Локомоторные виды спорта на всех этапах своего развития подчинялись олимпийскому девизу «Быстрее». В велосипедном спорте этот девиз-задача превратил деревянную лавку на колесах — «костотряс» — с черепашьим ходом в современную сверкающую хромом машину, способную развить скорость более 60 км/час.
В данной статье мы рассматриваем прогресс конструкции велосипеда не в хронологической последовательности, а в порядке увеличения зоны приложения усилий в цикле движения.
Чтобы передвигаться на самокатах Драйза или Бланшера (1808—1812 гг.), ездок попеременно выносил ноги вперед и отталкивался от земли. Скорость достигала 12 км/час. Для ее повышения на носке ботфорта был укреплен острый шип, позволивший увеличить рабочий период отталкивания.
Прикрепление шатунов с педалями к переднему колесу деревянного самоката французом Мишо в 1855 г. способствовало увеличению рабочего усилия в цикле движения по сравнению с отталкиванием от земли более чем вдвое. Для увеличения скорости применялись большие колеса.
Русская техническая мысль намного опередила прогресс велостроения на Западе. В 1801 г. Е. М. Артамонов изобрел и изготовил железный самокат — «паук» с шатунами и педалями на большом переднем колесе — и преодолел 5000 верст от Верхотурья до Москвы и обратно. Педалирование на «пауке» было неэффективным, так как ездок располагался над колесом далеко от педалей и их приходилось доталкивать, попеременно вытягивая вперед ноги. Поэтому использовалось не более четверти цикла вращения педалей.
Для удобства педалирования, увеличения зоны приложения усилий седло продвигали вперед, но из-за высоко расположенного общего центра тяжести (о.ц.т.) устойчивость и управление велосипедом были крайне ненадежны. И все же скорость возросла по сравнению с «костотрясом» более чем вдвое. Однако при повышении скорости, особенно на спусках, величины большого ведущего колеса было недостаточно, ездоки «забалтывались» и оставался резерв сил. Сержан применил специальный механизм, расположенный на передней вилке. Усилия шатунов с ведущей зубчатки передавались цепью, ведомой на переднее колесо. Появился выбор передаточных отношений. Конструкция велосипеда вернулась к уменьшенным колесам и снижению о.ц.т. Такие велосипеды назывались «сейфетти» — безопасные. Педалирование стало несколько эффективнее, так как педали были ближе расположены к ездоку.
Велосипед начал приобретать современные черты после сконструированной Старлеем ромбовидной рамы. Трефц предложил крепить шатуны с ведущей зубчаткой внизу на каретке. Заднее колесо с зубчаткой стало ведущим, а переднее — управляемым. Эта система передач, утвержденная международными правилами, до сих пор является главным условием при конструировании всех спортивных велосипедов. Интересно отметить, что эскиз вполне современной машины с зубчатой передачей и цепью был обнаружен в 1974 г. в чертежах учеников Леонардо да Винчи.
В 1888 г. Денлоп заменил сплошные резиновые шины пневматическими. Клемман применил шарикоподшипники. Рама Старлея позволила использовать расположение седла в различных вариантах без нарушения устойчивости относительно каретки, расположенной внизу. Появилась возможность подбирать посадку в зависимости от антропометрических особенностей человека и вида гонки. Расположение велосипедиста в «центричной» посадке стало биомеханически более удобным, а педалирование — более эффективным. К педали дорожного типа гонщик прилагал усилия почти на половине цикла вращения шатуна. Скорость возросла до 30—35 км в 1 час. Чтобы еще больше увеличить ее, велосипедисты попеременно нажимали руками на колени.
О стремлении велосипедистов увеличить рабочий период и уменьшить подготовительный наглядно свидетельствует эволюция педали. В результате скорость в гонке на 1 час увеличилась (табл. 1). Разумеется, неправомерно сравнивать рекорды мира, установленные Додсоном в 1876 г., ехавшим на «пауке» весом более 20 кг со сплошными резиновыми шинами, и Э. Мерксом, выступавшим в 1972 г. на велосипеде весом 5,9 кг на идеальном треке в Мехико. Эти рекорды отделяют друг от друга почти 100 лет технического совершенствования велосипеда и различные условия проведения гонок. Можно сравнивать лишь рекорды, близко стоящие в хронологической последовательности. Тогда можно выявить закономерность: чем больше величина рабочего периода в цикле педалирования, тем выше рекорд (см. табл. 1). Вдвое больший рабочий период «паука» по сравнению с «костотрясом» позволил увеличить скорость в два раза.
