W ostatnim czasie rozbudowałem mój system czujników biegu o trzeci, montowany nad kością krzyżową. Oznacza to możliwość rejestrowania nowych parametrów określających efektywność techniki danego biegacza. Dziś omówimy jeden z nich: oscylacje pionowe (vertical oscillation – VO).

Parametr ten mówi nam o tym jak zmienia się odległość środka ciężkości naszego ciała (którą można sobie wizualizować jako pępek) od ziemi.

Moje pomiary

Poprosiłem dwóch przeciętnych biegaczy o bieg z różną prędkością, a następnie zebrałem informacje na temat ich oscylacji pionowych. Oto wyniki w liczbach absolutnych i w relacji do wzrostu biegacza:

Pierwszy wniosek: jest taki, że VO spada wraz ze wzrostem prędkości. Szybszy bieg = mniejsze oscylacje pionowe.

Kluczowe pytanie to jednak to: „Czy VO jest dobrym miernikiem techniki biegu?”. Aby na nie odpowiedzieć zajrzyjmy do badań.

Badania łączące VO i efektywność biegu

Temat oscylacji pionowych nie jest nowy w świecie nauki, a wnioski większości badań łączących VO z efektywnością są spójne, dlatego przytoczę tylko kilka przykładowych.

Pierwsze badanie (dostępne w sieci) na ten temat pojawiło się już w 1977 r. w USA. W pracy zatytułowanej: „A biomechanical comparisons of elite and good distance runners” [1]. Poniżej pogląd na technologię wykorzystywaną w badaniach z tamtych czasów, która jest zaskakująco bliska tej stosowanej obecnie (połączenie kamer i akcelerometrów):

W jej ramach badacze sprawdzili czym z biomechanicznego punktu widzenia różnią się biegacze bardzo dobrzy (ich średni czas w biegu na 5km wynosił 15:50 min) od biegaczy elitarnych (średni czas na 5km wynosił 13:40!).

Z punktu widzenia oscylacji pionowych zauważono, że elita prezentowała wartości niższe (7,6 cm oscylacji u elity i 8,0 cm oscylacji u biegaczy bardzo dobrych).

Kolejne podejście do tematu (już w znacznie nowszych badaniach) wykonały dwie grupy badaczy. Badacze z Kataru/Szwajcarii w 2012 r. [2] oraz badacze z Wielkiej Brytanii w 2014 r. [3]. Piszę o nich łącznie gdyż obie grupy wpadły na ten sam pomysł, aby porównać to jak wyglądają parametry biegowe danego biegacza gdy jest wypoczęty (na początku długiego biegu ze stałą prędkością) z tymi jak wyglądają one pod koniec tego samego biegu.

Okazało się, że z punktu widzenia oscylacji pionowych, w obu badaniach zauważono tę samą zależność. Pod koniec biegu, biegacze prezentowali większe VO niż na jego początku, co oznacza, że niższe oscylacje pionowe są cechą charakterystyczną lepszego jakościowo biegu, co jest zbieżne z wnioskami z przytoczonych wcześniej badań.

Jeszcze inaczej do tematu podeszli badacze z Brazylii w 2012 r. [4], gdzie jako miarę efektywności biegu wykorzystali ilość zużywanego przez biegacza tlenu i zauważyli, że Ci którzy zużywają go mniej (czyli, Ci którzy biegną bardziej efektywnie = mają lepszą technikę biegu), są jednocześnie tymi samymi, którzy mają niższe oscylacje pionowe w trakcie biegu.

Oznacza to, że świat nauki jest dość zgodny, że VO jest dobrym parametrem do oceny techniki biegu. Im jest niższe tym technika (efektywność) biegu jest wyższa.

Czy to nie dziwne?

Spójrzmy na potencjalny problem jaki rodzi takie odkrycie.

