Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГАШЕНИЯ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ СЕРДЕЧНОГО ПУЛЬСА БИАТЛОНИСТА ПРИ СТРЕЛЬБЕ ЛЕЖА

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 F_n сердечного пульса определяют частоту гармонической составляющей W₀.

Гашение этой гармонической составляющей обеспечивается установкой под сгибы локтевых суставов упругих подлокотников, каждый с собственной частотой колебаний W_подлок. Выбор данных подлокотников определяется необходимым условием зарезонансного гашения гармонической составляющей W₀:

где W_подлок - 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 m_k, воздействующая на подлокотник, при которой его выталкивающая сила на гармонической составляющей W₀, вычисляемая по формуле:

где F_k - удельная выталкивающая сила упругого подлокотника при k-й удельной массе стержня;

m_k – 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;

M_k – 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 a_1n 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 a_1n.

Второй этап. Между датчиком и резиновым ободком размещают резиновую пластинку массой m_доб (10 г). Затем повторяют аналогичные замеры с записью данных в строку a_2n. Две оставшиеся строки таблицы заполняют данными, рассчитанными по формулам [2]:

где M_n - 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 F_n - выталкивающая сила сердечного пульса на n-й гармонической составляющей.

По максимальному значению F_n 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 F_k, добиваются минимального значения выталкивающей силы, отметив при этом значение m_k, 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.