Tiede

Miksi klapsit ovat niin nopeat?

(Referaatti artikkelista Houdijk, H., de Koning J.J., de Groot G, Robbert M.F.n and van Ingen Schenau G. J. Push-off mechanics in speed skating with conventional skates and klapskates. Med Sci Sports Exerc 2000 Mar;32(3):635-41. )

Ennätyksiä klapseilla

Houdijk et al. esittelevät kirjoituksessaan tuloksia tutkimuksestaan, jossa analysoitiin potkutekniikan eroja pikaluistelussa käytettäessä normaaleja ja klap-luistimia. Työn tarkoituksena oli selvittää niitä tekijöitä, jotka vaikuttivat niihin huomattaviin tulosparannuksiin, joita tapahtui kaudella 1997-1998 jolloin klapsit tulivat yleiseen käyttöön.

Idea pikaluistimesta, jossa terä on vain etureunastaan kiinnitetty luistelukenkään "saranan" välityksellä esitettiin ensimmäisen kerran tietreellisessä kirjallisuudessa vuonna 1987. Se perustui mittaustuloksiin, joita oli saatu verrattaessa potkun (tai ponnistuksen/työnnön/puristuksen) tekniikkaa toisaalta pikaluistelun liukuvaiheessa ja toisaalta "vapaassa" ylöspäin suuntautuvassa ponnistamisessa.

Luistelijan on hankala ponnistaa

Pikaluistelussa ponnistavan jalan työntö tapahtuu varsin hankalassa asennossa. Ensinnäkin ylävartalo on pidettävä lähes vaaka-asennossa ilmanvastuksen minimoimiseksi. Toisaalta luistelijan täytyy liukuvaiheen aikana estää muuten luontaisesti tapahtuvaa nilkan ojentumista. Se on tärkeää ensinnäkin pitkän liu'un aikaansaamiseksi ja liu'un loppuvaiheessa sen estämiseksi, että luistimen terän kärki painuisi jäähän ja hidastaisi vauhtia. Tämän seurauksena perinteisessä pikaluistelussa ainoastaan säären ja reiden rotaatio ja työ vaikuttavat tehokkaasti luistelijan painopisteen siirtämiseen eteenpäin, kun taas nilkan työ jää käyttämättä hyväksi. Nilkan ojennuksen vaimentaminen vaikuttaa myös niin, että sen seurauksena ponnistava alaraaja ei oikene täysin ennen kuin luistin irtoaa jäästä. Nilkan ojennus tapahtuu siis ilmassa. Itse asiassa irtoaminen tapahtuu juuri sellaisessa vaiheessa, jossa alaraajan oikenemisnopeus on hidastumassa (noin 150°) ja jossa nilkan ojennuksen tuoma lisäpotku olisi hyödyksi. Nimenomaan luistimen rakenteen ja siitä helposti seuraavan terän kärjen jäähän raapaisun takia nilkan ojentamista on pidetty haitallisena ja se on pyritty valmennuksen keinoin eliminoimaan. Toisaalta alaraajan ojentuessa tapahtuva nilkankin ojentuminen on lähes refleksinomainen liike, jonka täydellinen eliminoiminen onnistuu vain pieneltä osalta luistelijoita.

Helpompaa on pikajuoksijalla tai hyppijällä

Vapaissa hypyissä ja pikajuoksussa nilkan ojentuminen tapahtuu "vapaasti" ja voimakkaasti ja se käytetään tehokkaasti hyväksi juuri siinä vaiheessa kun alaraajan oikenemisnopeus juuri ennen täyttä ojennusta alkaa hidastua. Lisävoimaa tulee myös siitä, että polvi voi oieta täydellisesti samalla kun kontakti ponnistusalustaan säilyy ojennetun nilkan kautta. Klap-luistimen suunnittelun lähtökohtana oli ajatus, että saranoimalla terä kenkään uudella tavalla, voitaisiin tämä lisätyö muuttaa tehoksi myös luistelussa.

Maajoukkue koekaniineina

Klap-luistimen edut ovat kiistattomat. Kuitenkin parantuneen suorituksen biomekaaniset yksityiskohdat ja syyt ovat vielä varsin puutteellisesti tutkitut.

