Dynamické pohybové znaky

Stejně jako u klasického způsobu běhu lze rozlišit soustavy sil působící v odrazové a skluzové fázi, přičemž při bruslení nedochází k zastavení lyže. Běžec je stále v oporové situaci vzhledem k podložce (jedno – až čtyřoporová pozice v průběhu cyklu). Oporová situace je dána kontaktem lyžaře s podložkou (sněhem) a působením síly reakční F_re a tření R. Základem běžeckého kroku je oporová fáze, při které se vytváří potřebné hybné síly lyžaře a ty jsou výsledkem reakce opory. Reakce opory se rovná velikosti síly, kterou tělo působí na oporu v jejím protisměru. Pokud běžec stojí na lyžích nehybně, reakce opory se bude číselně rovnat hmotnosti těla běžce. Směr působící síly přitom prochází přes těžiště těla. Při běhu volným způsobem jsou dopředné hybné síly běžce (F_h) tvořeny dolními končetinami (nohama) i pažemi.

Síly tvořené dolními končetinami při odrazu

Odraz je tvořen za pohybu. Síly vznikající odrazem běžce při bruslení pracují paralelně s podložkou, nevyužívá se statické tření pro vytvoření reakční síly. Nohy silově působí během pohybu lyže v odvratu, tedy pod určitým úhlem (α) k vlastnímu směru pohybu. Bruslař se odráží v kolmém úhlu na směr jedoucí, odrazové lyže. Tlak, který směřuje pod určitým úhlem do směru pohybu skluzové lyže, je tvořen mnoha malými silovými komponenty (F1,F2,F3,F4,…= ΣF). Součet těchto malých proměnných sil tvoří celkovou sílu (F_lyže) jedné dolní končetiny vynaloženou pro pohyb vpřed na jedné lyži. Protože F_lyže pracuje pod určitým úhlem na druhou lyži a směr pohybu, výslednou hnací sílu vypočítáme pomocí:

F_hnací = F_lyže x sin alfa x sin beta

kde – sin alfa je úhel hranění tvořený osou kotník – koleno, 0 ° = kolmý úhel na podložku

sin beta je úhel odvratu lyže od směru běhu

Obr. 4 Síly vznikající při odrazu běžce z hrany odvrácené lyže

Na rovině působí proti pohybu běžce jen odpor sněhu a vzduchu, a je tedy potřeba relativně malé síly pro udržení rychlosti pohybu. Při běhu do kopce se přidává působení zemské přitažlivosti a je tedy potřeba větší hnací síly běžce pro udržení rychlosti běhu. Tyto větší síly mohou být vytvořeny zvýšením výsledné reakční síly lyží – zvýšením odvratu nebo zvýšením hranění za předpokladu stálého tlaku na lyži, prodloužením doby aktivního působení na lyži při odrazu. Podle Hottenrotta (2004) je při odrazu dolních končetin dosahováno celkové síly 600–1600N, horizontální síly 300–400N a maximálního impulzu síly 50–150 Ns. Doba odrazu při bruslení (t) je delší než u klasiky, protože u klasiky trvá 0,1–0,2 sec, zatímco u bruslení je minimální doba odrazu 0,3 s. a trvá i déle než 1 sec. U bruslení jsou síly relativně menší, ale jsou násobeny časem odrazu, takže může být jednodušeji dosažena vyšší rychlost (v) než při klasice.

Na příkladu oboustranného jednodobého bruslení je dokumentována dynamika zatěžování lyže dolními končetinami při odraze (příklad z měření jednoho běžce). V jeho průběhu nejsou významné rozdíly v nasazení síly obou dolních končetin. U každé z dolních končetin můžeme v průběhu pohybového cyklu sledovat dva výrazné vrcholy silového působení na lyže s rozdílnými hodnotami. Při prvním dosahuje tlak 603 N (Newtonů) – tj. (přibližně 80 % tělesné hmotnosti měřené osoby) – a druhý 878 N (110 % tělesné hmotnosti). V polovině odrazu jsou tyto dva silové vrcholy přerušené extrémním poklesem silového působení (hmotnosti) na 153 N (20 % tělesné hmotnosti), které dokumentují dynamiku pohybového projevu u jednodobého způsobu běhu. Tento průběh silového působení běžce na lyže je podobný i u ostatních bruslařských technik a je zřejmé, že největší silové působení dolních končetin na lyže je realizováno ve druhé polovině skluzu na lyži.

Obr. 5 Průběh silového zatížení lyže při odrazu (Ilavský 2003)

Náhlý vzestup síly na začátku odrazu vyplývá z nasazení lyže do skluzu spojeného s částečným přesunem hmotnosti na tuto nohu a zahájení dvouoporového skluzu. Pokles tlaku na lyži je spojen s dokončením odrazu druhé nohy a druhý vrchol s přesunem hmotnosti a dynamickým odrazem.

