Стопы и мастерство горнолыжника

15. ноября 2009 | От | Категория: Техника

Введение
Еще в докарвинговую эру знаменитый специалист Жорж Жубер в книге «Мастерство горнолыжника» (1983) назвал выдающихся горнолыжников гениями стоп. И это мнение, как мы полагаем, не потеряло актуальности в современных горных лыжах — намного более динамичных. Но что удивительно, в горнолыжной литературе и тренерской практике работе стоп внимания уделяется совсем мало. Поэтому мы предприняли попытку «теоретического» (не побоимся этого ужасного слова) анализа вопроса о роли и механизмах участия стоп в управлении лыжами.

Суть наших представлений такова: стопы в значительной мере определяют работу более мощных голеней. Голени обеспечивают «сильные» воздействия на лыжи, а стопы – тонкую настройку эффектов голеней. То есть, стопы — это не бесчувственные, неподвижные закованные в ботинки «култышки», а полноправные своеобразные участники процесса управления лыжами. Мы полагаем, что именно стопы позволяют спортсменам наиболее точно, быстро и тонко подстраивать лыжи к столь переменчивым условиям их ведения в повороте. Отчасти, дело в физиологии — стопы чувствительнее голеней, а их движения точнее.

Немного физики и геометрии. Подчеркнем очевидные и важные для понимания работы стоп, моменты.

1) Стопы и голени работают по-разному, но всегда совместно. Рассуждая о работе только стопы или только о голени, мы подразумеваем лишь преимущественное их участие в том или ином процессе. Физически очевидно, что стопы эффективны только при некоторой подвижности голеней в ботинках.
2) Если с помощью стоп и голеней лыжник действует на лыжу и на склон, то согласно III закону Ньютона верно и обратное — склон и лыжа действуют на стопы и голени, т.е. на лыжника. Например, одна ситуация — лыжник специально «давит» голенью вперед и таким образом смещает давление к носку лыжи; или обратная ситуация — носок лыжи наезжает на бугор и увеличенное давление под носком лыжи передается на голень, толкая ее назад.

Стопа в ботинке фиксирована, но за счет эластичности внутреннего ботинка и собственных тканей все же немного подвижна. Даже в спортивных ботинках ее люфт в поперечной и в продольной плоскостях составляет, вероятно, не менее 5 градусов.

Голень относительно лыж намного подвижнее стопы, особенно в продольном направлении. К примеру, вследствие упругости голенища ботинка и эластичности мягких тканей ноги спортсмен способен вдавить голень вперед довольно сильно, даже в жестких ботинках не менее, чем градусов на 20. Боковой люфт голени, естественно, намного меньше. Но все же при больших нагрузках и он вполне ощутим – градусов 5 или около того.

В принципе, технически несложно зафиксировать колено так, чтобы практически исключить любые движения голени относительно лыжи. Но увеличится ли при этом скорость? Не факт. Ведь при некоторой свободе (но, конечно, не разболтанности) голеней лыжи легче амортизируют, «проглатывают» неровности склона. Определение оптимальной фиксации стоп и голеней для разных горнолыжных дисциплин и для конкретных спортсменов — не простая задача и ее постоянно приходится решать спортсменам, тренерам и изготовителям. Однако, что считать оптимальной фиксацией?

Стопы и закантовка. Работа голеней в ботинках при закантовке лыж вполне наглядна. Но эффекты голеней во многом определяются невидимыми и почти неподвижными в ботинках стопами. Вклад стоп в закантовку, если выражать ее в угловых градусах, невелик, но важен. Как упоминалось, работа стоп тоньше, быстрее, «адаптивнее». И мы уверены, что именно в работе стоп нередко кроется источник прироста скорости и мастерства. Многие из нас наверняка неоднократно обращали внимание на лыжников, особенно детей и юниоров, которые все делают вроде бы правильно: заклон используют, голени, бедра и туловище – как на картинке, а лыжи в повороте не держат. А когда нет надежности сцепления лыж со снегом, то и ловкость пропадает. Тут в самый раз упомянуть про талант или его отсутствие. Но дело может заключаться (правда, не обязательно) в неправильном использовании стоп. То есть, в тренере. И/или в инвентаре. Скорее всего, и у мастеров нюансы работы стоп вполне могут быть одной из причин превосходства или отставания в классе?