Tutkimuksessa Alankomaiden edustusjoukkueen jäsenet luistelivat Inzellin ulkoradalla 4 kertaa 400 metrin kierroksen käyttäen ensin tavanomaisia ja sitten klap-luistimia. Suoraluistelu filmattiin ja analysoitiin ja sen aikana mitattiin myös ponnistuksen voima ja rekisteröitiin lihassähkökäyrä (EMG).

Klapsit olivat nopeammat

Kokeessa jokainen luistelija luisteli klap-luistimilla nopeammin kuin tavanomaisilla (11.86 m/s vs. 11.23 m/s). 400 m:n kierrosaikoina tämä merkitsee 1.9 sekunnin etua (33,7 s vs. 35,6 s). Klap-luistimilla Liukuvaiheen aikana luistelijat saattoivat pitää keskimäärin 2,5 astetta pienempää polvikulmaa ja 1.4 astetta pienempää lonkan kulmaa kuin tavanomaisessa luistelussa.

Yllättävä löydös oli, että ponnistuksen aikana (niin kauan kuin luistin oli kiinni jäässä) polven oikeneminen oli täydellisempi perinteisillä kuin klap-luistimilla luisteltaessa (170.8°vs. 166.0°. Molemmissa tapauksissa nilkka ojentu samaan mittaan niin kauan kuin luistin oli kiinni jäässä. Tämä merkitsee sitä, että klap-luistelussa nilkka ojentui koko terän ollessa jäässä kiinni kun taas perineisillä luistimilla nilkka ojentui samalla kun terä irtosi jäästä terän kärjen kautta kiertäen.

Jalan oikenemista kuvaavat polvi- ja lonkkanivelen kulmanopeudet olivat suuremmat tavanomaisilla kuin klap-luistimilla luisteltaessa. Nilkan oikenemisessa sen sijaan ei ollut eroa.

jatkuu...

...jatkoa

Alaraajan nivelten teho (power output) oli molemmilla luistimilla luisteltaessa kutakuinkin sama koko liukuvaiheen ja ponnistuksen alkuvaiheen ajan. Ponnistusvaiheen lopussa tuli kuitenkin esiin mielenkiintoisia eroja. Tavanomaisilla luistimilla voimantuotto laski aikaisemmin kuin klap-luistimilla. Pääosa tehon laskusta johtui polvinivelen voiman tuotosta, joka kääntyi jopa negatiiviseksi. Kaiken kaikkiaan klap-luistimilla mitattu kokonaisenergia oli 173 J ja tavanomaisilla 162 J. Voimantuoton lisäys oli siis 11 J. Lisäykseen vaikutti eniten ero voiman tuotossa polvinivelessä +25,7 J). Nilkassa ero oli +3,6 J ja lonkkanivelessä -18 J. Keskimääräiset tehot olivat vastaavasti 234 W ja 209 W, mikä merkitsee noin 12%:n tehon lisäystä. Lihasten aktivaatiossa ei todettu eroja.

Tehon lisäyksestä ainoastaan noin 15 W selittyi lisääntyneellä teholla yhtä ponnistusvaihetta kohti. Loput 10 W selittyy korkeammalla potkutiheydellä (stride), joka oli todettavissa klap-luistimia käytettäessä (1.36/s vs 1.30/s). Näyttää kuitenkin siltä, että tämä nopeampi tahti ei ole niinkään seurausta itse klap-luistimista vaan syntyy siitä, että niiden sallima nopeampivauhtinen luistelu pakottaa lyhyen suoraluistelun aikana tahdin tihentämiseen, jotta vältettäisiin potkumäärän vahentäminen. Toisaalta tämä ilmentää sitä, että klap-luistimet tekevät luistelun mekaanisesti tehokkaammaksi niin, että merkittävä tahdin nopeuttaminen on ylipäätään mahdollista.

