Если Земля не отталкивается от атлета, значит, атлет должен оттолкнуться от Земли. Атлету возвращается вся его энергия, которую он приложил для первого шага, – и он бежит. То же самое применимо для бега и плавания.
Физические силы противодействуют атлету всеми возможными способами. Например, с помощью трения. Производители спортивной экипировки стараются победить трение за счет новых технологий и материалов. Однако, по мнению Гурли, атлеты могут сделать многое и за счет собственных сил.
2. Всё о воде – как плавать эффективно
Плавание – самый короткий этап в триатлоне. Но если все остальное соревнование не проходит где-нибудь на вершине Эвереста, плавание кажется наиболее тяжелой частью. Интуитивно триатлеты понимают причину. «Вода плотнее воздуха и сильнее сопротивляется телу, которое стремится пройти сквозь нее», – пишет Гурли.
По мнению автора книги, основным оружием против воды является мозг человека. «Вместо того чтобы пытаться прошагать дистанцию в воде, человечество поняло, что проще принять горизонтальную позицию и, работая ногами и руками, проплыть дистанцию с наименьшими затратами», – считает Гурли.
Плавание можно сравнить с полетом самолета. На тело действуют четыре силы: вес, трение, импульс и подъемная сила. Однако с одним исключением – в сравнении с самолетом телу не нужно всегда двигаться только вертикально.
За счет плавучести человек может двигаться и горизонтально.
В плавании практически все зависит от позиции пловца. Например, его ладони – держит ли он их прямыми или сгибает «лодочками». Используя компьютерные модели расчета, ученые узнали, что наиболее эффективная модель – сгибать пальцы, оставляя расстояние между пальцами примерно в 8 миллиметров. Это снижает коэффициент трения на 9% в сравнении с моделью, при которой пальцы держатся вместе.
Базовая вещь в плавании – положение тела в воде. Если ваши ноги тонут, то они создают такое сопротивление, что вы тратите огромную энергию на его преодоление. Гидрокостюмы помогают улучшить положение тела, снизив сопротивление тела в воде. Но они разрешены только в случае, если температура воды ниже определенного порога.
Профессиональные пловцы (и многие триатлеты) очень тщательно бреют всю поверхность тела, чтобы лучше «чувствовать воду».
Плавание в океане отличается от плавания в пресной воде из-за плотности воды. Человеку проще держаться на плаву в Мертвом море, так как процент соли в воде гораздо выше обычного. Но снижает ли соленая вода коэффициент трения? Есть ли «быстрая вода», и если да, то как ее найти?
Споры о том, как вода влияет на силу трения, беспокоят пловцов с 1600 года, когда Исаак Ньютон написал «Принципы математики». В дополнение к тому, что Ньютон описал гравитацию и принципы движения, он также исследовал то, как объекты движутся сквозь материю. Например, Ньютон выяснил, что двигаться сквозь патоку гораздо сложнее, чем сквозь воду. А двигаться сквозь воздух – проще. Ньютон определил, что вязкость – важный показатель, затрагивающий скорость движения объекта сквозь материю.
Ньютон также рассуждал о том, из чего состоит оболочка объекта, стремящегося пройти сквозь воду. Спортивные бренды построили на его работах десятки исследований. По мнению Гурли, материал, из которого состоит костюм, действительно влияет на показатели атлета.
В 2000 году компания Speedo заявила, что нашла инновационный материал, который позволяет двигаться сквозь воду быстрее остальных. По словам Speedo, этот материал помог пловцу Майклу Фелпсу завоевать на Олимпиаде рекордное количество медалей. Однако, по мнению Гурли, существует лишь три показателя, которые должны волновать атлета при выборе плавательного костюма: плотность, простота использования и гибкость.
Из-за горизонтального положения триатлета в воде костюм практически никак не влияет на силу трения. Однако костюм может действовать как ассистент для мышц – за счет облегающей формы и давления он помогает спортсмену при гребках.
Немалую роль в плавании на открытой воде играет драфтинг – когда атлет движется прямо за другим атлетом, чтобы улучшить гидродинамику. В велосипедной части драфтинг запрещен практически во всех соревнованиях, однако в воде его стоит использовать.
Пользу драфтинга в реальных условиях оценить сложно – слишком много непредвиденных факторов. К примеру, хаотичные волны, другие спортсмены и прочее. Однако с помощью компьютерных симуляций ученые выяснили, что драфтинг может быть полезен. «Атлет должен находиться в 50 сантиметрах позади другого атлета, чтобы драфтинг был максимально эффективен», – пишет Гурли.
Однако есть сомнения в правильности этого утверждения. Целесообразнее плыть рядом, а не сразу за другим пловцом. Обратите внимание, гуси в косяке и эскадра кораблей идут клином.
3. Аэродинамика и вес в велоспорте
Велоиндустрия меняется каждый год. Производители выпускают новое оборудование, которое проверяют в аэротрубе. Аэродинамика особенно важна на гонках с запрещенным драфтингом; их в триатлоне большинство.
