Мощность гребли

Несколько научных статей по мощности гребли были недавно опубликованы голландскими исследователями (1, 2), которые поставили под сомнение стандартные определения этого важного индикатора результативности. Здесь, я возвращаюсь к этой теме, рассмотренной ранее (3, 4, НБГ 2004/06).

Мощность – есть процесс передачи энергии, который всегда должен иметь объект, который производит энергию, и субъект, где мощность прикладывается. Базовое уравнение механической мощности P следующее:

(1)

Где сила F и скорость v должны между объектом и субъектом, а не относительно «чего-то другого», и – угол между векторами силы и скорости. Довольно обычная ошибка в гребных публикациях – неверная модель передачи мощности, которая путает силы и скорости, что приводит к ошибочным результатам. Эта ошибка была сделана в стартовом уравнении статей 1, 2:

(2)

где Fo,r / Ff,r силы, которые объект – гребец прикладывает к субъектам – рукоятке весла / подножке, но vh/w - vb/w скорости субъектов относительно «чего-то другого» - «мировой» системы координат. Однако, это не «мир» прикладывает усилия и мощность к рукоятке и подножке, а гребец, который двигается с некоторой скоростью относительно «мира», поэтому уравнение 2 должно относиться к центру массы (ЦМ) гребца, а не «мира». По ошибочному уравнению 2, мощность гребца зависит от внешних факторов: так что гребец прикладывающий те же усилия и скорость на рукоятке будет иметь более высокую мощность в крупных/быстрых лодках и при попутном ветре, а в мелких/медленных лодках и при встречном ветре мощность будет значительно ниже (до 20-30% разницы), чего не должно быть. Более того, координаты «мира» связаны с «Землей», а не с водой, что есть еще одна ошибка: в этом случае, мощность гребца зависит от скорости течения, что есть полная ерунда.

Ранее, я определил три основных метода расчета мощности гребли (3, 4), а теперь, мы обсудим их более детально. Методы отличаются системой координат:

1. «Традиционный» метод основывается на координатах лодки,

2. «Пропульсивная-потерянная» мощность связана с массой воды, окружающей лодку (а не с «Землей»),

3. «Мощность гребца» связана с его «ЦМ».

В «традиционном» методе, я заметил, что лодка – не инерциальная система отсчета, поскольку она движется с ускорением, и это было подтверждено в рецензируемых статьях. Это означает, что, скажем, при ускорении лодки 2g, передвижение 10кг массы потребует 20кг усилий, аналогично поднятию веса в ускоряющейся космической ракете (Рис.1). Однако, если усилия и скорость измеряются напрямую, то датчик покажет те же 20кг силы, и расчеты мощности будут правильны

Мощность приложенная между осью уключины и рукояткой можно назвать «Нетто-мощностью», которая переносится через весло на лопасть и есть единственный источник энергии, который двигает систему гребец-лодка. Это мощность измеряется напрямую и корректно нашей системой BioRowTel и измерительными уключинами NK EmPower .

Второе определение мощности описывает трансформацию Нетто-мощности на лопасти, где она делится между пропульсивной мощностью, которая продвигает систему гребец-лодка (примерно 4/5 Нетто-мощности) и мощностью, потерянной при сплывании лопасти (1/5). Как пропульсивную, так и потерянную мощности трудно измерить напрямую, поэтому этот метод непрактичен.

Третье определение мощности в системе координат гребца можно назвать «Брутто-мощность», которая прикладывается как к рукоятке, так и к подножке, в пропорции примерно 60%/40%. Брутто-мощность выше Нетто-мощности на 4-7% инерционных потерь энергии при относительных перемещениях гребца и лодки (НБГ 2010/05). Брутто-мощность также не очень практично определять: сложны измерения горизонтального усилия на подножке, и скорость ЦМ гребца довольно трудно определить. Также, Брутто-мощность может быть расширена за счет энергии, которую гребец тратит на вертикальные перемещения весла и лодки, трение при движении банки, и т.п., и все это довольно неопределенно.

Рис.2 схематично показывает процесс превращения энергии в системе гребец-лодка-внешняя среда. Гребец потребляет метаболическую энергию и прикладывает механическую Брутто-мощность к рукоятке и подножке (примерно 24% от ), а 76% от нагревают тело гребца. Около 6% от тратятся на инерционные потери, а 94% превращается в Нетто-мощность, передаваемую на лопасть, где она тратится на пропульсивную (около 80%) и потерянную (20%) мощности. Около 6% от Pp теряется при колебания скорости лодки (Pv), а остальное – эффективная пропульсивная мощность Pe.

В итоге, Нетто-мощность передаваемая гребцом в окружающую среду является наиболее важным индикатором для оценки результативности гребца, и она измеряется правильно и надежно с помощью системы BioRowTel и уключин NK EmPower.

References

1. Hofmijster M., Lintmeijer L., Beek P., van Soest K. (2018) Mechanical power output in rowing should not be determined from oar forces and oar motion alone, Journal of Sports Sciences, 36:18, 2147-2153

2. Lintmeijer L., Hofmijster M., Fischedick G., Zijlstra P., Van Soest A. (2018) Improved determination of mechanical power output in rowing: Experimental results, Journal of Sports Sciences, 36:18, 2138-2146

3. Kleshnev V. (2000) Power in rowing. Proceedings of XVIII Congress of ISBS, (2) Chinese University of Hong Kong, 662-666

4. Kleshnev V. (2016) The Biomechanics of Rowing. Crowood Press. 190 p. ISBN 978 1 78500 133 8.

Теги: Мощность гребли