Премия Рунета-2020
Россия
Москва
+25°
Boom metrics
Наука15 февраля 2022 4:00

Ученые объяснили почему фигуристки догнали мужчин в умении штамповать четверные прыжки

Биомеханика человека позволяет выполнять и пятерные тулупы и сальховы: что для этого надо?
Камила Валиева во время тренировки.

Камила Валиева во время тренировки.

Фото: REUTERS

В фигурном катании происходит настоящая революция: 12 лет назад олимпийскому чемпиону Ванкувера-2010 американцу Эвану Лайсачеку не нужны были четверные прыжки, для победы хватило тройных. Сегодня чемпион Пекина-2022 Натан Чен выполнил пять четверных в произвольной программе! А его соперник из Японии двукратный олимпийский чемпион Юдзуру Ханю замахнулся даже на четверной аксель - элемент, который на соревнованиях не покорялся еще никому. И хотя он упал во время приземления, элемент официально был засчитан. От мужчин не отстают и девушки - Александра Трусова включила в свою олимпийскую произвольную программу 5 четверных прыжков - столько же, сколько и Натан Чен. Напомним, что 4 года назад в Пхенчхане самым сложным элементом в программе олимпийской чемпионки Алины Загитовой был каскад “тройной лутц - тройной риттбергер”.

Возникает вопрос: что же происходит? Достигли ли спортсмены верхних пределов человеческих возможностей? А если нет, то какое максимальное количество оборотов они способны прыгать - пять или шесть? И почему девушки не уступают парням и штампуют такое же количество квадов, хотя из физиологии мы знаем азбучную истину, что женщины слабее мужчин?

Давайте попробуем проверить гармонию и красоту фигурного катания с помощью физики. Дебора Кинг, профессор биомеханики из колледжа Итака (Нью-Йорк, США) считает, что механика многооборотного прыжка состоит из трех основных компонентов:

1. Вертикальная скорость, которая возникает в момент отталкивания фигуриста ото льда.

Она дает импульс необходимый для взлета, ведь, чтобы скрутить четыре оборота фигуристу нужно провисеть в воздухе примерно 0,5 секунды - за это время вы успеете три раза моргнуть. Чтобы натренировать мощное отталкивание спортсмены делают много упражнений на развитие взрывной силы. Для выполнения четверного тулупа спортсмену необходимо достичь скорости взлета 3,3 метра в секунду. Однако на льду выигрывает не самый сильный.

- В современном фигурном катании все направлено на поиски техники, которая бы позволила предельно рационально расходовать силы во время прыжка, - объясняет двукратный олимпийский чемпион Артур Дмитриев. - Наши ребята - Максим Ковтун, Михаил Коляда реально прыгают выше остальных одиночников, но толку от этого не слишком много. При высоком прыжке начальная фаза вращения начинается, как правило, слишком поздно. Это приводит к тому, что на приземлении спортсмен либо падает, либо прыжок получается недокрученным. Натан Чен и Юдзуру Ханю прыгают значительно ниже. Если у Ковтуна высота четверного тулупа составляет 73 сантиметра, у Чена всего 53 - на 20 сантиметров ниже. Но вращаться американец начинает сразу после отталкивания. И эта техника позволяет фигуристу затрачивать на прыжок гораздо меньше сил. Поэтому Чен может сделать пять четверных в произвольной программе, а Ковтун с трудом выполняет три.

2. Угловая скорость или скорость вращения.

Увеличить время полета, необходимое для скручивания многооборотного прыжка, можно либо за счет силы (но тут спортсмены подошли к физиологическому пределу возможностей), либо за счет уменьшения массы тела. При прочих равных решающую роль играет телосложение.

- Если мы говорим о гипотетической возможности исполнять прыжки в пять оборотов, то главная проблема состоит в том, что фигуристы должны стать сильнее, но без наращивания мышечной массы, - говорит Дебора Кинг. - И тут образцом для подражания является Юдзуру Ханю, который при росте 172 см весит 56,7 килограммов - недаром он оказался ближе всех остальных фигуристов к чистому исполнению четверного акселя.

