Текст рассказывает о том, как в Институте физкультуры разработали и внедрили циклосъёмку — метод точного анализа движений спортсменов с помощью светящихся меток и синхронно работающих фотоаппаратов. Лампочки, закреплённые на теле атлета, позволяют фиксировать траектории и скорость каждого звена тела, а вращающийся обтюратор превращает движение в серию дискретных точек, по которым можно вычислять ускорения и усилия. Описаны технические решения для съёмки в темноте, на воде, при ярком освещении, а также способы синхронизации нескольких камер. Методика раскрывает скрытые ошибки техники, объясняет феномен выдающихся спортсменов и применяется не только в спорте, но и для анализа труда стахановцев, демонстрируя потенциал научного подхода к движению.
В полной темноте прозвучала команда:
— Включить испытуемого!
И тотчас же во мраке возникла окружённая необычным сиянием фигура спортсмена с копьём в руке.
На спортивном костюме, облегавшем мускулистое тело копьеметателя, ярко горели крошечные электрические лампочки. Их можно было обнаружить на голове легкоатлета, на локтях, у колен, на носках спортивных туфель и даже на указательном пальце. От лампочек тянулись тонкие провода к широкому поясу спортсмена, усеянному штепсельными гнёздами. С пояса свисал длинный шнур, уходящий в темноту. Копье, которое атлет держал в руке, также было «иллюминировано».
Прозвучала вторая команда. Копьеметатель метатель побежал. Его фигура сливалась с темным фоном неба. Мелькали лишь огоньки лампочек. По ним можно было представить себе движения легкоатлета. Вот его рука с молниеносной быстротой прочертила в воздухе огненную кривую. Метнулся вперёд одинокий огонёк. Это с огромной силой полетело копье.
На стадионе Института физкультуры имени Сталина начались циклосъёмки метания копья.
Эта интересная работа заключается в тому, что «иллюминированный» атлет снимается одновременно несколькими фотоаппаратами, расставленными в разных местах стадиона.
В стремительном рывке руки, длящемся доли секунды, аппарат различает неуловимые для глаза движения кисти и локтя. От него не ускользает ни поворот плеча, ни едва заметное смещение головы и ног в момент рывка. Единое слитное движение разлагается фотоаппаратами на отдельные элементы. Это даёт возможность проанализировать работу, совершаемую спортсменом при выполнении того или иного упражнения.
Каждая светящаяся точка — лампочка, укреплённая на костюме атлета — прочерчивает на пластинке свою траекторию. Если производить съёмку обычным путём, то эти траектории будут иметь вид непрерывных линий различной формы. Такая сплошная кривая показывает, как движется часть тела спортсмена, к которой прикреплена лампочка. Но этого для исследователей мало. Им важно знать не только направление движения, но и скорость, с которой оно совершается. Рывок руки складывается из мельчайших движений, совершаемых с различной быстротой. Не зная ускорения кисти руки, например, мы не в состоянии установить, какое усилие было к ней приложено. Как же измерить эти мгновенные усилия, которые возникают в звеньях человеческого тела, непрерывно изменяясь по силе и направлению?
 |
Крошечные электрические лампочки, укреплённые на теле
атлета, прочертят на фотопластинке сложные кривые. По этим кривым можно
установить, какие усилия возникают в отдельных звеньях тела спортсмена. |
Это осуществляется с помощью остроумного приспособления. Перед фотоаппаратом помещают обтюратор — диск с прорезями. Обтюратор вращается с большой скоростью, то закрывая, то отрывая на короткое мгновение объектив фотоаппарата. В результате на фотографии-циклограмме вместо сплошных кривых получаются пунктирные линии.
Диск обтюратора вращается с равномерной скоростью. На циклограмме поэтому точки будут появляться через строго одинаковые и заранее известные промежутки времени. Расстояние между точками будет, очевидно, тем больше, чем быстрее движется лампочка. Смерив эти расстояния, легко определить скорости и ускорения разных звеньев тела спортсмена в каждый отдельный момент. Чтобы вычислить отсюда возникающие усилия, достаточно знать массу или вес рассматриваемой части тела. Обычно эти данные берутся просто из таблицы.