Na podstawie raportów biomechanicznych z Mistrzostw Świata z 2017 r. z finału biegu mężczyzna na 10km…

… wiemy, że Ci najlepsi (a więc jednocześnie Ci prezentujący bardzo wysoką efektywność biegu) przy bardzo szybkim tempie biegu (2:47 min/ km) stawiają ekstremalnie długie kroki (średnio – 1,95 m).

Jeśli środek ciężkości biegacza wyobrazimy sobie jako kulę armatnią znaną z zadań z fizyki, wystrzeliwaną z pewną prędkością pod pewnym kątem…

… to osiągnięcie tego dłuższego kroku, który prezentuje elita (czyli dalszy lot kuli) wydaje się, że powinien odbywać się przez to, że takie osoby w trakcie wybicia, otrzymują od podłoża więcej energii (np. dzięki temu że efektywniej ją zmagazynowały w tkankach miękkich w trakcie lądowania).

Jednak, gdyby tak było, u biegowej elity obserwowalibyśmy wyższe wartości VO, a nie niższe (ponieważ biegacz leciałby jednocześnie dalej i wyżej).

Szukając wyjaśnienia tego zjawiska można by próbować kierować się w stronę sprawdzenia czy przypadkiem armata elitarnych biegaczy nie strzela ich środkiem ciężkości pod bardziej płaskim kątem, ale z większą prędkością początkową, co pozwalałoby z jednej strony uzyskać relatywnie płaski ruchu (niskie VO), a z drugiej długi krok.

Problem w takim wytłumaczeniu polega jednak na tym, że nie możemy pozwolić sobie na zwiększenie prędkości wystrzelenia środka ciężkości, gdyż wymagałoby to, albo zwiększenia prędkości biegu (a efektywność mierzymy dla danej stałej prędkości biegu), albo cyklicznych faz przyspieszania i zwalniania środka ciężkości, co ma miejsce np. przy sporym overstidingu, który nie ma zbyt wiele wspólnego z efektywnym biegiem.

Jak w takim razie wyjaśnić paradoks tego, że bardziej efektywny biegacz to taki, który potrafi połączyć stawianie długich kroków z niskimi oscylacjami pionowymi?

Niezawodni badacze z 1977 r.

Z pomocą przychodzą nam tu badacze z przytoczonej wcześniej pracy z 1977r., którzy badając elitę i prawie elitę piszą:

„[In tested runners] flight phase was spent in descent, since take-off occurred just before the peak of vertical oscillation was reached.„.

Co można przetłumaczyć jako: „U badanych biegaczy faza lotu niemal w całości odbywała się już w trakcie spadania (a nie wznoszenia), gdyż moment ostatniego kontaktu tylnej stopy z podłożem występował tuż przed osiągnięciem maksymalnej wysokości środka ciężkości”.

Sprawdziłem tę informację u badanych przez mnie dwóch biegaczy i rzeczywiście u żadnego z nich faza lotu nie odpowiadała za więcej niż 1,5 cm dodatkowej oscylacji pionowej. W porównaniu do całkowitej oscylacji pionowej jaką uzyskali (ok. 8-9cm) oznacza to, że:

Za większość oscylacji w pionie odpowiada to co dzieje się z naszym ciałem w trakcie fazy podporu (jak mocno ugina się pod nami nasze kolano), a nie to jak wysoko biegacz poszybuje w górę już po wybiciu!

Oznacza to, że paradoks armaty i długich kroków sam się rozwiązał tym, że analogia z armatą dobrze oddaje tylko to co dzieje się w fazie lotu, a faza ta odpowiada za niespodziewanie mały kawałek całkowitych oscylacji pionowych.

Innymi słowy to, że zawodnicy z niskimi oscylacjami pionowymi są lepsi wynika niemal wprost z faktu, że ich kolano prawie nie zmienia swojego ugięcia się w trakcie fazy podporu. Jest to ten sam wniosek, do którego doszliśmy w ramach artykułu oceniającego czy lepsza jest technika PUSH czy PULL w trakcie biegu. (spojler: PULL jest lepszy).

