Способ гашения выталкивающей силы сердечного пульса биатлониста при стрельбе лежа
Владельцы патента RU 2606872:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК)" (РГУФКСМиТ) (RU)
Изобретение относится к спорту высших достижений, а именно к биатлону. Задача изобретения - определить при повышенном сердечном пульсе (160-190 уд./мин) частоту гармонической составляющей W0 лыжника, подлежащей гашению. Поставленная задача решается путем проведения спектрального анализа выталкивающей силы сердечного пульса с использованием добавочной массы, в результате которого по максимальному значению выталкивающей силы Fn сердечного пульса определяют частоту гармонической составляющей W0. Гашение этой гармонической составляющей обеспечивается установкой под сгибы локтевых суставов упругих подлокотников, каждый с собственной частотой колебаний Wподлок. Заявляемый способ позволяет существенно снизить влияние частоты сердечных сокращений на стрельбу лежа в условиях соревнований. За счет установки упругих подлокотников под сгибы локтевых суставов, рассчитанных индивидуально, под каждого спортсмена, выталкивающая сила сердечного пульса биатлониста гасится таким образом, что она становится минимальной и не влияет на итоговый результат стрельбы. 2 табл., 2 ил.
Изобретение относится к спорту высших достижений, а именно к биатлону.
Увеличивающаяся сложность рельефа биатлонных трасс, а также скорость передвижения лыжников требуют от них больших энергетических затрат, влекущих за собой повышенный сердечный пульс, доходящий до 180-190 ударов в минуту.
Однако с повышением частоты сердечных сокращений существенно увеличивается и выталкивающая сила пульса. Колебания рук биатлониста в данной ситуации от учащенного дыхания уже почти не зависят, так как они порождаются в большей степени от систолической амплитуды сердечных сокращений [1].
При исследованиях на лыжном тренажере выяснилось, что при повышенном сердечном пульсе основной вклад в его выталкивающую силу, а следовательно, и в увеличение колебаний тела спортсмена, вносит образующаяся при этом низкочастотная гармоническая составляющая большой мощности - W0.
Задача изобретения - определить при повышенном сердечном пульсе (160-190 уд./мин) частоту гармонической составляющей W0 лыжника, подлежащей гашению.
Поставленная задача решается путем проведения спектрального анализа выталкивающей силы сердечного пульса с использованием добавочной массы [2], в результате которого по максимальному значению выталкивающей силы Fn сердечного пульса определяют частоту гармонической составляющей W0.
Гашение этой гармонической составляющей обеспечивается установкой под сгибы локтевых суставов упругих подлокотников, каждый с собственной частотой колебаний Wподлок. Выбор данных подлокотников определяется необходимым условием зарезонансного гашения гармонической составляющей W0:
где Wподлок - собственная частота колебаний упругого подлокотника;
W0 - гармоническая составляющая выталкивающей силы сердечного пульса.
Соответственно материал подлокотника, рассчитанный по формуле 1, должен иметь рабочий ход λ:
где g=9,8 м/с2.
В качестве достаточного условия гашения колебаний выступает измеренная методом отскока величина удельной массы mk, воздействующая на подлокотник, при которой его выталкивающая сила на гармонической составляющей W0, вычисляемая по формуле:
где Fk - удельная выталкивающая сила упругого подлокотника при k-й удельной массе стержня;
mk – k-я удельная масса стержня;
a k - ускорение стержня k-й удельной массы при его отскоке,
минимальна, которая определяет площадь поверхности подлокотников S2 применительно к массе винтовки и тела спортсмена:
где S2 - площадь поверхности подлокотника;
S1 - площадь основания стержня;
Mk – k-я масса спортсмена и винтовки.
На фигуре 1 приведена схема измерения выталкивающей силы сердечного пульса. На запястье на лучевую артерию 1 установлен датчик ускорения 2, сигнал с которого через экранированный кабель поступает на вход спектранализатора 3 со сменными RC-цепочками 4, позволяющими менять частоту полосовых фильтров. К выходу спектранализатора подключен вольтметр 5 в качестве индикатора ускорения на гармонических составляющих сердечного пульса. К датчику ускорения приложены дополнительные грузы 6. Измерения проводят в два этапа. Результаты замеров сводятся в табл. 1.
