Кіріспе

Ауаға өзін-өзі итеру арқылы қозғалатын организмдердің немесе механикалық жүйелердің қозғалыс түрі – секірудің физикалық әрекеті. Секіру – тірі организмдердің немесе тірі емес (мысалы, роботтық) механикалық жүйелердің баллистикалық траектория бойынша ауа арқылы өзін-өзі итеруімен жүзеге асырылатын қозғалыс немесе локомоция түрі. Секіруді жүгіру, шабуылдау және дененің уақытша ауада қалуын қамтамасыз ететін басқа да қозғалыстардан ерекшелейтін негізгі белгілері – ұшу фазасының салыстырмалы ұзақтығы және бастапқы итерудің жоғары бұрышы. Кейбір жануарлар, мысалы кенгурулер, секіруді (көбінесе осы жағдайда домалап секіру деп аталады) негізгі қозғалыс түрі ретінде пайдаланады, ал бақалар сияқты басқалары оны тек қана жыртқыштардан қашу үшін қолданады. Секіру сонымен қатар, қашықтыққа секіру, биіктікке секіру және конкур сияқты түрлі іс-шаралар мен спорт түрлерінің маңызды бөлігі болып табылады.

Физика

Барлық секірулер субстратқа күш қолдануды қамтиды, бұл өз кезегінде секірушіні субстраттан алыстататын реактивті күшті тудырады. Кез келген қатты немесе сұйық зат қарсы күшті тудыра алады және субстрат ретінде қызмет ете алады, мысалы, жер немесе су. Соңғысының мысалдары дельфиндердің судан секіріп, қашықтауға жасаған секірістері және үнділік су шашқыш бақалардың судан тік секірулері. Секіруші организмдер көбінесе маңызды аэродинамикалық күштерге ұшырамайды, сондықтан олардың секірулері баллистикалық траекторияның негізгі физикалық заңдарымен басқарылады. Осылайша, құс ұшуды бастау үшін ауаға секірсе де, ол ұшқаннан кейін жасайтын қозғалыс секіру болып есептелмейді, өйткені бастапқы секіру жағдайлары оның ұшу жолын анықтамайды. Ұшыру сәтінен бастап (яғни, субстраттан алғашқы байланыстың үзілуінен кейін) секіруші параболалық траекторияны өтеді. Ұшыру бұрышы мен бастапқы ұшыру жылдамдығы секірудің қашықтығын, ұзақтығын және биіктігін анықтайды. Жолақтың ең үлкен көлденең қашықтығы 45° бұрышпен ұшуда мүмкін болады, бірақ 35° мен 55° аралығындағы кез келген бұрыш ең үлкен қашықтықтың 90% құрайды. Дегенмен, адам үшін көлденең қашықтықты барынша арттыратын секіру бұрышы шамамен 23-26° төмендеу болады (қараңыз: төмендегі тік секіру механикасы). Бұлшық еттер (немесе тірі емес жүйелердегі басқа да итергіш құрылғылар) физикалық жұмыс жасайды, секірудің итергіш фазасында секірушінің денесіне кинетикалық энергия қосады. Бұл ұшыру кезінде кинетикалық энергияның секірушінің жылдамдығының квадратына пропорционалды болуын қамтамасыз етеді. Бұлшық еттер неғұрлым көп жұмыс істесе, ұшыру жылдамдығы соғұрлым жоғары болады, демек үдеу артады және секірудің итергіш фазасының уақыт аралығы қысқарады. Механикалық қуат (уақыт бірлігіне жұмыс) және осы қуат қолданылатын қашықтық (мысалы, аяқ ұзындығы) секіру қашықтығы мен биіктігін анықтайтын маңызды факторлар болып табылады. Сондықтан көптеген секіруші жануарлардың ұзын аяқтары мен бұлшық еттері күш-жылдамдық қатынасына сәйкес максималды қуатты ұсыну үшін оңтайландырылған. Алайда бұлшық еттердің максималды қуаты шектеулі. Бұл шектеуді жеңу үшін көптеген секіруші түрлер жұмысты кернеу энергиясы ретінде сақтау үшін жоғары серпімді элементтерді, мысалы, сіңірлерді немесе аподемаларды, баяу созады. Мұндай серпімді элементтер энергияны баламалы бұлшық ет массасына қарағанда әлдеқайда жоғары жылдамдықпен (жоғары қуат) босата алады, осылайша ұшыру энергиясын бұлшық еттердің өзіне ғана мүмкін болатын деңгейден асырады. Секіруді бастаған кезде секіруші тұрған жерде немесе қозғалып тұрған болуы мүмкін. Тұрған жердегі секіруде (яғни, тік секіруде) денені үдету үшін қажетті барлық жұмыс бір қозғалыста жасалады. Жылжымалы секіруде немесе жүгіріп секіруде секіруші мүмкіндігінше көлденең импульсті сақтай отырып, ұшып шыққан кезде қосымша тік жылдамдықты қосады. Тұрған жердегі секірулерден айырмашылығы, онда секірушінің кинетикалық энергиясы тек секіру қозғалысына байланысты, жылжымалы секірулерде секірудің алдындағы көлденең жылдамдықтан туындайтын жоғары энергия болады. Осының салдарынан, жүгіріп бастағанда секірушілер ұзақ қашықтыққа секіре алады.