Стопа наружной ноги помогает голени в закантовке с помощью движения, создающего акцентированное давление на лыжу внутренней частью подошвы. Благодаря такому движению стопы давление на лыжу смещается ближе к опорному, в данном случае, внутреннему канту и усилие голени, необходимое для закантовки, уменьшается. Это происходит вследствие укорочения рычага силы, которая противодействует закантовке («раскантующая» сила).

Данный эффект, на самом деле, очевиден. Тем не менее, поясним его упрощенным расчетом. Предположим, лыжник не помогает голени стопой. Тогда давление на лыжу приходится, примерно, на середину ее ширины (талию лыжи посчитаем равной 66 мм). И длина рычага «раскантующей» (препятствующей закантовке) силы пусть будет составлять около 3 см. Далее представим, что усилием стопы лыжник сумел сместить давление на лыжу ненамного, всего на 2,5 см ближе к опорному канту. Если в крутом повороте загружена преимущественно наружная лыжа, а к ней приложена суммарная сила в 120 кг (бывает больше), то для удержания закантовки голень должна давить изнутри на верхнюю часть голенища ботинка (примем его высоту равной 30 см) в первом случае с силой 12 кг, а во втором – 2 кг. Эти цифры показывают, что помощь стопы, в принципе, способна существенно уменьшить деформацию мягких тканей голени и эластичных элементов ботинка, тем самым, способствуя сохранению угла закантовки.

Конечно, для приведенного примера выраженная в угловых градусах помощь стопы в закантовке в пределе вряд ли превзойдет величину максимального поперечного люфта, то есть 5 градусов. Но, согласитесь, эта «закантовочная» помощь стоп, пусть и малая, но оказанная быстро в нужном месте и в нужное время, для прохождения поворота может оказаться очень кстати. Конечно, реальность гораздо сложнее. В частности, пиковые нагрузки на лыжу и голень могут в разы превосходить использованные для расчетов.

Поскольку, чаще всего, нагрузка на наружную лыжу в зоне поворота «до, возле и сразу после огибаемого флага» намного больше, то и работа наружной стопы по закантовке, в сравнении с внутренней стопой, гораздо напряженнее. Кроме того, в случаях, когда наружная нога почти выпрямлена (а такое в крутых поворотах слалома и особенно гиганта такое наблюдается сплошь и рядом), быстро подправить закантовку ангуляцией только колена не просто. Затрудняет работу наружной стопы и анатомическое строение стоп: внутренние области подошвы стоп имеют — в сравнении с наружными областями — меньшую площадь контакта с ботинком и эффект надавливания ими слабее выражен. Поэтому стопа помогает закантовке наружной лыжи нередко не только надавливанием внутренней частью подошвы вниз, но и – обратим особое внимание — наружной частью тыльной поверхности вверх. Такой технический прием ощущаться лыжником как усилием «подворот» стопы в ботинке внутрь.

Менее напряженная, в целом, работа внутренней стопы обусловлена меньшей нагрузкой на внутреннюю лыжу, иным направлением действующих сил и упомянутыми анатомическими особенностями подошвы стоп. Поэтому «раскантующая» сила на этой лыже, чаще всего, сравнительно невелика.

При недостаточной работе стоп в начале дуги поворота лыжник может запаздывать с началом резаного ведения. Особенно на жестком склоне. Помощь стоп, пусть и на небольшой угол, позволяет начинать резаное ведение чуть раньше.

Вероятно, работа стоп может помогать при использовании в поворотах бокового дрейфа, описанного в интересной и содержательной книге известного специалиста Грега Гуршмана. «Пьянта-Су!» Горные лыжи глазами тренера» (2005). При чрезмерной закантовке именно стопы позволяют «мгновенно» уменьшить ее угол.
Принципиально важно, что стопы не только добавляют, не дают потерять или сбрасывают в какие-то мгновения поворота несколько существенных для ведения лыж градусов закантовки — они координируют выполнение ангуляции — углового положения (УП, которое отнюдь не является анахронизмом и применяется во всех поворотах современного слалома и гиганта).

По нашему мнению, такой координирующий эффект стопы очень значим и заметен. Вероятно, он обусловлен тем, что движение стоп рефлекторно распределяет УП на большее число мышц, благодаря чему УП выполняется быстрее, легче и гармоничнее. Для иллюстрации предположения проведем небольшой физиологический эксперимент. Чуть отставим в сторону любую ногу и с усилием наклоним внутрь, или подвернем, ее стопу. Мы почувствуем, что вместе со стопой совершенно естественно смещается внутрь и колено, а с ним бедро и голень. Более того, будучи внимательным и непредвзятым, можно почувствовать также некоторое напряжение мышц тела со стороны подворачиваемой внутрь стопы. В общем, если наши представления верны, то правильная закантовка должна начинаться, ощущаться, делаться, прежде всего, как движение стоп. Образно говоря, при закантовке (с чистым заклоном или с выраженным УП) – танцуем от стопы!

