Käytännön tutkimukset ihmisen kävelystä ja juoksusta.

Naturen lukijat tuntevat jo Fysiologisen Laitoksen ja joitakin kokeita, jotka siellä on tehty: he ovat nähneet kuinka sarjalla peräkkäisiä valokuvia on analysoitu niin monimutkaisia mekanismeja kuten kävely, juoksu ja hyppy, ja miten tällaiset nopeat liikkeet, joihin silmä ei voi tarttua, voidaan kiinnittää eräänlaiseen kaavioon, josta ne voidaan luotettavasti selvittää yksityiskohtia myöten.

Nämä kokeet, jotka kiinnostavat fysiologeja, jotta he oppivat tuntemaan paremmin ja paremmin liikkumisen mekaniikkaa, ja edelleen käytännössä on työkalu, jonka merkitystä ei ole tarpeetonta korostaa.

Hyvät kävelijät, hyvät juoksijat, ketterät hyppääjät eivät ole vain miehiä, joilla on erityisiä kykyjä, mutta jotka riittävän säännöllisellä harjoituksella ovat saaneet enemmän voimaa, enemmän väsymyksen vastustuskykyä; he ovat myös urheilijoita, toisin sanoen tiedostamaton saman liikkeen jatkuva toistaminen johtaa vähitellen tehokkaimpaan tapaan tuottaa voimaa. Ja vaikka jokaisella on ennakkokäsitys siitä, miten kävellään ja juostaan, on kävelijöiden ja juoksijoiden joukossa virtuooseja, jotka eivät tee mitään turhia ponnisteluja, säätelevät vauhtia ja askelpituutta tietäen pitääkö askeleen olla pitkä vai tahdin nopea.

Nämä urheilijat eivät itse pysty ilmaisemaan kykyjensä salaisuutta; he eivät tiedä sitä itsekään, tuskin ovat edes ajatelleet suoritustaan, kuin se olisi vain mekaanista. Mutta salaisuudet voidaan selvittää. Tätä varten ehdotamme uuden kauden kynnyksellä tallennukseen perustuvaa analyysia parhaiden kävelijöiden ja juoksijoiden liikkeistä. Ei pidä odottaa erityistä menestystä näistä tutkimuksista, sillä askelluksen erityispiirteet ovat jo hyvin tiedossa, mutta tulee mahdolliseksi selittää menetelmällisin keinoin kävelyn, juoksun, hyppäämisen ja yleisemmin kaiken liikunnan periaatteet.

Sotilaallisesta näkökulmasta kysymys ihmisen kävelystä on erityisen tärkeä, mutta myös aiheuttaa erityisiä vaikeuksia. Sotilaan harjoituksia ei tee miesten parhaimmisto, vaan säännöt pitää olla yksilöiden keskimääräiseen voimantuottoon perustuvia. Vain kokeilemalla voidaan päättää siinä tapauksessa, ja on myös työlästä tutkia, kun pitää asettaa sotilaan askelpituus, vauhti ja kantamukset sen mukaan, että voimia käytetään parhaalla mahdollisella tavalla.

Kuitenkin, jos eri kansojen välillä on tavoissa eroja, niin vielä enemmän kuin maan sisällä sotilaalliset säännöt muuttuvat ajan myötä, joten voimme tehdä yhteenvedon, että emme vieläkään tiedä riittävästi fysiologisia lakeja, jotka ohjaavat ihmisen liikuntaa.

Siitä syystä, muutaman armeijan ylemmän upseerin avulla, ryhdyimme selvittämään optimaalisia olosuhteita kävelyyn ja kilpailuun. Tutkimusten vaikeutena on niiden vaatima suuri määrä havaintoja, jatkuva tarkkailu, melkein yli-inhimillinen kärsivällisyys, jota ne vaativat. Joten luotamme koneisiin näiden yksittäisten liikkeiden havainnoimisessa jättäen tutkijalle vain johtopäätösten tekemisen.

Laite, jonka kuvaus annettiin aiemmin lehdessämme, on odograafi, joka pienillä muutoksilla kykeni tallentamaan ihmisen kävelyn luotettavalla tavalla, askeltiheyden, askelten epäsäännöllisyydet ja pituudet sekä kävelyn luonteenpiirteet eri vaikutusten alaisena.

Kuva 1

Kuva 1 esittää miestä, joka juoksee koeradalla ja laitteistoa, joka tallentaa hänen vauhtinsa. Se tapahtuu sarjassa sähköisiä signaaleja, jotka ovat erittäin lähellä toisiaan ja jotka kommunikoivat puolen kilometrin mittaisella radalla vapaasti juoksevan miehen ja laboratoriopöydällä olevan laitteen välillä.

Kuva 2

Tätä varten lennätinlinjan pylväät ovat 50 metrin välein toisistaan ympäri rataa; jokaiseen tolppaan on sovitettu kytkinlaite, joka lähettää signaalin juuri sillä hetkellä kun mies juoksee tolpan edestä. Juoksija itse asiassa kohtaa näissä paikoissa vaakasuoran tangon, joka taipuu pienimmästäkin paineesta, mutta jota ei voida taivuttaa aiheuttamatta katkosta lennätinlinjan virtapiiriin. Katkos aiheuttaa kynän siirtymän pyörivässä sylinterissä, joka on päällystetty paperilla; jokainen kynän liike ilmaisee 50 metrin juostua matkaa.

