Co kryje się za kropką Garmina – cz. 3
Analiza przedziału 500-600ms.
Do 550ms środek masy nadal porusza się w dół, jednak zmienia się jego dynamika. Oscylacja pionowa (linia zielona VO) od poziomu 2cm w 500ms, zbliża się do wartości minimalnej. Trajektoria COM staje się bardziej płaska, opadanie jest coraz wolniejsze. Prędkość COM (linia czerwona) maleje, co oznacza wytracanie pędu w kierunku pionowym. Przyspieszenie pionowe (linia niebieska) rośnie i jest bezpośrednią konsekwencją przeważającej siły reakcji podłoża (GRF) nad siłą grawitacji. Układ znajduje się w fazie pochłaniania energii i hamowania ruchu COM w dół. W okolicy 550ms przyspieszenie osiąga swoje maksimum, odzwierciedlając maksymalną wartość GRF. Prędkość w tym momencie jest zerowa, co oznacza, że kończy się hamowanie, które trwało około 60-70ms (od maksymalnej wartości zrywu jmax w okolicach 480ms do j=0 w 550ms). Podłoże zaczyna wymuszać zmianę kierunku ruchu pionowego COM z opadania na wznoszenie.
550ms biegu odpowiada lokalnemu szczytowi GRF (najwyższy punkt niebieskiej „górki”). Przy założeniu, że biegacz waży 55kg, a maksymalne przyspieszenie pionowe w tej fazie wynosi 20–25m/s², szczytowa siła reakcji podłoża osiąga wartość rzędu 1600–1900N (obliczona ze wzoru: FGRF = m ⋅ (a + g)). Biorąc pod uwagę, że siła ciężkości działająca na zawodnika to ok. 540N, oznacza to, że w tym krótkim momencie doświadcza on przeciążenia 3–3.5 razy większego niż jego własna waga. Jest to więc, mówiąc kolokwialnie, strefa największego zgniotu i deformacji sylwetki. Uchwycenie tego momentu na zdjęciu, zwłaszcza od przodu, daje zwykle najmniej korzystny obraz. Na insta lepiej wybrać inną fotkę.
Znając wysokość, na której znajduje się środek masy (COM) na początku hamowania (ok. 480ms, VO ≈ 3,5cm), oraz maksymalną siłę reakcji podłoża osiąganą pod koniec fazy hamowania, gdy COM znajduje się w najniższym położeniu, można oszacować sztywność nogi podporowej, tzw. Leg Spring Stiffness (LSS). Sztywność podporu odzwierciedla zdolność nogi do magazynowania i oddawania energii podczas kontaktu z podłożem, co ma wpływ na ekonomię biegu. LSS jest definiowana jako stosunek maksymalnej GRF do maksymalnego pionowego przemieszczenia COM podczas kontaktu z podłożem i wyraża się wzorem: LSS = FGRF / VO ≈ 46000–54000N/m. Taki przedział wartości LSS dotyczy raczej tylko zawodników biegowej elity. Przykładowe badania (1, 2, 3) zawodników amatorskich podają wartości rzędu 7000-16000N/m. Urządzenia takie jak Stryd szacują LSS na podstawie pomiarów przyspieszenia i czasu kontaktu z podłożem, wykorzystując autorskie modele biomechaniczne. Dokładne metody obliczeniowe stosowane przez Stryda i przedziały wartości LSS dla elity, subelity i amatorów nie są oficjalnie publikowane. Trzeba pamiętać, że różne metody szacowania LSS mogą dawać różne wyniki, a ich dokładność zależy też od jakości danych wejściowych oraz przyjętych założeń modelowych. Przykładowo jeśli zmienię założenie i zamiast 480ms przyjmę 460ms jako początek ugięcia nogi podporowej, gdzie VO ≈ 5cm (wizualny IC, o którym pisałem w drugiej części) to uzyskam znacznie niższe wartości LSS ≈ 32000–38000N/m.
Od 550ms (moment uchwycony na stopklatce poniżej) zachodzi zmiana kierunku ruchu środka masy i rozpoczyna się faza wybicia. VO wznosi się na około 3cm. Prędkość COM rośnie, osiągając maksimum w 600ms, ale wzrost ten odbywa się z coraz mniejszą dynamiką, ponieważ przyspieszenie maleje. GRF spada i stopniowo zrównuje się z siłą grawitacji, czyli wybicie słabnie. W dalszym etapie wznoszenia ruch COM staje się coraz bardziej bezwładny, wytracając prędkość pod wpływem grawitacji.
Z biomechanicznego punktu widzenia przedział 500–600ms reprezentuje najgłębszą fazę ugięcia nogi podporowej, usztywnienia stawów i gromadzenia energii potencjalnej sprężystości w tkankach. Działanie tkanek w tym okresie często opisuje się klasycznym modelem pracy ekscentryczno-koncentrycznej mięśni, jednak z perspektywy aktualnej wiedzy o roli tkanki łącznej, taki model jest zbyt uproszczony. Nie uwzględnia on qwazi-izometrycznego charakteru pracy, przemian fazowych kolagenu oraz złożonych interakcji mięśni, ścięgien i powięzi w przedziale bardzo krótkiego okresu czasu rzędu 100ms. Należy mieć na uwadze, że analiza ograniczona jest do składowej pionowej ruchu miednicy. Na jej podstawie nie można wnioskować o składowej poziomej. Oscylacje poziome (HO) miednicy nakładają się na tempo biegu. Dlatego są trudniejsze do uchwycenia i precyzyjnego zmierzenia metodami detekcji ruchu (video tracking), czyli śledzenia położenia punktu odniesienia w sekwencji obrazów. Analiza przebiegu COM i jego pochodnych dla składowej poziomej, potencjalnie może dać więcej informacji o technice i dynamice biegu. Przebieg HO może lepiej informować o jakości działania tkanek w ujęciu pracy niemetabolicznej, czyli większego udziału pasywnych struktur tkanki łącznej w napędzie. To jednak wymagałoby lepszej jakości materiału wideo lub bezpośrednich pomiarów przyspieszeń poziomych czujnikami IMU (Inertial Measurement Unit) umieszczonymi na miednicy. Tak naprawdę zrozumienie pełnej dynamiki biegu wymagałoby analizy wszystkich trzech składowych ruchu, a więc również oscylacji poprzecznych miednicy. Zwłaszcza ten kierunek poprzeczny daje informacje o potencjalnych dysfunkcjach takich jak shift i drop miednicy, które tłumią dynamikę HO, pogarszając napęd i zmniejszając efektywność lokomocji.
