Физики объяснили, как велогонщики стартуют уже с ненулевой скоростью
Физики объяснили необычный эффект в трековом велоспорте, при котором велосипедист, формально стартующий из состояния покоя, уже в момент пересечения стартовой линии может иметь заметную скорость. Исследование трёх французских трековых велосипедистов показало, что преимущество создаёт быстрое движение всего тела, точно синхронизированное с освобождением велосипеда из стартового устройства.
Перед началом заезда заднее колесо велосипеда удерживается специальным механизмом. После сигнала он отпускает велосипед. При этом переднее колесо находится на небольшом расстоянии от стартовой линии, поэтому спортсмен может начать разгон ещё до её пересечения, не нарушая правила.
Исследователи использовали высокоскоростную видеосъёмку, измеряли усилие стартового механизма и крутящий момент на педалях, а также отслеживали движение центра масс спортсменов. На основе этих данных они построили физическую модель первых долей секунды старта.
Оказалось, что спортсмен сначала быстро смещает тело назад, а затем вперёд. Когда движение тела вперёд резко замедляется относительно велосипеда, возникает дополнительный импульс, ускоряющий сам велосипед. Этот эффект особенно важен примерно в первые 0,2 секунды после освобождения из стартового устройства, после чего основную роль начинает играть педалирование.
Из трёх участников исследования только один пересёк стартовую линию с заметной ненулевой скоростью. При расстоянии около 6 сантиметров между передним колесом и линией старта его скорость составила около 0,4 метра в секунду. Максимальная скорость движения центра масс спортсмена при этом достигала примерно 2 метров в секунду.
Расчёты показали, что при оптимальном выполнении движения тот же велосипедист теоретически мог бы пересечь стартовую линию со скоростью до 1,3 метра в секунду, не начиная заезд раньше сигнала.
Главным фактором оказалась не сама скорость движения тела, а его ускорение относительно велосипеда и точность синхронизации с моментом освобождения из стартового устройства. Масса спортсмена, масса велосипеда, передаточное отношение и другие параметры также влияют на разгон, однако в самые первые мгновения старта решающую роль играет именно движение тела.
Полученная модель может использоваться для анализа и совершенствования стартовой техники. Авторы считают, что тренировки должны уделять особое внимание точности движений на уровне миллисекунд и синхронизации переноса массы тела с моментом открытия стартового механизма.
Исследование в журнале Royal Society Open Science.