Стопы (и голени) в продольном балансе (синоним — продольная работа) лыжника
В физическом отношении продольный баланс лыжника является именно работой, поскольку на нее расходуется кинетическая и мышечная энергия. Порою очень приличная. Подчеркнем, что продольный баланс лыжника — при смене динамических стоек, в разных фазах поворота, при наездах на неровности склона и т.д. — сопровождается характерными изменениями давления на снег вдоль лыж.

Для удобства описания продольной работы введем такую характеристику — «максимум давления лыжи на снег», или просто «максимум давления». Максимум давления смещен вперед — сильнее загружена передняя часть лыжи, а когда он сдвинут назад – давление увеличено под ее задней частью.

Общее правило продольного баланса, важное для понимания его механизмов (условно назовем «правилом обратного эффекта»), в упрощенном виде таково: чтобы нагрузить носки лыж (и сместить центр массы относительно лыж вперед) – вначале надави на задники и, наоборот, чтобы нагрузить задники (и сдвинуть тело относительно лыж назад) – вначале надави на носки. Это правило — следствие III закона Исаака Ньютона и из него нет исключений. Оно описывает также и «статические» ситуации. Например, когда лыжники постоянно «висят» над носками или задниками лыж. Не противоречат этому правилу и случаи с выскальзыванием лыж из-под лыжника или с кувырком лыжника вперед при наезде на препятствие, когда максимум давления выходит за пределы длины лыж, т.е. за пределы опоры.

ris1

ris1

Система «ботинок – лыжа» проста. Но голень со стопою в ботинке вместе с лыжей образуют очень сложную систему рычагов 1 и 2 рода, имеющих не только переменную длину плеч, но и переменное расположение осей вращения. Посмотрим, на что и как лыжник может «давить» в ботинке (читаем – «давить» на лыжу) при продольной работе (Рис.1). Понятное дело, лыжник «нажимает» голенью либо вперед, давя через ботинок на переднюю часть лыжи и разгружая ее заднюю часть, либо назад, что сопровождается противоположными изменениями давления под лыжей.

Со стопой дело сложнее. Например, можно давить на лыжу равномерно всей подошвой или преимущественно носком стопы или пяткой. Более того, тыльной частью плюсны (носка стопы) лыжник способен давить на ботинок вверх, в направлении «от лыжи». На Рис.1 основные направления давления стопы и голени показаны красными стрелками, а величина этих стрелок примерно отражает силу, с которой лыжник способен «давить» на соответствующие части ботинка.

Так вот, смещение максимума давления вдоль лыжи определяется не только голенью, но и тем, какой частью стопы лыжник упирается в подошву ботинка. Действительно, эффект давления голенью (через ботинок) на переднюю часть лыжи усиливается при дополнительном упоре носком стопы вниз. И обратно, эффект давления голенью на задник лыжи увеличивается, если нажимать на лыжу пяткой. Особенно, когда давление пяткой (вниз) сочетается с давлением плюсной (передней частью стопы) вверх.

На Рис.2 показано примерное расположение максимума давления на лыжи при некоторых сочетаниях давления голенью и стопой. Красные стрелки обозначают приблизительные направления и величину усилий стопы и голени в ботинке, синие стрелки — расположение максимумов давления под лыжами, а розовым цветом показано распределение нагрузки под лыжами.

ris2

ris2

Удержать максимум давления в пределах подошвы ботинка можно двумя способами: «только» стопой (Рис.2А) или сочетая давление голени на язычок ботинка с давлением на лыжу пяткой или всей подошвой стопы (Рис.2Б). Способ на Рис.2А позволяет вести лыжи мягче, а на Рис.2Б — чуть жестче, но точнее и удобнее для удержания продольного баланса: ведь при небольшом, в пределах ботинка, смещении максимума давления вперед передние мышцы бедра нагружены меньше, а это облегчает (и ускоряет) их работу.