Oznacza to jednocześnie, że grafiki, które można znaleźć sieci symbolizujące oscylacje pionowe, tak jak ta użyta przeze mnie na początku artykułu…

… nie są dobrym odzwierciedleniem rzeczywistości, gdyż sugerują, że duża część oscylacji pionowych w trakcie biegu zachodzi w fazie lotu, co nie jest prawdą.

Podsumowanie

Oscylacje pionowe (VO) to dobry parametr oceniający jakość biegu danego biegacza. Parametr ten wbrew pozorom, mówi znacznie więcej o fazie amortyzacji niż o fazie lotu. Im niższe VO tym lepiej, gdyż niższe wartości oznaczają, że biegacz nie potrzebuje aż tak mocno zwiększać kąta zgięcia kolana w fazie amortyzacji.

Tags:

5 komentarzy

  1. Witam, gratuluję świetnych materiałów. Nie myślałeś może o tym by mierząc VO na wykresie wydzielić np. W formie dodatnie i ujemne w zależności od punktu wyjścia? Wtedy byłoby widać tendencję „wyjścia” do góry w fazie lotu i poziom „zejścia” w fazie podporu? Bo względnie takie samo VO u dwóch różnych biegaczy o tym samym wzroście mogłoby się inaczej rozkładać i mieć wpływ na ekonomię biegu. Taka luźna myśl, pozdrawiam.

    • Dziękuję 🙂

      Bardzo dobry pomysł. Myślałem o tym. Najpierw jednak chciałbym zebrać trochę danych z bardziej zaawansowanych biegaczy, aby sprawdzić czy rzeczywiście w praktyce zachodzi taka tendencją, że Ci lepsi poza tym, że mają niższe VO związane z ugięciem nogi (to już wiemy, że tak jest) to czy mają większe VO związane z lotem (to możemy podejrzewać, że tak jest, ale jeszcze nie mamy pewności).

  2. Cześć,
    Nie śledzę na bieżąco, więc wybacz, jeśli była już o tym mowa.
    Czy uwzględniacie w pomiarach „sztywność” ciała. Inaczej pisząc w ruchu inaczej zachowuje się obiekt 'sztywny’, a inaczej 'płynny’. Przykładowo butelka z wodą będzie miała inne parametry tłumienia ruchu obrotowego, niż butelka po zamrożeniu wody. Wiatrak widzimy, że się obraca, ale na wał faktycznie działają siły skręcające i rozkręcające.
    Jeśli rozumiem, mocujecie czujniki do kości, ale pośrednio skóra wpływa na drgania. Im większa miękka struktura w organizmie (np. nodze), to tym większe drgania i zakłócenia.
    Czy więc ciało biegacza w trakcie ruchu drga? Więc pojawia się też ruch 'w tył’?

    • I tak i nie. Już tłumaczę. Z jednej strony czujnik montowany nad miednicą znajduje się na tyle blisko środka ciężkości (ŚC) ciała, że przyjmujemy założenie, że porusza się tak samo jak ŚC. Samo ciało, choć składa się w dużej części z wody (która będąc w butelce ma tendencje do przelewania się i wywoływania drgań), to tym różni się od takiej butelki, że woda ta nie jest przechowywana „luzem”, tylko uwięziona jest w tkankach o relatywnie stałej strukturze i rozproszona po całym ciele, co oznacza, że jej zachowanie znacznie bardziej przypomina zamarzniętą wodę w butelce niż płynną.

      Z drugiej strony miejsca, które są np. sporymi magazynami tłuszczu mogą wytwarzać wspomniane drgania i gdyby czujniki przyczepić właśnie do nich to drgania te byłby mierzalne, ale z perspektywy masy całego ciała, drgania te są na tyle dobrze tłumione przez pozostałe tkanki, że są niezauważalne w porównaniu z dużymi przeciążeniami wynikającymi z ruchu samego w sobie.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.