Примеры конкретного выполнения. Первый этап. На запястье одной из рук надевают закольцованный резиновый ободок, полностью облегающий руку. Нащупывают пульс и в этом месте под резиновый ободок подсовывают датчик.
Вольтметр при включенном спектранализаторе будет показывать систолическое и диастолическое давления в ритме пульса. До включения спектранализатора в нем с помощью RC-цепочек устанавливают один из предусмотренных полосовых фильтров.
В квадрат таблицы, стоящий на пересечении строки a1n и столбца W1, записывают показание вольтметра, обозначаемое как а11. Это означает, что при установленном полосовом фильтре W1 ускорение систолической волны равно a1. Последовательно меняя полосовые фильтры, заполняют остальные квадраты таблицы в строке a1n.
Второй этап. Между датчиком и резиновым ободком размещают резиновую пластинку массой mдоб (10 г). Затем повторяют аналогичные замеры с записью данных в строку a2n. Две оставшиеся строки таблицы заполняют данными, рассчитанными по формулам [2]:
где Mn - инерционная масса кровотока на n-й гармонической составляющей;
a 1n - ускорение сердечного пульса без добавленной массы на n-й гармонической составляющей;
a 2n - ускорение сердечного пульса с добавленной массой на n-й гармонической составляющей.
где Fn - выталкивающая сила сердечного пульса на n-й гармонической составляющей.
По максимальному значению Fn определяют искомую частоту гармонической составляющей w0.
На фиг. 2 приведена схема установки, реализующая одну из схем метода отскока. Подлокотник 2 через тонкий слой мастики кладется на асфальт или деревянный пол. Металлический стержень 6, на верхнем торце которого с помощью пластилина установлен датчик ускорения 7, имеющий по отношению к трубке 3 скользящую посадку. К основанию трубки для ее вертикальной устойчивости приварен фланец 4.
Для контроля постоянства высоты падения стержня на поверхность подлокотника на его поверхность в двадцати сантиметрах от основания нанесена риска 5. Датчик через экранированный кабель 8 соединяют со входом спектранализатора 9, который, помимо усиления сигнала, еще и фильтрует его, пропуская сигнал через полосовые фильтры. Изменение полосы пропускаемых частот осуществляют при помощи сменных RC-цепочек 10. К выходу спектранализатора подключен вольтметр 11 в качестве индикатора ускорения стержня при его отскоке от упругого подлокотника.
Порядок измерения включает в себя: установку фильтра с полосой пропускания w0 и последовательным подниманием и опусканием стержня с наращиваемой массой.
Полосовой фильтр в спектранализаторе устанавливают на частоту W0. Заполняя табл. 2 с проходом через максимальное значение Fk, добиваются минимального значения выталкивающей силы, отметив при этом значение mk, подставляя которое в формулу (3), рассчитывают площадь подлокотника S2.
Заявляемый способ позволяет существенно снизить влияние частоты сердечных сокращений на стрельбу лежа в условиях соревнований. За счет установки упругих подлокотников под сгибы локтевых суставов, рассчитанных индивидуально, под каждого спортсмена, выталкивающая сила сердечного пульса биатлониста гасится таким образом, что она становится минимальной и не влияет на итоговый результат стрельбы.
Способ гашения выталкивающей силы сердечного пульса биатлониста при стрельбе лежа на ее гармонической составляющей W0, определенной спектральным анализом с использованием добавочной массы путем установки упругих подлокотников под сгибы локтевых суставов, отличающийся тем, что с целью выполнения необходимого условия зарезонансного гашения гармонической составляющей W0 собственную частоту колебаний упругого подлокотника выбирают исходя из неравенства:
,
где Wподлок - собственная частота колебаний упругого подлокотника;
W0 - гармоническая составляющая выталкивающей силы сердечного пульса, а в качестве достаточного условия выступает замеренная методом отскока величина удельной массы 
, воздействующей на подлокотник, при которой выталкивающая сила подлокотника на гармонической составляющей W0, вычисляемая по формуле:
,
где 
- удельная выталкивающая сила упругого подлокотника при k-й удельной массе стержня;
- k-я удельная масса стержня;
- ускорение стержня k-й удельной массы при его отскоке,
минимальна, которая определяет площадь поверхности подлокотников S2 применительно к массе винтовки и тела спортсмена:
,
где S2 - площадь поверхности подлокотника;
S1 - площадь основания стержня;
- k-я масса спортсмена и винтовки.