*
Циклосъёмка выявила любопытные факты. Так, анализ циклограммы прыжка в длину с разбега показал, что в момент толчка нога легкоатлета опирается о землю с силой 700—750 килограммов. Другими словами, сила толчка в какой-то краткий миг превышает вес прыгуна в десять раз. При спринте — беге на короткие дистанции — стопа бегуна испытывает ускорение, в двадцать-тридцать раз превосходящее ускорение силы тяжести. Это значит, что бегун, стопа которого весит 1 килограмм, получает периодически такое ощущение, как если бы её вес возрастал до 20—30 килограммов.
*
Для получения циклограмм научным работникам пришлось проявить немало изобретательности и выдумки. Прежде всего возник вопрос, как подвести ток к лампочкам, размещённым на костюме спортсмена. Если питать их от сети, то за спортсменом неизбежно будет волочиться по земле длинный «шлейф», стесняющий его движения. В некоторых случаях прибегают к услугам «шлейфоносца», который бежит за атлетом и несёт провод. «Шлейфоносец» сам должен быть спортсменом высокого класса, чтобы не отставать от испытуемого. Так, например, при циклосъёмке бега Серафим и Георгий Знаменские поочерёдно оказывали друг другу эту братскую услугу.
Для циклосъёмки прыжка с шестом придумали такое приспособление: на спортсмена надевали специальный жилет с карманами, в которых помещались небольшие батарейки. Шест тоже имел собственную «электросеть».
 |
| Циклограмма прыжка с шестом. |
Наибольшие затруднения возникли при фотографировании пловцов. Как добиться, чтобы световые лучи, преломляясь в воде, не искажали траекторий лампочек на циклограмме? Лаборатория изучения движения разработала конструкцию специальной фотокамеры, которая одинаково хорошо улавливает световые лучи, исходящие от подводных и надводных световых точек.
 |
Мировой рекордсмен по плаванию т. Бойченко перед съёмкой
циклограммы его движений. |
 |
Такую феерическую картину представляет «иллюминированный»
пловец, выходящий из воды. |
Промежутки времени между периодическим открыванием объектива фотокамеры должны быть строго одинаковы. Лаборатория разработала специальную аппаратуру, позволяющую практически определять интервалы времени с точностью до 1 десятитысячной секунды. Особый стабилизатор, сконструированный в лаборатории, «следит» за тем, чтобы диск обтюратора вращался с постоянной скоростью.
 |
Во время съёмки циклограммы перед фотоаппаратом помещают
обтюратор который через строго определённые промежутки времени открывает и
закрывает объектив. Особый стабилизатор «следит» за тем, чтобы диск обтюратора
вращался с постоянной скоростью. На снимке: обтюратор со стабилизатором. |
В результате работникам института удалось добиться точности и постоянства работы обтюратора. В этом можно убедиться на следующем наглядном опыте. Позади вращающегося диска помещается горящая неоновая лампочка. Если мы посмотрим на лампочку поверх обтюратора, то увидим, что она горит. Если же мы взглянем на неё через щели вращающегося диска, то лампочка покажется нам потухшей.
В каком же случае зрение нас обманывает? Оказывается, ни в каком. Всё дело в неоновой лампочке. Как и лампочка накаливания, она как бы включается и выключается сто раз в секунду, так как питается переменным током частотой в 50 периодов. Но в лампочке накаливания это явление проходит незаметно, потому что накалённая нить не успевает сильно потемнеть за время мгновенного перерыва в подаче тока. В неоновой же лампочке, где светится не накалённая нить, а газ неон, эти кратковременные перерывы достаточны для полного прекращения свечения. Однако вследствие инерции глаза мы и здесь не в состоянии уловить момент полного прекращения свечения газа. Лампочка представляется нам непрерывно горящей мигающим светом.
