ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

С. Николаев Так есть ли предел силам человеческим?

     "Быстрее, выше, сильнее!" - лозунг спортивных Олимпиад. Но казалось бы, куда уж быстрее и выше, когда напряжение человеческих сил уже на пределе. Однако проходят очередные соревнования - и вот вам новый рекорд. Только теперь это не просто достижения спортсменов. Разделить с ними успех по праву могут ученые, инженеры, спортивные специалисты.
     Соревнования в Сиднее стали своеобразным полигоном для испытания последних научно-технических достижений в спорте.

     "Быстрая кожа"
     Взглянув на старые фотографии, нетрудно заметить разительные перемены во внешнем облике спортсменов, что произошли за последние полвека. И прежде всего в экипировке. На смену мешковатым шерстяным костюмам, просторным трусам и майкам пришла аэродинамическая амуниция.
     Вспомните, какое ошеломляющее впечатление на зрителей и судей произвели в Сиднее пловцы, от шеи до пят затянутые в комбинезоны из черной блестящей ткани, прозванной "акульей кожей"! Они и впрямь напоминали в воде сильных морских хищников, способных атаковать почти молниеносно.
     Для сравнения: на соревнованиях по плаванию в олимпийской Атланте-96 было установлено 4 мировых рекорда. На Играх в Сиднее-2000 - 15! И все без исключения рекордсмены были облачены в комбинезоны из "акульей кожи". Феноменальный австралиец Иан Торп - в специально разработанный для него фирмой Adidas. Остальные - в костюмах американской фирмы Speedo.

"Акулья кожа" помогает устанавливать рекорды

     А вот сама идея их разработки принадлежала нашему спортивному специалисту Геннадию Турецкому, тренеру четырехкратного олимпийского чемпиона Александра Попова. Это он подметил, что акулы и дельфины плывут, практически не оставляя за собой бурунов. По его мнению, завихрения, естественные при движении, но создающие ненужное гидродинамическое сопротивление у морских животных, гасит структура кожи. Базируясь на этой мысли и разрабатывались специальные комбинезоны под названием "Fast skin" - "быстрая кожа". При детальном рассмотрении обтекания тела спортсмена водой оказалось, что против завихрений можно бороться с помощью тех же завихрений. Вот и был "выткан" костюм, части которого отличались от соседних жесткостью и направлением ворсинок ткани. Вместе они создают крошечные бурунчики - турбулентность, говоря языком специалистов по гидродинамике. На поверхности возникает своеобразная вихревая оболочка, которая и снижает сопротивление. По ходу экспериментов выяснилось, что трение о воду уменьшается в среднем на 3%. Казалось бы, немного. Однако стоит учитывать еще и психологический эффект. Спортсмены признавались, что в таких костюмах им казалось, у них словно выросли плавники. Все это вместе повысило показатели в среднем на 7 - 10%. Они-то и принесли новые мировые рекорды.

     Рассекая воздух
     В немалой степени новая техника помогла увеличить скорость велосипедистов. И если на прошлых Олимпиадах инженеры в основном обращали внимание на сами машины, то теперь взялись за амуницию седоков.
     Дело в том, что последние исследования показали: велосипеды из углеродных пластиков с дисковыми колесами на специальных подшипниках позволили выжать из машины все. Вот некоторые данные: 90% сопротивления приходится теперь на аэродинамику и лишь 10% - на сопротивление механическое - от трения качения шин о дорогу, в подшипниках.
     И велосипедисты не только надели обтягивающие аэродинамические костюмы, но изменили и технику посадки - теперь многие держатся руками за специальные "рога" посередине руля. И руки вместе с наклоненной головой становятся своеобразным рассекателем воздуха. На головах к тому же появились обтекаемые шлемы и очки. Зеркальная поверхность каски отражает солнечные лучи, а причудливая обтекаемая форма направляет, как бы придавливает встречный поток воздуха к спине гонщика и тем самым как бы подталкивает его в спину! А соединенные со шлемом громадные линзы позволяют смотреть вперед, не поднимая головы.