Улучшение педалирования на «сейфетти» способствовало тому, что рекордсмен в течение 1 часа проезжал до 32 км. «Центричная» посадка увеличила рабочий период до половины цикла. Скорость возросла более чем на 5 км в 1 час. Применение зацепок и прихваток на педалях позволило использовать новые элементы техники — проталкивание и проводку, в результате чего рабочий период стал составлять более половины оборота шатуна. Рекорд вырос до 37 км в 1 час. Туклипс увеличил рабочий период движения шатуна до 0,7 цикла, и скорость повысилась до 38 км 220 м в 1 час. Использование ремня на туклипсе позволило увеличить рабочий период до 0,9 цикла. К импульсному нажиму на педаль прибавилось активное подтягивание педали в задней зоне, что привело к так называемому двойному педалированию.
Этот способ педалирования применялся в 1896 году во время рекордного заезда в гонке 1 час. Его велотуфли фиксировались на педали туклипсом и ремнем. В последующие 11 лет гонщики, также применявшие туклипсы и ремни, превысили трижды этот рубеж — рекорд достиг 41 км 520 м в 1 час и продержался 5 лет.
Во многих странах мира для увеличения скорости езды изобретают различные приспособления, позволяющие продлить рабочую зону в Цикле: зацепки и прихватки во Франции, туклипс в Англии, различные конструкции шипов — сначала один шип подтягивающий, потом один нажимающий, далее два шипа, охватывающие цилиндр педали, — в России.
Известный французский тренер Ж. Рюфье считает изобретателем ремня Э. Жаклена (Франция, 1900 г.). Однако в России М. Дьяков и другие гонщики применяли супоневые сыромятные ремни еще в 1893 г. Автоматическую пряжку изобрел Ф. Пелисье, рекордсмен мира в гонке на 100 км. Пионерами использования кожаных шипов-набоек на подошве были спринтеры А. Бутылкин, Г. Вашкевич, а позже С. Уточкин. Шипы, ремни и туклипсы обеспечивали так называемую «глухую» фиксацию стопы и способствовали лучшему выполнению ускорений и рывков. В этот период изменилась техника педалирования: гонщики перешли от импульсных нажимов на педали к «амболлажу» (максимальному использованию всего цикла вращения шатуна на коротком отрезке) — современному круговому педалированию. Гонщики-шоссейники не фиксировали стопы наглухо из-за плохих дорожных условий и сравнительно -невысокой скорости езды, так как в этом не было надобности. Они применяли только туклипсы и ремни.
В 1912 г. известный швейцарский гонщик-темповик О. Эгг для неподвижной фиксации туфли на педали к туклипсам и ремням добавил кожаные шипы современного типа *. С тех пор у велосипедистов появилась возможность за рабочий период выполнять полный оборот шатуна. Такой возможности нет ни в каком другом локомоторном виде спорта.
К «застывшему» на 5 лет рекорду в гонке на 1 час О. Эгг прибавил 60 м, а за два года еще 2 км 125 м. Рекорд О. Эгга был побит голландцем Ван Гутом лишь в 1933 г. Этот «период молчания» объясняется объективным фактором — первой мировой войной и ее последствиями, а не феноменальным достижением О. Эгга, как считают некоторые специалисты.
С 1933 по 1937 г. рекорд рос очень быстро (в среднем на 305 м в год), а с 1937 по 1942 г. был улучшен лишь однажды знаменитым итальянским гонщиком Ф. Коппи на 31 м (табл. 2). Этот рекорд продержался долго, так как началась вторая мировая война. Рекорд был улучшен на 311 м лишь спустя 14 лет французом Ж. Анкетилем. Почти все послевоенные рекорды до 1969 г. были установлены на треке Вигорелли в Милане в соревнованиях «Неделя рекордов», где условия для проведения гонок были особенно благоприятны и стабильны (октябрь — ноябрь).
В 1957—1958 гг. рекорд удалось улучшить Р. Ривьеру до 47 км 346 м. В 1967 г. Ж. Анкетиль в возрасте 34 лет установил новый рекорд — 48 км, однако его достижение не было зарегистрировано, так как гонщик отказался пройти допинг-контроль. Месяцем позже на римском велодроме Ф. Бракк превысил рубеж 48 км в 1 час (табл. 3).