Vältettävä varvaspotku

Klap-luistimethan suunniteltiin mahdollistamaan nilkan tehokas ojentaminen niin, että ponnistusvaihe pitenisi ja tulisi tehokkaammaksi. Oli siis syytä odottaa, että juuri tässä suhteessa uusilla ja vanhoilla luistimilla luistelu eroaisi. Niinhän ei kuitenkaan ollut. Mittausten perusteella oli pääteltävissä, että ponnistuksen kesto oli yhtä pitkä ja polven ojentuminen perinteisillä luistimilla jopa täydellisempi. Miksi näin?

Yksi vastaus piilee nilkan ojennuksessa perinteisillä luistimilla ja niissä tutkimuksissa, jossa ponnistuksen kestoa perinteisillä luistimilla on mitattu. Koska "varvaspotkua" on aina pidetty haitallisena, tutkijatkin ovat mitanneet ponnistuksen pituuden sen alusta siihen hetkeen, kun luistimen terän takaosa irtoaa jäästä. Tosiasiassa potku on kuitenkin jatkunut, koska suurin osa luistelijoista ei todellisuudessa pysty kokonaan estämään nilkan ojentumista. Jos mittaukset tehdään alusta siihen hetkeen kun terän etuosa irtoaa jäästä, päästään samoihin lukemiin kuin klapseilla. Perinteisessäkin luistelussa on siis selvä nilkan ojennus nilkan jäätä vasten ponnistuksen lopussa. Sen tehoa ja merkitystä ei ole kuitenkaan koskaan oikeastaan tutkittu.

Viimeiset millisekunnit

Klapseilla luistelun parempi teho piilee juuri tässä viime vaiheen nilkan ojennuksessa. Se tulee selvästi esiin tässä tutkimuksessa, jossa ponnistuksen teho oli sama lukuun ottamatta viimeistä 50:tä millisekuntia, jona aikana perinteisillä luistellessa teho hävisi. Mitä noiden viimeisten millisekuntien aikana tapahtuu? Ponnistuksen tukipiste siirtyy jalan päkiäosalle kohtaan, jossa klapsien sarana sijaitsee. Tästä hetkestä luistelija alkaa ojentaa nilkkaansa. Ponnistuksen jatkuessa tukipiste pysyy samana. Perinteisillä taas tukipiste siirtyy nilkan ojentuessa edelleen eteenpäin ja saavuttaa viimein terän kärkiosan. Tällä erolla on merkittävät seuraukset viimevaiheen potkun tehoa ajatellen. Asian ymmärtämiseksi on syytä palauttaa mieleen, että vauhdikkaan luistelun edellytys on, että ponnistus suuntautuu kohtisuoraan sivulle. Jos niin ei tapahdu, niin ponnistuksen voima tuhlautuu luistimen tehottomaan lipsahtamiseen etu- tai takasuuntaan. Klapsien tekniikan ansiosta tämä lopullinen nilkan ojentumisen aikana tapahtuva puristuskin pystytään suuntaamaan oikealla tavalla sivulle niin, että terällä on pitoa. Toisin on perinteisillä; polven ojentumiseen liittyvä kierto yhdessä ojentuneen nilkan kanssa saisivat kyllä aikaan puristusta, mutta tilanteessa, jossa terä on vain kärjestään kiinni jäässä, se johtaisi terän lipsahtamiseen eteenpäin. Jonkinlaisen sivupotkun aikaansaamiseksi luistelija pakottaakin polvensa koukistuneena pieneen kiertoon, mikä mahdollistaa sivulle suuntautuvan puristuksen. Ponnistuksen teho jää kuitenkin pieneksi, koska tässä tilassa ainoastaan lonkka- ja nilkkanivel pystyvät tekemään tehokkaasti työtä, kun taas polvi on passiivinen. Itse asiassa polven asennon ylläpito kuluttaa huomattavasti tehoa, kuten tämän tutkimuksen mittaukset osoittivat.

Klapsit sallivat sekä nilkan että polven tehokkaamman ojentumisen kuin mitä tapahtuu perinteisillä luistellessa. Ero tulee esiin aivan ponistusvaiheen lopussa. Sen seurauksena ponnistuksen teho on parempi ja mekaaninen tehokkuus sallii myös potkutiheyden nousun. Siksi siis klapsit ovat niin nopeat.

Veli-Pekka Lehto