Рекордный забег ямайского атлета Усейна Болта, установленный на чемпионате мира по легкой атлетике 2009 года в Берлине, не дает покоя ни функционерам от спорта, ни ученым. Математики из Национального автономного университета Мексики решили создать математическую модель бегуна и выяснить, какие факторы позволили атлету пробежать стометровку за 9,58 секунды и установить рекорд, не превзойденный до сих пор.
В 1960 году немец Армин Хари поразил мир, впервые одолев стометровку за 10 секунд. Многие тогда считали, что этот показатель является пределом человеческих возможностей в беге. Однако уже в 1968 году Джим Хайнс пробежал дистанцию за 9,9 секунды, и лишь через 31 год Карл Льюис улучшил это время на 0,14 секунды. Сегодняшний рекорд в 9,58 секунды, установленный Болтом, вызывает интерес тем, что атлету удалось развить небывалые до этого скорость и ускорение.
Предыдущие теоретические работы, описывающие бег человека, предполагали, что сила сопротивления воздуха пропорциональна либо первой, либо второй степени скорости. В нынешнем исследовании ученые под руководством Хорхе Хернандеса приняли, что
сопротивление воздуха пропорционально и квадратичной, и линейной степени скорости, что наиболее соответствует природе этой силы трения.
При росте 195 сантиметров, Болт считается весьма высоким атлетом. При беге, с одной стороны, это дает преимущество, позволяя делать большие шаги, но, с другой, спортсмен испытывает большее сопротивление воздуха. Основываясь на данных Международной ассоциации легкоатлетических федераций, эксперты которой с помощью лазера измеряли позицию спортсмена каждые 0,1 секунды, ученые рассчитали, что на протяжении своего рекордного забега более 92% затрачиваемой энергии Болт тратил на преодоление силы сопротивления воздуха.
Приняв во внимание высоту берлинской дорожки над уровнем моря, температуру воздуха и площадь поперечного сечения самого Болта, мексиканцы подсчитали коэффициент аэродинамического сопротивления бегуна.
Он оказался равен 1,2, то есть аэродинамика Болта хуже, чем аэродинамика среднего человека.
Максимальную мощность 2619,5 ватт Болт развил уже в конце первой секунды после старта, развив всего лишь половину от максимальной скорости. «Подсчитанный нами коэффициент сопротивления подчеркивает выдающиеся способности Болта. Ему удалось побить сразу несколько рекордов, будучи не лучшим среди людей в плане аэродинамики. Затраченная им работа, учитывая то, сколько ушло на преодоление сопротивления воздуха, чрезмерна», — считает Хернандес.
Расчеты показали, что на всю стометровку Болт затратил 81,6 килоджоулей, создавая во время бега среднее усилие в 815 ньютонов.
«В наши дни слишком тяжело перекрывать спортивные рекорды даже на тысячные доли секунды. Ведь бегунам надо выкладываться, преодолевая огромную силу сопротивления, быстро растущую с увеличением скорости. Все это из-за физического барьера, накладываемого земными условиями: если бы Болт бежал на планете с менее плотной атмосферой, он мог бы поставить фантастические рекорды», — считает ученый.
Спортивные эксперты заинтересовались выводами мексиканских ученых, опубликованными в журнале European Journal of Physics, относительно влияния на результат попутного ветра, который может меняться от забега к забегу. Чтобы продемонстрировать применимость своих уравнений, математики сравнили результат Болта, показанный на Пекинской олимпиаде (9,69), с рекордом 2009 года. По их расчетам, без попутного ветра в Берлине, который составлял 0,9 метра в секунду, Болт прибежал бы позднее, но все равно установил бы новый мировой рекорд – 9,68 секунды.