На рост рекордов влиял ряд технических усовершенствований:
1. Фиксация велотуфли на педали позволила применять круговой способ педалирования. Коэффициент использования импульса силы при этом способе педалирования может быть весьма высоким — 94,1% (Л. В. Чхаидзе, 1961).
2. Вес велосипеда постепенно снижался. Если велосипед М. И. Дьякова весил 25 фунтов (около 10 кг), то О. Эгг выступал на велосипеде 8,1 кг, Ф. Коппи — 8,025 кг, О. Риттер — 7.3 кг, Ж. Анкетиль — 6,4 кг, Э. Бальдини — 6,4 кг, Ф. Бракке — 5,96 кг, Э. Меркс — 5,9 кг (1972 г.).
3. Конструкция велосипеда и его к. п. д. приблизились к известному пределу: французский специалист Ш. Феру в 1960 г. считал, что к. п. д. велосипеда достиг 99% и что это один из самых совершенных из созданных человеком механизмов.
Коэффициент качения полотна трека стал наименьшим, так как рейки, которыми покрыт трек, расположены по ходу движения велосипеда. Такой трек был построен в С.-Петербурге в 1896 г. С того времени и по сей день можно считать, что коэффициент качения на деревянных треках не претерпел существенных изменений.
С открытием олимпийского трека в Мехико на высоте около 2300 м предыдущие рекорды были улучшены как гонщиками-любителями Р. Тревинье, М. Фрей (Енсен), М. Родригес, так и профессионалами О. Риттер, Э. Меркс —- 49 км 431 м.
В связи с тем что условия этого трека являются пока наилучшими в мире, Международный союз велосипедистов вначале отказался регистрировать «космические» рекорды, но затем отступил от своего решения под давлением ряда федераций и заинтересованных лиц.
«Мексиканские» рекорды с 1968 по 1972 г. ежегодно возрастали на 200 м. Однако за последние 4 года рекордов в гонке на 1 час установлено не было. Дальнейший рост их может идти по пути совершенствования методики тренировки и совершенствования технических качеств. Методика тренировки может улучшаться за счет:
а) индивидуальной подготовки (нахождения фазы суперкомпенсации);
б) повышения функционального состояния (повышения гемоглобина крови, миоглобина мышц, сдвига гомеостазиса, увеличения щелочной резервности, аэробной и анаэробной производительности, улучшения условий витаминизации рационального питания и отдыха);
в) увеличения силовой выносливости мышц, участвующих в педалировании, и мышц, осуществляющих полустатическое положение посадки;
г) улучшения техники кругового педалирования.
Совершенствование технических качеств может идти по пути:
а) уменьшения площади лобового сопротивления посадки и улучшения ее обтекаемости;
б) применения высококачественного инвентаря (изготовление отдельных деталей велосипеда из пластмассы, дюраля, титана и электрона, использование облегченных педалей и туфель улучшенной конструкции);
в) улучшения условий качения и снижения сопротивления внешней среды;
г) применения аэродинамического костюма.
Если предположить, что рекорд будет расти в среднем на 50 м в год, что весьма возможно, что к 2000 г. на треке в Мехико он достигнет рубежа 50 км 700 м, а если учесть, что перечисленные факторы будут постоянно совершенствоваться, то наш прогноз может оправдаться гораздо раньше.
Математические расчеты показывают, что, для того чтобы приблизиться к этому рубежу, велосипедисту, находящемуся в низкой посадке и имеющему прежнюю площадь лобового сопротивления, потребуется повысить мощность педалирования относительно скорости рекорда Э. Меркса на 8,1% или, оставив прежнюю мощность педалирования, уменьшить площадь лобового сопротивления на 8,8%.
При подборе кандидатов в рекордсмены по аэродинамическим качествам следует обращать внимание на внешние антропометрические данные: высокий рост, узкие плечи, таз и узкие бедра. Рекордсмен должен иметь высокие показатели спирометрии и обладать большой двигательной способностью во время педалирования на велостанке или велоэргометре. Практика показывает, что уменьшение площади лобового сопротивления и конфигурация посадки приносят большие результаты, чем многочисленные тренировки «квадратных суперменов». По расчетам при скорости 49,431 км в 1 час уменьшение площади лобового сопротивления гонщика на 2% будет способствовать увеличению скорости на 269 м в 1 час.