Велосипедист в своей каске похож на инопланетянина

     Даже туфли у многих гонщиков специальной формы - с острыми закругленными носками; опять-таки для лучшего рассекания воздуха. Все, вместе взятое, это позволяет экономить до 10% усилий спортсмена. А значит, увеличивает и скорость.

     Кроссовки с компьютером
     У легкоатлетов тоже появилась своя "быстрая кожа". Их форма имеет специальный крой и сшита из таких полимерных материалов, которые упруго обтягивают мышцы, как бы усиливая их работу. Ткань отводит избыточное тепло, позволяя телу не расходовать лишнюю энергию на потоотделение. Она же гасит ненужную вибрацию.
     Еще одна интересная деталь. На последней Олимпиаде все обратили внимание на одежду австралийских марафонцев. И оказалось, что их сетчатые полупрозрачные маечки изготовлены из переработанных пластиковых бутылок. Сырье-то бросовое, но из него удалось создать материал, который прекрасно "дышит", охлаждая тело.
     А над оптимальной обувью для бегунов работали специальные научные центры. И специалисты, кстати, выяснили, что лучше всего бегать... босиком. При этом отдача мышц стопы будет наибольшей.

Эпюры давления босой ноги на грунт тщательно изучаются специалистами		Спортивная обувь - синтез научно-технических достижений

     Только вот беда: бегать при этом надо не по асфальту, гаревой и даже тартановой дорожке, а по земле, покрытой травкой. А поскольку таких условий на стадионах и марафонских трассах нет, то приходится приспосабливаться.
     Бегун-стайер, привыкший одолевать дистанции во многие тысячи метров, сегодня ни за что не наденет шиповки. Потому как техника бега у него в отличие от спринтера совсем другая. Большинство бегунов на длинные дистанции при беге наступает на пятки, в то время как спринтеры бегут практически на носках. При этом, как установили сотрудники фирмы Nike, максимальная сила, действующая на стопу во время контакта с дорожкой, может втрое превышать вес бегуна. А ускорение, сообщаемое ноге, вдесятеро превосходит нормальное ускорение силы тяжести.
     При таких нагрузках обувь сама по себе должна быть исключительно прочной. Вот ее и делают из кевлара и углеводородных соединений, прошивают для крепости нейлоновыми и золотыми нитями. А супинаторы, пяточные клинья, подметки и прочие элементы обуви подбирают с таким расчетом, чтобы уберечь ногу спортсмена от травм, разрывов сухожилий и мышц. Некоторые тренировочные кроссовки снабжают даже компьютером, чтобы спортсмен имел полную информацию о скорости бега, количестве шагов, величине перегрузок...

     Ускорение до 300 g
     Поскольку мы с вами заговорили о безопасности, есть смысл поговорить и о том, как современная амуниция предохраняет спортсменов от травм и несчастных случаев.
     Головной шлем на сегодняшний день, пожалуй, наиболее разработанный защитный элемент в спортивном снаряжении. А первая попытка испытания шлемов на научной основе была предпринята в США Фондом Снелла в Уэйкфилде (шт. Род-Айленд) еще в 1957 году. Фонд назван в честь Питера Снелла, автогонщика, погибшего от черепных травм, полученных в гонках.
     В 1966 году получили распространение созданные фондом стандарты на шлемы для мотоциклистов и автогоншиков. Ныне Фонд распространил свои стандарты также на шлемы для горнолыжников, велосипедистов, конников.
     Один из параметров, обычно подвергаемый проверке, - сила удара, которую должен выдерживать шлем, сохраняя голову от повреждений. На испытаниях шлем, надетый на специальную болванку, сбрасывается с высоты около 3 м на плоскую или полукруглую наковальню. Максимальное отрицательное ускорение при ударе измеряется акселерометром, вмонтированным в центре тяжести системы "шлем - болванка".

