Redakcja Bieganie.pl
Przełamując opory powietrza
W ostatni wrześniowy weekend miały miejsce dwa biegi, które sprawiły, że postanowiliśmy bliżej przyjrzeć się wpływowi oporu powietrza na wyniki osiągane przez biegaczy. Były to maratony: warszawski i berliński. Zwycięscy tych biegów musieli zmagać się z oporem powietrza w całkowicie odmiennych warunkach. Sammy Kibet od 13 km biegł sam, a i wcześniejsze fragmenty trasy pokonywał bez pacemakerów. Natomiast Patrick Makau, w drodze po nowy rekord świata, miał chyba najlepsze prowadzenie z możliwych, sześciu zajęcy tworzyło ścianę szczelnie osłaniającą go od wiatru. Ostatni z nich, Kenijczyk Peter Cheruiyot Kirui, odpadł dopiero na 32 km, przez co Makau samotnie pokonał zaledwie 10 km.
Patrick Makau i Haile Gebrselassie w otoczeniu pacemakerów
Patrick Makau i Haile Gebrselassie w otoczeniu pacemakerów
Poszukiwania na ten temat zaprowadziły mnie do końcówki lat 60’ i pierwszej poważnej publikacji na ten temat Oxygen intake in track and tredmill running with observations on the effect of air resistance.1 (Pochłanianie tlenu podczas biegu na bieżni i bieżni mechanicznej z obserwacją wpływu oporu powietrza.). Podczas badań pod przewodnictwem L.G.C.E. Pucha porównywano ilość pochłoniętego tlenu u zawodników biegnących z tą samą prędkością (6 m/s co przekłada się na wynik 14:07 na 5000 m) na bieżni tartanowej i bieżni mechanicznej.
Porównanie wyników z obu testów pokazało, że ilość pochłanianego tlenu (która jest proporcjonalna do wydatku energetycznego) na bieżni mechanicznej była znacznie niższa. Dla badanych zawodników było to średnio: na tartanie 74.6 ml/kg*min w porównaniu do 68.3 ml/kg*min na bieżni mechanicznej w laboratorium. Pokazuje to, że przy takich prędkościach koszt ”walki” z oporem powietrza stanowi ok. 8% całego zużycia energii.
By upewnić się, że to rzeczywiście opór powietrza odpowiada za te różnice przeprowadzono dalsze testy. Jeden z zawodników biorących udział w wcześniejszych badaniach biegał tym razem na bieżni mechanicznej umieszczonej w tunelu aerodynamicznym. Prędkość była stała i wynosiła 15.9 km/h (4,42 m/s), a zmienną była prędkość wiatru (od 0 do 66 km/h). Wyniki potwierdziły wcześniejsze przypuszczenia i pochłanianie tlenu zdecydowanie wzrastało wraz z prędkością wiatru.
Na tej podstawie oszacowano jaki udział w całkowitym koszcie energetycznym będzie miało przełamywanie oporów powietrza. Te wartości zależą oczywiście od cech osobniczych, ale dla szczupłych wytrenowanych biegaczy będą z pewnością zbliżone. Badania przeprowadzono na zawodniku mającym 180 cm wzrostu, ważącym 66 kg. Poniżej widzimy udział procentowy kosztów energetycznych związanych z oporami powietrza w całym wydatku energetycznym dla trzech różnych prędkości.
10 m/s (100 m) – 16 % (1,6 s*)
8 m/s (800 m) – 11% (11,5 s)
6 m/s (10000 m/ 21,1 km) – 8 % (2:15)
*W nawiasach podano o ile teoretycznie można by pobiec szybciej gdyby wyeliminować opory powietrza.
Widać, że są to całkiem spore wartości. Ograniczenie kosztów przełamywania oporów powietrza może zatem być najszybszą drogą do poprawy wyników. Ile zatem można zaoszczędzić chowając się za plecami pacemakera? Jest to trudne do oszacowania, ale ponownie z pomocą przychodzi L.G.C.E. Puch wraz z kolejną publikacją (The influence of wind resistance in running and walking and the mechanical efficiency of work against horizontal or vertical forces2).
Tym razem w trakcie badań m. in. postawiono na bieżni dwóch zawodników, jednego za drugim, w odległości ok. 1 m i sprawdzano, czy uda się zaobserwować zmniejszenie poboru tlenu (porównując do samotnego biegu). Różnice były znaczące. Postanowiono stworzyć „mapę” obszarów gdzie opory powietrza będą zmniejszone. W badaniach użyto rurki Pitota (sondy ciśnienia statycznego). Ustawiano ją w różnych położeniach, na wysokości 1,25 m nad powierzchnią bieżni. Wiatr wiał ze stałą prędkością 6 m/s (co odpowiada 28:15 na 10000 m) Przed biegaczem ciśnienie wynosiło 2,25 kg/m2, natomiast za nim można znaleźć takie miejsca gdzie opór spada właściwie do zera (40-60 cm). W odległości 1 m ciśnienie wynosi tylko 0,15 kg/m2 czyli 7% wartości :przed biegaczem”. Warto zwrócić uwagę na brak symetrii w miejscach obniżonego ciśnienia, wynikają one z braku symetrii w budowie biegacza. Z szacunków Pucha wynika, że przy odpowiedniej konfiguracji możliwe jest zmniejszenie kosztów energetycznych przełamywania oporu powietrza o 80 %.
Punkty oznaczone czarnymi kropkami na diagramie reprezentują kolejne punkty pomiarowe. Wartości wypisane obok to ciśnienie [kg/m2] wywierane przez wiatr z naprzeciwka. Procenty w nawiasach mówią jaki procent ciśnienia „początkowego” występuje w danym punkcie pomiarowym.
Na koniec wróćmy do punktu wyjścia, do naszych dwóch maratonów. Spróbujmy oszacować jaki wynik mógłby osiągnąć Makau gdyby nie pacemakerzy. Przez 32 km (76% trasy) biegł za zającami, walka z oporami powietrza to około 7,5 % całkowitego wydatku energetycznego przy prędkościach jakie osiągał. Załóżmy, że dzięki zającom udało mu się zmniejszyć te koszty o połowę. Przy spełnieniu takich założeń okazuje się, że wynik Makau byłby gorszy o ok. 2,3 % czyli w granicach 2:06:30. Taki wynik zdecydowanie odstaje od rekordu świata, ale i tak byłby jednym z najlepszych uzyskanych w samotnym biegu bez pacemakerów. Ciągnąc dalej nasze szacowanie zwycięzca z Warszawy Sammy Kibet przy podobnym prowadzeniu jak w Berlinie mógłby pobiec ok. 2:05:30. Oczywiście te szacunki są jedynie orientacyjne i mogą być obarczone sporym błędem.
Jednak widać pacemakerzy mają olbrzymi wpływ na wyniki uzyskiwane przez najlepszych zawodników i należy pamiętać o tym oceniając poszczególne biegi. Warto również spróbować pobiec za swoim własnym pacemakerem w drodze po kolejną „życiówkę”.
Tu można przeczytać publikacje L.G.C.E. Puch:
1: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1348744/pdf/jphysiol01058-0278.pdf
2. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1331759/?page=11
