8.2. Расчетный метод определения механической работы

Внешняя механическая работа в спортивных туристских походах определяется как сумма горизонтальной и вертикальной составляющих по перемещению определенной массы на определенное расстояние.

Единицей расстояния может служить один метр пути, а единицей массы – один килограмм, тогда работа будет определяться в системе СИ джоулями, а в технической системе единиц кгм.

В технической системе работу туриста удобно оценивать на километр пути. Тогда энергетическая стоимость внешней механической работы определяется в кгм на километр пути перемещения одного килограмма массы, кгм/км × кг.

Элементарным расчетом по изменению потенциальной и кинетической энергии туриста при движении с рюкзаком можно показать, что доля механической работы, связанной с изменением кинетической энергии и доля механической работы по изменению потенциальной энергии при горизонтальном передвижении туриста, в сумме не превышают 5% «вертикальной» работы по преодолению сил тяжести при движении туриста «в гору» с уклоном больше 6° при скорости 3,6 км/час с рюкзаком около 10 кг.

Следует отметить, что такой режим нагрузки является типичным для спортивных походов низшей – первой категории сложности. При возрастании сложности увеличивается перепад высоты на километр пути, увеличивается вес рюкзака и уменьшается скорость движения, что приводит в расчете мощности работы к еще более высокому удельному весу «вертикальной» работы, составляющей не менее 95% внешней механической работы.

Из этого следует, что уровень значимости «горизонтальной» работы в спортивных походах не более 0,05 и, по определению, этой работой можно пренебречь в экспериментальных исследованиях, удовлетворяющих условию р < 0,05.

Тогда расчет внешней механической работы, с учетом определенных допущений сводится к определению перепада высот на километр пути или к определению среднего угла подъема местности или, что еще проще, к известной категории сложности участка спортивного похода. При этом категория сложности приобретает физический смысл рельефа пути с перепадом высот от 100 до 600 метров на один километр пути, что соответствует следующим категориям: 100м – первая, 200м – вторая, 300м – третья, 400м – четвертая, 500м – пятая, 600м – шестая. В таком случае категория характеризует физическую трудность пути и лишь косвенно отражает техническую сложность, методика оценки которой остается неизученной, но обогащенной оценкой физической трудности пути. Внешняя механическая работа является в настоящее время практически единственным объективным показателем нагрузочного режима в спортивных туристских походах. Причины этого следующие:

- внешняя механическая работа, в отличие от общих энергетических затрат туриста - величина, зависящая только от характеристик пути;

- внешняя механическая работа с достаточной точностью может определяться расчетным методом;

- внешняя механическая работа является основой для определения полных энергетических затрат туриста, включающих внутренние затраты метаболической энергии на всем пути туриста;

- внешняя механическая работа не зависит от показателей эффективности механической работы, так как при определении коэффициента механической эффективности остается независимой переменной;

- внешняя механическая работа туриста сопоставима с показателями тестирования на велоэргометре и может использоваться в оценке уровня подготовленности туриста к данному спортивному походу;

- внешняя механическая работа туриста является основой для прогнозирования пульсовых характеристик туриста, в зависимости от его подготовленности на любых участках пути по расчетной мощности работы на этом участке пути.

Внешняя механическая работа – основной показатель нагрузочного режима в спортивных туристских походах

Физические нагрузки в спортивном туризме в настоящее время определяются по косвенным показателям, к которым относятся протяженность пути в километрах, продолжительность пути в днях и уровень сложности маршрута от первой до шестой категории сложности маршрута в порядке возрастания. Такая оценка физической нагрузки дает ориентировочное представление о необходимом уровне подготовленности к туристскому походу, но не позволяет определить количественные показатели нагрузочного режима в походных условиях и соответствующей подготовленности до похода.

Известно, что физическая нагрузка количественно может определяться объемом выполненной работы и интенсивностью этой работы.

В спортивном туризме объем выполненной работы можно определять произведением пути на вес человека с грузом. При этом путь необходимо рассматривать по отдельным участкам, учитывая горизонтальную и вертикальную составляющие пути.

Интенсивность работы туриста в таком случае определяется мощностью работы, которая тем больше, чем меньше время, затрачиваемое на эту работу.

В технической системе единиц работу туриста удобно оценивать в кгм, а мощность в кгм/мин, определяя эти количественные показатели расчетным методом, как внешнюю механическую работу туриста в зависимости от веса рюкзака, сложности пути, скорости движения.

В международной системе СИ работу необходимо оценивать в джоулях, а мощность в ваттах, что не меняет сущности рассматриваемой проблемы. Внешняя механическая работа в спортивных туристских походах может быть представлена в виде расчета 1000 tgαили 100iкгм/кг × км, гдеα – средний угол подъема (в пределах экспериментальных данных от 6° до 31°), i – категория физической трудности пути (в пределах экспериментальных данных от 1 до 6).

Мощность работы на данном участке пути будет определяться скоростью передвижения туриста. Например, при передвижении туриста со скоростью 3,6 км/час по участку маршрута первой категории, при весе туриста с рюкзаком 80 кг, мощность составит 480 кгм/мин. При движении по маршруту любой категории скорость туриста будет лимитироваться пределом его мощности, что позволяет планировать соответствующую физическую подготовку.