vzniká především třením mezi klouzající lyží (skluznice, boky lyží) a sněhovým povrchem a dále odporem sněhu působícím při skluzu proti čelnímu průmětu špičky lyže, boty, vázání nebo překonáváním nerovností ve stopě. Velikost tření R lyže na sněhu závisí na velikosti složky síly N, jíž lyže působí kolmo na sněhovou podložku a dále na koeficientu tření f mezi skluznicí a sněhem. Velikost tření lze vypočítat pomocí vzorce:

R = f N.

Velikost tření je tedy přímo úměrná koeficientu tření, který je závislý na:

• druhu sněhu a jeho kvalitě (ta je dána teplotou sněhu, stářím sněhu, tvarem sněhových krystalů, znečištěním sněhu, úpravou běžecké stopy, tedy její tvrdostí a pevností)
• kvalitě lyží a skluznice
• kvalitě mazání
• Rozdíly ve velikosti tření při skluzu za různých teplot se vysvětlují i tvorbou vodní vrstvy různé tloušťky při pohybu lyže po sněhové podložce. Čím větší vrstva, tím větší tření. Její výskyt dosvědčují měření elektrické vodivosti sněhu v místě kontaktu sněhu se skluznicí lyže. Tvorba tekuté vrstvy je spojena s nahříváním a táním sněhu při pohybu skluznice lyže.

• tíhy lyžaře
• silových schopností lyžaře při odrazu
• techniky běhu na lyžích, zvláště úrovní zvládnutí pohybové struktury odrazu a způsobu zatěžování lyže ve skluzu

Podmínky skluzu (tření) i odporu vzduchu (aerodynamika) mohou měnit částečně i strukturu pohybu běžce a jsou v přímém vztahu k rychlosti pohybu. Rozdíl v rychlosti běžce na stejné trati jednou za ideálních, podruhé za špatných podmínek se může lišit z důvodu vyššího odporu vzduchu a sněhové podložky o 20 i více procent.

Doporučená literatura pro další studium:

1. Bolek,E., Ilavský,J. Soumar,L. (2008) Běh na lyžích. Trénujeme s K. Neumannovou. Grada, Praha.
2. Bilodeau,B., et.al. (1996) Kinematic of cross country skiing. Med.Sci.Sports and Exerc. 28(1), pp. 128-138.
3. Holmberg,H.,Lindinger,S.,Stoggl,T.,Eitzlmair,E.Muller,E.(2005) Biomechanical analysis of double poling in elite cross-country skiers. Med Sci Sports Exerc, 37, 807–818,
4. Ramenskaja,T.I. (2001) Specialnaja podgotovka lyžnika. Moskva, SportAkademPress. p.224.
5. Dvořák, F. a kol. (1992) Běh na lyžích. Praha, Olympie, s. 130.
6. Ilavský,J.,Suk,A. (2003) Běh na lyžích. Metodický dopis. SL ČR.
7. Knot,L. Korvas,P. Kovařík,V. Ondráček,J. (1991) Teorie a didaktika lyžování. Skripta. Masarykova univerzita, Brno, PdF, s.215.
8. Korvas,P. Luža,J. Došla,J. (2000) Využití programů CORELDRAW8 a TĚŽIŠTĚ pro kinematografické srovnání techniky běhu na lyžích a kolečkových lyžích. Telesná výchova a šport. vol. X, no. 4, s. 24-26.
9. Korvas,P. Luža,J. Došla,J. Harvánek,F. (2001) Analýza pohybu těžiště běžce na lyžích u klasické techniky. In Role tělesné výchovy a sportu v transformujících se zemích středoevropského regionu. Brno : Masarykova univerzita, PdF, s. 166-334.
10. Rusko,H., (2003) Cross country skiing. Oxford, Blackwell Publishing, s198.
11. Schwirtz,A. (1993) Der Stockeansatz im Skilanglauf. – biomechnaische Untersuchungen zur optimalen Stockelänge. In.Entwicklungstendenzen im Skilanglauf. Koln, BISp. S.57-66.
12. Svensson,E., (1994) Ski Skating with Champions. Portland, Dynagraphics, s.272.
13. Wenger,U., Wöllzenmüller,F.(2003) Skilanglauf. Copress Verlag, München, 206 s.