Анатомия

Жануарлар секіру үшін анатомиялық бейімделулердің кең ауқымын пайдаланады. Бұл бейімделулердің барлығы ұшырумен ғана байланысты, себебі ұшырылғаннан кейін қашықтықты арттыру немесе секіруді басқару үшін қолданылатын әрбір тәсіл аэродинамикалық күштерді пайдалануы тиіс, демек, мұны жолжу немесе парашютпен түсу деп есептеу керек. Суда тіршілік ететін жануарлар секіруге арналған ерекше бейімделулерді сирек көрсетеді. Жақсы секіретін түрлер көбінесе жылдамдыққа бейімделген және қозғалыс кезінде секіруді жоғары жылдамдықпен су бетіне жүзу арқылы жасайды. Құрлықта да секіре алатын су жануарларының кейбірі, мысалы, батпақ секіргіштері, құйрықтарын серпитіп секіреді.

Ағзалардың морфологиясы

Құрлықтағы жануарларда негізгі итеру құрылымы – аяқтар, бірақ кейбір түрлер құйрықтарын да пайдаланады. Секіруге бейімделген түрлердің ерекше белгілері – ұзын аяқтар, зор аяқ бұлшық еттері және қосымша аяқ-қол элементтері. Ұзын аяқтар секіруші жануардың тіректің бетіне қарсы итеру уақытын және қашықтығын ұлғайтады, осылайша күштірек және жылдам, алыс секіруге мүмкіндік береді. Үлкен аяқ бұлшық еттері күштірек күшті тудырады, нәтижесінде секіру өнімділігі артады. Ұзын аяқ элементтерінен өзге, көптеген секіруші жануарлардың аяқ және тобуын сүйектері өзгертілген, олар ұзын және қосымша буындарға ие, бұл аяққа көбірек сегменттер қосып, оны ұзын қылады. Бақалар – осы үш тенденцияның барлығына тамаша мысал: бақаның аяқтары дене ұзындығынан екі есеге жуық болуы мүмкін, аяқ бұлшық еттері дене салмағының жиырма пайызына дейін құрауы мүмкін, және олар тек аяқ, тізе және сан сүйектерін ұзартқан ғана емес, тобуын сүйектерін тағы бір буынға дейін созып, сондай-ақ сан сүйектерін ұзартқан және екінші "қосымша буын" үшін сақылдақ бөлігінде қозғалмалылыққа қол жеткізген. Осының нәтижесінде бақалар – омыртқалы жануарлардың арасында даусыз секіру чемпионы болып табылады, олар дене ұзындығының елу еседен астам қашықтыққа, яғни сегіз футтан астам секіреді.