На Рис.2Г и 2Д показана работа стопы и голени при смещении максимума давления далеко за пределы длины ботинка. Особо отметим не упоминаемый, «не наслуху», но широко используемый прием – плюсна (Рис.2Г) «давит» вверх.

Заметим, что существуют и другие сочетания работы стоп и голеней «в ботинке» — не столь очевидные, труднее осознаваемые и порою весьма кратковременные.
Продольная работа голеней и стоп в каждой фазе поворотов слалома и гиганта имеет особенности. Но упрощенно она описывается следующим образом. В начале поворота, т.е. в мало искривленной и мало нагруженной его части, чтобы обеспечить резаное ведение лыж, спортсмен сильнее загружает носки лыж. Далее, по ходу поворота и, особенно, в его конце лыжник усиливает давление на задние части лыж. Это необходимо, чтобы в наиболее нагруженных нижних частях поворота не допустить чрезмерного врезания носков лыж в снег, а к началу следующего поворота не оказаться в сильной задней стойке и не дать лыжам выскользнуть из-под тела.
Поскольку в крутых поворотах — в зонах «возле и ниже огибаемого флага» -суммарная сила давления на лыжу бывает очень велика, то давление голени может заметно увеличивать наклон ботинка вперед. И тогда при рассмотрении соответствующих кадров с известными горнолыжниками нередко складывается впечатление о специальном «задавливании» носков лыж. Однако не следует забывать, что усиленное давление голенью вперед может прекрасно компенсироваться давлением на пятку стопы. Поэтому в данной фазе поворотов, даже при сильном наклоне голеней вперед, максимум давления, в принципе, может оставаться в пределах ботинка, а лыжник находиться в равновесной стойке.

Учитывая кратковременность фаз и немалую массу частей тела, вовлекаемых в продольную работу, усилия стоп и голеней должны быть весьма существенными. А смещение максимума давления назад, по «правилу обратного эффекта», может быть даже намного сильнее, чем на Рис.2Г. Для примера упомянем, что в крутых поворотах слалома и гиганта ниже огибаемого флага именитые спортсмены иногда настолько сильно загружают задники лыж, что носки «поднимаются» над снегом.
Тем не менее, мы предполагаем, что скорость прохождения поворотов больше, когда максимум давления на лыжу «гуляет» лишь в пределах подошвы ботинка — это позволяет избегать перегрузки носков и задников лыж и тем самым уменьшать сопротивление снега. Исходя из общих соображений, нам кажется вероятным, что повороты выполняются совершеннее в тех случаях, когда с помощью стоп удается избежать выраженного давления голеней на ботинки (и избыточного врезания носков лыж в снег). Ведь именно стопы способны наиболее точно и быстро регулировать давление носков лыж на снег, меняя его таким образом, чтобы оно оставалось достаточным для ведения лыж по дуге, но не становилось чрезмерным. Правда, в крутых поворотах сделать это очень и очень сложно.

Наличие разножки меняет соотношение участия стоп и голеней в продольной работе. «Длинная» разножка увеличивает вклад голеней. При этом движение лыжника по дуге ухудшается вследствие уменьшения врезания и изгиба передней части внутренней лыжи, а сопротивление снега увеличивается за счет усиления давления на переднюю часть и без того больше нагруженной наружной лыжи и дополнительного врезания ее носка в снег. Наоборот, «короткая» разножка увеличивает долю стоп в продольной работе лыжника: общее сопротивление снега уменьшается, а ведение внутренней лыжи по дуге — облегчается. Кстати, тенденция к укорочению разножки в современном слаломе и гиганте описана Грегом Гуршманом в упомянутой книге (2005).

Резюме. Работа стоп в слаломе и гиганте очень важна. Во многих случаях индивидуальные особенности работы стоп могут оказаться истинной причиной многих дефектов техники и различий в классе. Правильной работе стоп следует специально учить и учиться.

Александр ГАЙ

Tags: , ,

4 комментария
Ваше мнение »

  1. Всё правильно, очень хорошая статья. В «Пьянте Су» этому моменту мало внимания уделено

  2. Статья интересная, но бездакозательная, в ней смешиваются статические и динамические нагрузки и физика с биомеханикой.
    Создать дополнительное давление с точки зрения физики совершенно все равно чем — стопой или голенью, все равно это усилие передасться лыже через несгибаемую подошву ботинка и лыжа не узнает как именно устроена ваша биомеханика и какие мышцы/связки вы напрягали.
    Работа стопой возможна только в мягком экспертном ботинке, возьмите спортивный башмак 150 жесткости и забудите про прогиб ботинка и смещение стопы.