Kuva 3

Sähkökytkimen mekanismi on hyvin yksinkertainen: tanko sijaitsee kohtisuorassa kupariputkeen, joka kääntyy pystysuoran akselin ympäri. Tämä putki on leikattu vinosti yläosastaan, jolla lepää pystysuoraan liikkuva osa, jolla on viisto pinta vastakkaiseen suuntaan edelliseen nähden. Jokainen sivuttaisliike siirtää tankoa, liukuvat viistot pinnat toisiinsa nähden nostaen liikkuvan osan ylös, mikä katkaisee virtapiirin. Tämä katkos tulee liikuttaessa tankoa riippumatta suunnasta, johon ihminen kulkee radalla. Välittömästi ohituksen jälkeen tanko palaa itsestään takaisin. Ja samalla virtapiiri kytkeytyy jälleen. Uusi katkos tulee, kun juoksija kohtaa seuraavan tangon.

Yhden elementin virta kulkee läpi koko lennätinlinjan, ja jos seuraamme linjaa kuvassa 1, näemme alkaen ensimmäisestä lennätintolpasta, että linja kulkee alas kytkimelle, josta taas ylös tolppaa pitkin ja seuraavalle 50 metrin päässä olevalle tolpalle, jossa on samanlainen kytkin. Viimeiseltä tolpalta linja kulkee laboratorioon, kulkee odograafin sähkömagneetin läpi ja palaa paristolle. Niin kauan kuin virta kulkee, sähkömagneetti on kiinnitetty koneistoon, johon on kytketty merkkikynä. Jokaisessa virtakatkoksessa laite vapautuu hetkeksi ja liikuttaa kynää paperilla.

Jotkin selitykset ovat riittäviä auttamaan ymmärtämään odograafin toimintaa. Paperilla peitetty sylinteri pyörii tasaisesti sen päähän kiinnitetyn kellokoneiston ansiosta. Kiertonopeus on sellainen, että paperi kulkee kynän edessä puoli senttimetriä minuutissa.

Toisaalta kynä, jonka kärki lepää sylinterillä, liikkuu aina kun virta katkeaa. Tätä varten kelkka, joka siirtää kynää sylinterin pituussuunnassa, on kytketty ruuvilla kellokoneistoon, joka liikkuu tasaisesti. On selvää, että tämä siirtää kelkkaa ja samalla kynää sylinterin pinnalla. Ruuvissa on kaksi uloketta, jotka sijaitsevat magneetin kuoren alla ja estävät ruuvin liikkeen. Kun virta katkeaa, ruuvi vapautuu ja alkaa pyöriä. Mutta juoksijan ohitus kestää vain hetken, jonka jälkeen ruuvi on kiertänyt puoli kierrosta ja sen toinen uloke on taas magneetin lukitsemana.

Kynä siis etenee jokaisen katkon aikana vain tietyn määrän, joka vastaa ruuvin kierteen puolen kierroksen nousua. Tämä vastaa 1 millimetriä.

Kuva 4

Kävelyn tai juoksun jälkeen paperilla on sinimuotoinen käyrä, jollainen on käyrä a kuvassa 4. Tässä kuvaajassa aika kulkee vaakasuunnassa tai minuutti vastaa ½ senttimetriä. Matka lasketaan pystysuunnassa tai jokaisessa kynän askelluksessa, joka vastaa kävelijän kulkua pylvään editse. Jokainen pykälä esittää kävelijän 50 metrin etenemistä radalla. Siis kuvassa 4 käyrällä a esitetään 1200 metrin matka, joka on tehty 15 minuutissa 35 sekunnissa.

Kun piirretään suora, joka yhdistää käyrän kulmat, saadaan yksinkertainen kuvaaja kävelylle suorina b, c, d & e, joiden kaltevuus kertoo vauhdin.

Kun käyrä nousee jyrkästi, se ilmaisee nopeaa vauhtia. Siis käyrä i, joka nousee nopeimmin, kuvaa lyhyttä kisaa, jossa 1600 metriä on edetty 9 ½ minuutissa. Hitain vauhti on käyrässä c, jossa 750 m on edetty 16 minuutissa.

Kuvassa 4 rajoitetun koon takia on mahdoton nähdä käyrien yksityiskohtia. Onkin mielenkiintoisempaa kerätä mittaustietoa pitkiltä matkoilta, usean tunnin mittaisista suorituksista. Silloin saamme paljon luotettavamman käsityksen askelluksen luonteesta ja havaitsemme innostuksen, joka saa joidenkin miesten kulkemaan vauhdikkaasti ensimmäisen neljännestunnin, ja väsymyksen, joka ennemmin tai myöhemmin, enemmän tai vähemmän havaittavasti hiljentää vauhtia. Jotkut yksilöt kykenevät hämmästyttävään tasaisuuteen, mikä näkyy odograafin täydellisen suorassa linjassa.