Когда мы смотрели сквозь щель обтюратора, мы видели лампочку в тот момент, когда она на мгновение потухла. В следующий момент она снова вспыхнула, но тут её заслонял сплошной сектор диска. Ещё через мгновение, когда перед нашим глазом вновь появилась щель обтюратора, неоновая лампочка опять оказалась погасшей, и т. д. Это является доказательством того, что смена сплошных секторов и щелей во вращающемся обтюраторе также постоянна, как частота мигания неоновой лампочки.
Свойство газосветных ламп вспыхивать и гаснуть через определённые промежутки времени навело сотрудника лаборатории т. Павленко на мысль использовать их для циклосъёмки на ярком свету. Работники института долго бились над циклосъёмкой прыжка в высоту. Легкоатлет не может прыгать в темноте через неосвещённую планку. А если её осветить, то самый интересный момент прыжка пропадает: светящиеся точки электролампочек потонут в общем световом потоке. Тогда т. Павленко предложил осветить планку газосветными лампами. Частота их мигания согласована со скоростью вращения обтюратора таким образом, что объектив фотоаппарата открывается в те моменты, когда лампы гаснут. Место прыжка залито ярким светом неоновых ламп, но для объектива фотоаппарата он как бы не существует. Объектив его «не видит», так же как мы не видели света контрольной неоновой лампочки, когда смотрели на неё сквозь щель обтюратора.
Этот эффект зависит от точного совпадения двух явлений (мигание неоновых ламп и вращение обтюратора), или, как говорят, от их синхронности.
Как мы уже знаем, спортсмен фотографируется одновременно несколькими аппаратами с различных точек зрения. Лишь при такой многосторонней съёмке можно уловить движение тела во всех трех измерениях. Несмотря на все очевидные преимущества многосторонней циклосъёмки, она долгое время не могла быть осуществлена: не было надёжного и простого способа обеспечить синхронную работу обтюраторов во всех аппаратах.
За границей в своё время были придуманы различные громоздкие приспособления, позволявшие производить одновременную съёмку двумя аппаратами. Так, например, в одной из этих систем оба обтюратора сидели на общем валу длиной в... несколько десятков метров.
Советские учёные разработали простые и надёжные способы синхронизации работы обтюраторов чисто электрическим путём. В точном совпадении скорости их вращения можно очень легко убедиться. Когда смотришь на вращающийся обтюратор, то все прорези его диска, подобно лопастям пропеллера, сливаются в сплошной светлый круг; если же смотреть на тот же обтюратор сквозь щель другого вращающегося обтюратора, то первый будет казаться неподвижным. Это значит, что в обоих обтюраторах прорези при вращении всё время совпадают. Кажущаяся неподвижность одного из дисков и вызывается синхронностью работы обтюраторов.
*
Циклограмма движений мирового рекордсмена по бегу на средние дистанции Жюля Лядумега вскрыла секрет его неизменных побед над соперниками. Эта циклограмма, заснятая и проанализированная профессором Бернштейном, показала, что Лядумег дольше других бегунов находится в «полете», когда ни одна нога не касается земли. Нога у него опускается на землю исключительно мягко, на пониженной «посадочной» скорости. Он скупо и экономно расходует свои силы: ни один килограмм в буквальном смысле не пропадает даром. В «полете» голова Лядумега описывает почти математически точную параболу свободного падения, между тем у других бегунов эта траектория представляет собой изломанную линию. Это значит, что они нерационально расходуют свою энергию: часть её растрачивается на непроизводительные движения.
Циклография часто вскрывает глубоко вкоренившиеся ошибки в движениях того или иного спортсмена.
Эти методы научного исследования могут быть с успехом применены не только в области спорта, но и для изучения работы стахановцев на производстве. Исследователи произвели съёмку движений знатного стахановца лёгкой промышленности т. Сметанина (ныне зам. наркома) за работой у обувной машины. Циклограмма показала, что секрет рекордной производительности т. Сметанина заключается в рациональном расположении полуфабрикатов и оборудования, благодаря чему отпадают все лишние движения. Каждое движение стахановца продумано и используется производительно.
В Советском Союзе, стране высокопроизводительного труда и широкого развития спорта, циклография имеет большое будущее.
Комментариев нет:
Отправить комментарий