  3. Уважаемый Сергей! Спасибо за слова — статья интересная. К вопросу о бездоказательности. А что можно доказать по технике ГЛ ? Кроме механики ГЛ, которую полностью нельзя описать в принципе, к сложности предмета прибавляется неопределенная, мягко говоря, терминология. Т.е. предмет необычайно сложный и всем в нем взаимосвязано.При описании техники и механики ГЛ всякому автору приходится сильно упрощать, писать, по возможности, понятно, поскольку в мыслях изложенных сталкиваешьсяс гигантским ворохом повторов, неточных определений, неправильного понимания написанного и т.д… Да просто с физической неопределенностью происходящего. Например, я с интересом выяснил из Википедии (когда пытался разобраться с импульсами, моментами и т.п.), что механика вращения сложного тела, так сказать, не до конца понятна. Что уж тут говорить о лыжнике, который представляет собою ну очень сложное тело, совершающее очень сложное движение в условиях сложного нерегулярного взаимодействия с опорой (фраза наобум). Так что, волей-неволей, смешивается статика и динамика, физика и биомеханика. Что имеет место и в реальном ГЛ повороте спуске.
    Конечно, лыже все равно, чем создается давление, а ноге в ботинке и лыжнику — не все равно. Да, стопа в нынешних спортивных ботинках почти неподвижна (почти!). А голень все-таки немного движется, такая у нее анатомия. Ну? пускай она сдвигается вперед не на 20 градусов, а меньше. Да и 20 градусов это, как нам кажется, немного. Кстати, зафиксировать голень относительно лыж можно, укрепив ее какой-нибудь железкой чуть ниже коленного сустава. Но почему-то производители этого не делают. Может быть тренера профукали такую исключительную возможность? Как с карвами!?
    На самом деле, Сергей, вы затронули очень интересную и не совсем понятную мне непростую вещь, касательно смещения максимума давления вдоль лыжи. Дело в том, что давление под лыжей (смещение максимума давления) должно зависеть от ее изгиба. Эта тема показалась мне настолько сложной (для меня), что я даже не стал ее упоминать и разбирать. Да и читателям, вероятнее всего, усложнение ни к чему. Ведь любое изложение ГЛ техники должно быть не только верным, но и удобочитаемым .
    В любом случае спасибо за критику — она полезна. Александр

  4. Никак не умаляя важности работы стопы.

    «Данный эффект, на самом деле, очевиден. Тем не менее, поясним его упрощенным расчетом. Предположим, лыжник не помогает голени стопой. Тогда давление на лыжу приходится, примерно, на середину ее ширины…»
    На мой взгляд, для таких тонких вещей Ваш расчет слишком упрощён. Тут не стоит смешивать давление на ботинок и на лыжу. Ботинки пристегнуты креплениями с определенной силой прижатия, которая достаточно мала, а то крепления не будут открываться. Давление на лыжу приходится на середину только когда она стоит плоско на снегу. Когда она поставлена на кант и загружена, давление на лыжу сосредоточено примерно в двух точках (условно), где нижний край подошвы ботинка контактирует с передней и задней опорными плошадками креплений. Верхняя часть подошвы, точнее рант, контактирует уже с с креплениями, а не с лыжей. И от изменения точки приложения давления внутри ботинка распределение сил на лыже не меняется. Это проше представить, если нарисовать картинку с небольшим люфтом между креплениями и люфтом ботинка, что, в обще-то недалеко от действительности. Впрочен, и без люфта картина будет та же самая, просто более тредная для представления. Поэтоиу я бы предположил, что смысл описываемого Вами приёма есть выборка люфта, о котором Вы пишете. Своего рода «ангуляция лодыжки».

    «Общее правило продольного баланса … таково: чтобы нагрузить носки лыж (и сместить центр массы относительно лыж вперед) — вначале надави на задники и, наоборот, чтобы нагрузить задники (и сдвинуть тело относительно лыж назад) — вначале надави на носки. Это правило — следствие III закона Исаака Ньютона и из него нет исключений»
    Изменить баланс без носков и задников можно изменением стойки (например, согнув колени), выдвинув лыжи вперед или назад за счет сгибания-распрямления и, наконец, сгибателным или разгибательным усилием стоп, коли тут о них речь. Чего нибудь ещё пока в голову не приходит.

    .

Оставьте комментарий