Қорытатын энергия арқылы қуатты күшейтеді

Шарапшықтар секіру қашықтығын арттыру үшін серпімді энергияны жинақтайды. Қуат шығыны секіру қашықтығын анықтайтын маңызды фактор болып табылады (жоғарыда айтылғандай), бірақ физиологиялық шектеулер бұлшық ет қуатын шамамен 375 Ваттқа бір килограмм бұлшық етке дейін шектейді. Бұл шектеуді еңсеру үшін шарапшықтар аяқтарын ішкі "құлыптау механизмі" арқылы бекітеді, ал бұлшық еттері серпімді аподемді созады (омыртқалы жануарлардың сіңірлеріне ұқсас). Құлыптау босатылғанда, аподем энергиясын жылдам босатады. Аподем бұлшық еттерге қарағанда энергияны жылдамдау босататындықтан, оның қуаттылығы энергияны өндірген бұлшық ет қуатын асып түседі. Бұл адамның қолмен жебе лақтыруымен салыстырғанда, садақ қолдануға ұқсас; серпімді энергияны жинақтау (садақ) бұлшық еттердің күш-жылдамдық қисығында изометриялық жағдайға жақын жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Бұл бұлшық еттердің ұзақ уақыт бойы жұмыс істеуіне және осылайша, олардың әдеттегі қуатынан гөрі көбірек энергия өндіруіне мүмкіндік береді, ал серпімді элемент бұл жұмысты бұлшық еттерден гөрі жылдам босатады. Серпімді энергияны жинақтау секіруге қабілетті сүтқоректілерде де, бақаларда да кездеседі, бұл бұлшық ет массасының эквивалентімен салыстырғанда, қуаттың екіден жеті есеге дейін артуына әкеледі.

Ұзындыққа секірудің механикасы

Тұрып секірудің оптималдық бұрышы (адам орындағанда) теориялық түрде ~22.6° деп есептелген, бұл снарядтың оптималдық көтерілу бұрышынан (яғни 45°) айтарлықтай төмен. Бұл, секірушінің дене құрылысының салдарынан, көтерілу бұрышының өсуімен бірге көтерілу жылдамдығының төмендеуіне байланысты. Тәжірибелі спортшылар көтерілу алдында қолдарын күшпен серпітеді және артқа иеді. Осы факторлар паркурмен айналысатындарға жаңа бастағандарға қарағанда тұрып секіруде ұзақ қашықтыққа жете беруге көмектеседі. 18 жастағы ерлерде тұрып секіру қашықтығы 146,2 см мен 219,8 см (10-шыдан 90-шы пайыздыққа дейін), ал 18 жастағы әйелдерде 100 см мен 157 см аралығында болады.

Биіктікті арттыру құрылғылары мен әдістері

Секіру биіктігін трамплинді пайдалану арқылы немесе жартылай құбыр сияқты құрылғының көмегімен көлденең жылдамдықты тік жылдамдыққа түрлендіру арқылы арттыруға болады. Спортшының тік секіру биіктігін ұлғайту үшін түрлі жаттығулар қолданылуы мүмкін. Мұндай жаттығулардың бір түрі – плюометрия – жылдамдық, ептілік және күшті арттыру үшін секіруге қатысты жеке қозғалыстарды қайта-қайта орындауды пайдаланады. Зерттеулер көрсеткендей, физикалық жаттығулармен шұғылданатын балалар секіруде (сондай-ақ, басқа негізгі моторлық дағдыларда) жақсы нәтижелер көрсетеді. Балалардың секіру дамуы олардың жасына тікелей байланысты екені де атап өтіледі. Балалар өскен сайын, олардың барлық түрдегі секіру қабілеттері де артады. Жас кезінде физикалық айырмашылықтар аз болғандықтан, балаларда секіру дамуын анықтау ересектерге қарағанда оңайырақ. Бір жастағы ересектердің дене бітімі мен атлетикалық қабілеттері айтарлықтай өзгеше болуы мүмкін, сондықтан жас секіру қабілетіне қалай әсер ететінін анықтау қиын. 2021 жылы зерттеушілер робот дизайнына тісті механизмдерді енгізіп, вертикальды отыз метрден астам секіре алатын робот жасады.