Síly působící při odpichu pažemi u volného způsobu běhu

Při odpichu působí svalová síla v součinnosti se silou setrvačnou a gravitací šikmo dolů proti směru pohybu do podložky. Účinnost odpichu je závislá na směru odpichu (úhel α), pod kterým momentálně lyžař na podložku působí. Síla odpichu (F) vyvolává sílu reakce opěrné plochy stejné velikosti (F_re) působící v opačném směru. Síly se rozkládají na složku horizontální(F_h)a vertikální (F_v). Složka horizontální představuje sílu zrychlující lyžaře ve směru pohybu, vertikální složka vytváří kolmou tlakovou sílu hole na podložku. Svalová síla horních končetin při bruslení může dosáhnout až 50-60 % hmotnosti běžce.

Obr. 6 Sily vznikající při odpichu

K největší kumulaci tlaku na hole dochází v první třetině provedení soupažného odpichu. Je zde vyprodukována až polovina silového impulsu jednoho soupažného odpichu. Z tohoto důvodu někteří autoři (Schwitz 1993) tvrdí, že tato část je rozhodující pro výsledek a není důležitý pohyb paží až.za úroveň těla. Ovšem z pohledu biomechanického se to jeví méně účinné, protože účinnost vynaložené síly se zvyšuje se zmenšujícím se úhlem holí k podložce.

Obr. 7 Zvyšující se účinnost odpichu se zmenšujícím se úhlem hole k podložce

Laterální a vertikální síly vznikající při bruslení

Při bruslení se běžec pohybuje neustále do stran a velikost laterálních posunů je ovlivněna:

• úhlem odvratu lyže
• individuální proměnné (např. technika, délka končetin)
• úhel terénu
• skluz na lyžích
• rychlost
• množstvím dostupné energie

Ze základního postavení se těžiště lyžaře začíná v průběhu dvouoporového skluzu a provádění odrazu posunovat směrem k odrazové noze. Po dokončení odrazu se začíná pohybovat zpět do rovnovážného postavení nad skluzovou lyži. Velikost reakčních sil na lyži(Hr) musí být větší než Hc. Tyto rozdíly síly pohybu (Hd) pohybují tělem zpět do rovnovážného postavení. Rovnováha laterálních sil je dána: Hr = Hc + Hd = 0

Velikost výsledné síly která zapříčiňující stranový pohyb těla: Hd = Hr – Hc

Je tedy důležité, aby závěrečné impulzy síly odrazu směřovaly zpět pro posun těžiště do polohy v základním postavení nad skluzovou lyží a hmotnost těla byla schopná přesunu na druhou stranu přes osu pohybu.

Obr. 8 Síly vznikající při laterálních pohybech běžce

S takovým množstvím proměnných je kontrola stranového pohybu velmi důležitá. Úhel odvratu přímo kontroluje velikost stranového pohybu a je dále ovlivňován všemi ostatními faktory. Jestliže dva lyžaři bruslí stejnou rychlostí, ten který běží delší trasu s větším úhlem odvratu, musí užít více energie, aby udržel rychlost s lyžařem s delším skluzem vpřed. Lyžař musí zkoušet minimalizovat laterální pohyb a bruslit s optimálním (více účinný) úhlem běhu.

Obr. 9 Pohyb těžiště při různých úhlech odvratu

Vertikální pohyb a energetický výdej při bruslení

Během každého bruslařského cyklu (mezi každým zapíchnutím holí) se těžiště pohybuje nahoru a dolů. Energetický výdej během vertikálního pohybu je funkcí 4 faktorů:

1. hmotnost lyžaře
2. velikost vertikálního pohybu během cyklu
3. průměrný čas každého cyklu
4. frekvence cyklů

Pro energetickou efektivitu při udržování rychlosti by měl lyžař usilovat o pohyb s minimálním vertikálním rozsahem pohybu těžiště (Δh) v průběhu cyklu. Vertikální pohyb ale nelze zcela minimalizovat, protože by se omezila délka odrazu i pohyb trupu při odpichu. Proto je třeba nalézt optimální rozsah pohybu ve vertikálním směru, který na jednu stranu neomezuje potřebný rozsah pohybů jednotlivých částí těla běžce, a tedy produkci síly, a na druhou stranu nezapříčiňuje nadbytečný výdej energie. Pohyby ovlivňující velikost Δh jsou především změny v postavení trupu při odpichu a pokrčení kolenou při odraze. Je doporučeno nepředklánět se pod úhlem více než 45 ° horizontálně. Pokrčení v kolenou by nemělo být menší než 115 °. Výdej energie můžeme vyjádřit vzorcem:

E = m. Δh. t.