Современный обтекаемый костюм горнолыжника проверяется в аэродинамической трубе

     Физиологические исследования показали, что сотрясение мозга и другие травмы головы могут быть сведены к минимуму, если шлем выдерживает мгновенные ускорения порядка 300 g.
     Проводят также испытания на прочность ремешка, способность внешней оболочки сопротивляться проколу острым предметом.
     Обычно последнюю делают из стекловолокна или формованного под давлением пластика. Причем, как показывает практика, стекловолокно прочнее и долговечнее.
     Кроме того, шлемы снабжают внутренней ударопоглощающей подкладкой из сжимаемого пенополистирола или пенополиуретана. Как и в спортивной обуви, сжимаемые материалы являются идеальным поглотителем энергии. Шлемы для мотоциклистов, конников, лыжников, велосипедистов и бейсболистов могут быть рассчитаны на одиночный сильный удар, так что такая подкладка здесь вполне уместна. А вот в игровых видах спорта с силовыми приемами, таких, как американский футбол или канадский хоккей, шлем должен обеспечивать многократную защиту от ударов, и поэтому подкладка должна быть сделана из упругого материала.

Диаграмма аэродинамического сопротивления различных видов одежды бегуна. Как видите, на результат может повлиять даже прическа

     И когда в правила были внесены соответствующие изменения, запрещающие играть в хоккей без шлема, число черепно-мозговых повреждений и сотрясений мозга сократилось более чем вдвое.
     Сегодня специалисты разрабатывают усовершенствованную конструкцию шлема для боксеров. По их мнению, стоило бы и здесь изменить правила, запретив боксерам бить противника по голове, поскольку даже самый совершенный шлем не может обеспечить стопроцентную безопасность людям, которые выходят на ринг только для того, чтобы отправить соперника в нокаут, иными словами - потерять сознание.

     Преодолеть земное тяготение
     Еще одна область, где последние достижения науки и техники позволяют существенно повысить спортивные результаты, - это прыжки, в особенности прыжки с шестом.
     Вспомним историю. Первый олимпийский чемпион нового времени Уилл Хойт показал рекордный результат того времени - 330 см! Прыгал он с деревянным шестом - по существу, с палкой. И когда появился бамбуковый шест, рекорд сразу подскочил до 477 см.
     Шесты из стали и алюминия позволили поднять планку мировых достижений всего на один сантиметр. Уже в ту пору все стали ждать: кто придумает лучший шест?
     Секрет изготовления фибергласового шеста охранялся фирмой как величайшая военная тайна. Еще бы: ведь благодаря этому шесту "летающий пастор" Боб Ричардс (он действительно был священником) стал двукратным олимпийским чемпионом. А когда он перестал прыгать, новый шест освоил другой американец, Джон Юлсес, и в 1960 году тоже выиграл Олимпийские игры с новым мировым рекордом.
     Ныне мировой рекорд перевалил уже за 6 м. Первым одолел эту высоту советский прыгун С. Бубка. И теперь вновь все ждут, когда появится новый шест-катапульта, который подбросит прыгунов еще выше.
     Ну а поскольку упрямое притяжение вновь возвращает прыгуна на землю, конструкторам пришлось немало поломать головы и над конструкцией места приземления. И если бы прыгунам не подкладывали там, "где упасть", толстенные поролоновые маты, многие из них могли бы свернуть шею.
     Вот-вот наступит новый этап и в эволюции беговой дорожки. Еще в начале ХХ века они были земляными, потом стали гаревыми, и, наконец, впервые на Олимпиаде в Мехико появилась синтетическая, тартановая - быстрая, как никакая другая. Именно с ее помощью спринтеры на стометровке преодолели рубеж в 10 секунд. Теперь вот ждут новую дорожку - такую, которая бы позволила им пробежать стометровку, скажем, секунд за восемь... Так есть ли предел человеческим возможностям?