Есть некоторые аспекты, о которых следует знать атлетам. Например, сила гравитации. Все примерно представляют, как гравитация действует на велосипедиста во время езды по ровной дороге. Но что происходит при подъеме в гору?
Гравитация всегда действует по направлению к земле, но ее компоненты действуют параллельно и перпендикулярно движению атлета. Направления трех сил создают условный треугольник, в котором гравитация – это гипотенуза, направленная вниз, а два других компонента – катеты.
Здесь Гурли предлагает немного углубиться в геометрию, чтобы разобраться в том, что делать атлету при подъеме на гору. Сила, действующая против спортсмена, когда он поднимается на гору, вычисляется по следующей формуле:
F = mg x sin(å)
В этом уравнении F – сила, действующая против атлета, m – общая масса велосипеда и атлета, g – сила притяжения, a sin(å) – синус угла наклона. Зная массу и угол наклона, спортсмен может вычислить, сколько усилий ему нужно прикладывать, чтобы взобраться на гору на нужной скорости.
Предположим, у нас есть 70-килограммовый атлет и 7-килограммовый велосипед. Какую силу ему нужно приложить, чтобы взобраться на гору с углом 18 градусов на скорости 30 км/ч?
Гурли уже посчитал это в книге, и результат неутешителен – атлету придется приложить усилие в 700 ватт, чтобы поддерживать требуемую скорость на такой горе. По словам Гурли, реалистичный максимум для триатлетов – 400 ватт. Соответственно, более реалистичной скоростью на таком подъеме будет 10–15 км/ч.
Логично, что у триатлетов на счету каждый грамм как собственного веса, так и оборудования – физика безжалостна. Карбоновые рамы, седло, спицы – все это немного облегчает велосипед.10 грамм здесь, 50 грамм там, со временем это превратится в 500 грамм. Однако такие улучшения могут стоить сотни долларов, и Гурли задается вопросом: стоят ли они того?
Гурли проанализировал несколько популярных велотрасс в длинном триатлоне и убедился, что если в них не более 2–3 затяжных подъемов, 500 грамм лишнего веса фактически не сыграют никакой роли. После этого он провел еще один эксперимент, взяв профессиональный велосипед и усовершенствовав его карбоновыми деталями. Гурли заменил большую часть стандартных деталей на более легкие. Ему удалось облегчить велосипед на 1460 грамм – почти на полтора килограмма.
Гурли заменил раму велосипеда Trek Equinox, сэкономив 350 грамм, вилку (100 грамм), седло (15 грамм) и другие детали – колеса, бутыль с водой и руль.
Для примера. Разница в веcе группы Shimano 105 5800 и Shimano Dura Ace 9070 равна 464 граммам. Разница в цене – около 1000 долларов.
Затем автор книги взял виртуального триатлета и поместил его на виртуальный трек со средним углом в 10 градусов. Выяснилось, что полтора килограмма не оказывают практически никакой разницы при таком угле. Впрочем, разница увеличивается, когда градиент достигает 15 градусов и больше. Но гор с таким градиентом практически нет среди велоэтапов триатлона.
Безусловно, на профессиональном уровне атлеты борются за каждый грамм. Но лишь по той причине, что их физическая форма практически достигает человеческого максимума. К тому же многие соревнования, к примеру Тур де Франс, длятся три недели, разница между первым и вторым местом редко составляет больше пяти минут, а это доли процента от общего времени гонки. Для них на счету каждая секунда и каждый грамм.
В 2016 году общее время победителя Тур де Франс Криса Фрума было 89 часов 4 минуты и 48 секунд. Отставание второго гонщика – 4 минуты 5 секунд, третьего – 4 минуты 24 секунды, а четвертого – 4 минуты 25 секунд. То есть третье и четвертое места разделила всего одна секунда!
Если говорить с научной и экономической точки зрения, атлет достигнет наибольшего снижения массы, не совершенствуя свой велосипед, а отказавшись от десертов.
Лишняя масса мешает атлету подниматься на гору, но возникает резонный вопрос: если она мешает ему подниматься, то помогает ему съезжать вниз. Это подтверждается и вторым законом Ньютона – если гравитация действует на два объекта с одинаковой силой и масса этих объектов отличается, значит, сила большего объекта будет выше.
Однако здесь Ньютону противостоит Галилео Галилей, который умер в тот же год, когда родился Ньютон. Один из известных экспериментов Галилея заключался в том, что ученый поднялся на Пизанскую башню и бросил с нее два шара с разной массой. Его ассистент, стоявший у подножия башни, увидел, что оба шара упали одновременно. Ученый вывел закон – все свободно падающие тела имеют равное ускорение.
Впрочем, триатлет – это не свободно падающее тело. И несмотря на это, масса атлета никак не поможет ему быстрее спуститься с горы. Виной этому предельная скорость падения – максимальная скорость, которая достигается падающим телом.