Дело в том, что четверной аксель является переходным прыжком от четверных к пятерным. Аксель единственный прыжок, когда при отталкивании спортсмен находится лицом по направлению движения, а приземляется спиной вперед: по-сути четверной аксель это прыжок в четыре с половиной оборота.

Сухощавое телосложение очень важно для увеличения второго важнейшего компонента прыжка - угловой скорости. Для того чтобы максимально раскрутиться (спортсмены топ-уровня достигают скорости вращения свыше 6 оборотов в секунду) необходимо массу тела поместить, как можно ближе к оси вращения: руки максимально плотно прижаты к телу, ноги сведены вместе. И в этом секрет того, почему девочки-подростки способны конкурировать с мужчинами в сложности прыжков. Их мышцы ног, конечно слабее, но этой силы достаточно, чтобы забросить небольшую массу (боевой вес олимпийской чемпионки Юлии Липницкой не превышал 37 килограммов) на достаточно высокую траекторию - прыгучая Александра Трусова во время исполнения акселя взлетает на 42 сантиметра. А выкручивать обороты хрупким девочкам подросткам заметно легче, чем плечистым габаритным парням. Кстати, в этом причина почему после полового созревания многие девушки не способны вернуться на прежний уровень и выполнять прыжки ультра-си, которые им покорялись в детстве. Как только у фигуристок появляются грудь и бедра они тут же теряют угловую скорость: массу тела уже невозможно компактно расположить вдоль оси вращения.

3. Способность погасить погасить силу инерции во время приземления.

Приземление это самая коварная часть прыжка.

- Представьте себе, что вы едете на автомобиле и на скорости 90 километров в час нажимаете педаль тормоза в пол - примерно с такой силой должен справиться фигурист во время приземления, - поясняет профессор Дебора Кинг. - Величина силы, которая действует на тело фигуриста в момент приземления может в 6 раз превышать вес спортсмена.

Иными словами, тот же Юдзуру Ханю в во время касания коньком льда должен выдержать нагрузку превышающую 300 килограмм. Скорее всего, поэтому жизнь фигуриста в спорте гораздо короче, чем у хоккеистов, которые нередко играют и до 40 лет.

Как известно барону Мюнхгаузену удавалось вытащить из болота себя и своего коня, схватив себя за волосы. Похожий трюк по силам и фигуристам. Например, помогая себе движениями рук и второй (не толчковой) ноги, можно увеличить вертикальный импульс на 8-10 процентов. А “задержав” приземление за счет сгибания ног (уйти в низкий присед), можно выиграть несколько сотых секунд полета: иногда этого хватает, чтобы докрутить дополнительно 10-20 градусов и поставить конек в правильное положение.

Пятерной прыжок исполнят не раньше 2030 года?

Однако что такое 10-20 градусов, когда к четверному прыжку надо добавлять 360 градусов, чтобы он превратился в пятерной. Возможно ли это в принципе? Дебора Кинг считает, что чисто теоретически биомеханика человека позволяет выполнять такие фантастические элементы. Вот какие параметры по ее расчетам необходимо улучшить, чтобы сделать пятерной прыжок реальностью:

- увеличение высоты прыжка на 20% даст дополнительные 140 градусов вращения.

- плотность группировки на 10% добавит еще 110 градусов.

- увеличение импульса при отталкивании на 10% обеспечит прибавку в оставшиеся 110 градусов.

- В сумме мы получаем те самые требуемые 360 градусов.

Однако, болельщики увидят это зрелище не скоро. Обычно для перехода на следующий уровень (от двойных к тройным, или от тройных к четверным прыжкам) фигуристы тратили несколько десятилетий. Следовательно, прорыва надо ждать не раньше 30-х годов этого столетия.