Mikä tahansa epäsäännöllisyys vauhdissa näkyy käyrän muutoksissa: käyrää nousee vauhdin kasvaessa ja laskee hidastuessa.

Tällainen käytännön kokeilu järjestettiin Fysiologian Laitoksella tutkimukseen eri vaikutuksista etenemisen nopeuteen: vaikutus taakan kantamisessa, kengän muodon vaikutus, sotilaallisen marssitorven rytmin vaikutus jne. Tutkimukset jatkuvat eivätkä pääty aivan pian, mutta jo tähänastiset tulokset ovat mielenkiintoisia.

Voimme sanoa, että kengän muoto vaikuttaa nopeuteen. Jotta selvitettäisiin paras kävelyyn sopiva saappaan muoto, olemme tehneet saappaat, joissa voidaan koota ½ senttimetriä paksuja levyjä kerroksittain kantaosaan. Meillä on saappaita, joiden kanta vaihtelee ½ senttimetrin ja 6 senttimetrin välillä. Tehdyissä testeissä on aina havaittu vauhdin kasvaminen kannan korkeuden laskiessa. Tämä on ollut seurausta askelpituuden kasvamisesta.

Kun verrataan lyhyitä, keskipitkiä ja pitkiä kengänpohjia, havaitsemme, että askel on pidempi ja vauhti paljon nopeampi, kun kengänpohjan pituus ylittää selvästi jalkaterän pituuden. Tietyn rajan yläpuolella, mikä on selvitetty tarkkojen ja toistettujen tulosten perusteella, kengänpohjan pidentäminen johtaa huomattavaan väsymykseen ja siten kävelyn heikentymiseen.

Rummun ja torven rytmi määrää sotilaan liikkeen tahdin, ja kun halutaan kiihdyttää vauhtia, lisätään tahtia eli askelten määrä tietyssä ajassa on suurempi. Mutta tarkoittaako se, että vauhti kasvaa samassa suhteessa? Voidaan nähdä, että ongelma on hyvin monimutkainen ja että rytmin kasvattaminen lisää vauhtia tiettyyn rajaan asti, joka vastaa 80 askelparia minuutissa. Tämän yläpuolella tahdin lisääminen hidastaa vauhtia.

Rytmin vaikutuksen arvioimiseksi on tarpeen ylläkuvattu menetelmä, johon lisätään laite, joka mittaa tarkasti askelten lukumäärän minuutissa. Heiluri kuvan 1 vasemmassa yläkulmassa aktivoi äänitorven, joka on sijoitettu radan keskelle. Kävelijän ei ole mitenkään mahdotonta sovittaa askellustaan äänen mukaan, joten jo muutaman askeleen jälkeen askellus vastaa täsmälleen heilurin liikettä. Heilurin tangossa on liuku, jolla voidaan säätää heilurin heilahdusaikaa.

Kun aloitetaan pienellä rytmillä, 40 askelparia minuutissa, ja sitten lisätään nopeampaa ja nopeampaa vauhtia, niin voidaan edetä jopa kilometrejä rytmi säilyttäen.

Kaksi tunnettua saksalaista fysiologia, Weberin veljekset, myöntävät, että askeleista tulee pidempiä ja pidempiä, kun vauhti kasvaa. Mutta tämä kaava on liian yleinen, kuten voimme nähdä, sillä nopeampi eteneminen lisäämällä askeltiheyttä ei pidennä askelta, vaan itse asiassa lyhentää sitä.

Mutta on todettava, että askelpituutta on tarkasteltu näissä tutkimuksissa. Tämä askelpituus voidaan johtaa heilurin edestakaisista liikkeistä, joita tulee tietty määrä kierrosta kohti radalla, jonka pituus tunnetaan. Kokemus on osoittanut, että tasainen tahdin kasvattaminen antaa seuraavassa taulukossa esitetyt arvot:

Aika(1542m) Askelparit Askelpituus
20’30” 60 1m35
18’40” 65 1m37
16’27” 70 1m45
14’38” 75 1m51
13’52” 80 1m50
13’03” 85 1m49
14’01” 90 1m32

Siis askeltiheyden kasvattaminen 60 askelparista 80 askelpariin minuutissa kasvattaa askelpituutta, mutta jälkimmäinen kuva näyttää päinvastaista, se pienentää askelpituutta.

Kuva 5

On hyödyllistä korvata yllä oleva numeerinen taulukko graafisella kuvaajalla, jossa vauhdin ja askelpituuden muutokset näkyvät askelrytmin funktiona. Tämä on esitetty kuvassa 5, joka on paljon selvempi kuin 3 saraketta taulukossa, josta se on johdettu. Fysikaalinen syy tälle askeleen lyhentymiselle nopeassa rytmissä voitaisiin selittää, mutta tämä laajentaisi jo nyt liian kattavaa artikkelia. Tällä esityksellä oli vain tarkoitus kuvata, kuinka tarkat fysiologiset menetelmät voivat tuoda parannuksia useilla eri inhimillisen elämän alueilla.

La Nature 1885