Обеспечение единства измерений в спорте

Метрологическое обеспечение — это применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и точности измерений в физическом воспитании и спорте. Научной основой этого обеспечения является метрология.  

Техническая основа включает в себя:

1) систему государственных эталонов; 

2) систему разработки и выпуска средств измерений; 

3) метрологическую аттестацию и поверку средств и методов измерений; 

4) систему стандартных данных о показателях, подлежащих контролю в процессе подготовки спортсменов.

Метрологическое обеспечение направлено на то, чтобы обеспечить единство и точность измерений. Единство измерений достигается тем, что их результаты должны быть представлены в узаконенных единицах и с известной вероятностью погрешностей.

В настоящее время используется Международная система единиц (СИ). Основные и дополнительные единицы физических величин в СИ уже рассматривались выше (см. п. 2).

В работах основоположников спортивной метрологии В.М.Зациорского, М.А.Годика, В.В.Иванова и других для проведения спортивно-педагогических измерений предлагались основные и производные единицы измерений.

К основным относятся: сила — ньютон (Н); температура — градусы Цельсия (°С), частота — герц (Гц), давление — паскаль (Па), объем — литр, миллилитр (л, мл).

С помощью расчетов из этих основных единиц получают производные. Например, работа, производимая движущимся телом, измеряется как произведение силы на массу (Ньютон×метр — Н×м); мощность — как работа в единицу времени (Н×м/с), скорость — как производная расстояния по времени (м/с) и т.д. 

Достаточно широко используются в практике внесистемные единицы. Например, мощность измеряется в лошадиных силах (л.с.), энергия — в калориях, давление — в миллиметрах ртутного столба и т.д. В последнее время от них постепенно отказываются. Однако в некоторых учебниках по специализации, физиологии, биохимии экспериментальный материал представлен во внесистемных единицах, для перевода их в СИ можно использовать следующие отношения: 

1 Н = 0,102 кг (силы); 

1 Нм = 1 Дж (джоуль) = 0,102 кгм = 0,000239 ккал. 

Один ньютон-метр слишком незначителен по величине, и поэтому работу спортсмена (или энергию, выделяемую при выполнении упражнений) чаще измеряют в килоджоулях: 

1 кДж = 1000 Нм = 0,239 ккал = 102 кгм.

Интенсивность (или мощность) упражнений измеряется в ваттах: 

1 Вт = 1 Дж/с = 1 Н × м/с = 0,102 кгм/с. 

Соответственно 1000 Вт = 1 кВт = 102 кгм/с. 

В практике спорта широкое распространение получил такой показатель, как энерготраты (в ккал) при выполнении упражнений в единицу времени (мин):

1 ккал/мин = 69,767 Вт = 426,85 кгм/мин = 4,186 кДж/мин. 

Используется и такая единица, как МЕТ. Он равен:

1 МЕТ = 0,0175 ккал/кг = 0,0732 кДж/кг. 

Довольно часто, оценивая интенсивность упражнения, отмечают, что оно выполняется при потреблении кислорода на уровне, предположим, 4 л/мин. Необходимо запомнить, что при потреблении 1 л О₂ выделяется 5,05 ккал энергии и совершается работа, равная 21,237 кДж. Следовательно, при выполнении этого упражнения будет затрачиваться 20,2 ккал/мин, что соответствует работе в 84,95 кДж.

 

В своей работе С.В.Начинская предлагает современную модернизированную систему единиц измерения, которая представлена основными и производственными.

Основные единицы измерений в спортивной метрологии: 

длина — метр (м), сантиметр (см), миллиметр (мм); масса — килограмм (кг), грамм (г), миллиграмм (мг); время, период — секунда (с), минута (мин), час (ч); сила электрического тока — ампер (А); температура — Кельвин (К), градус Цельсия (°С).

Производные единицы измерений в спортивной метрологии: сила — ньютон (1 Н = 1 кг × м/с²); скорость — метр в секунду (м/с); объем — литр (л); угол поворота — градус угловой (... °), радиан (рад); темп (частота) — движений в секунду (с^-1); 

ускорение — метр на секунду в квадрате (м/с²); момент инерции — килограмм-метр в квадрате (кг×м²); 

момент силы — ньютон-метр (Н×м); импульс силы — ньютон-секунда (Н×с); мощность — ватт (Вт).

Основные и производные функциональные показатели всех систем организма в спортивной метрологии: 

кинетическая энергия — Дж; потенциальная энергия — Дж; скорость потребления кислорода — мл/мин; 

метаболический эквивалент (МЕТ) — количество кислорода,

потребляемого в 1 мин на 1 кг массы тела; частота сердечных сокращений (ЧСС) — уд./мин; легочная вентиляция (ЛВ) — л/мин; лактат в крови — мг %, ммоль/кг, ммоль/л; анаэробная мощность — ккал/мин;

максимальное потребление кислорода (МПК) — л/мин; мощность работы — ккал/мин; концентрация глюкозы в крови — мг %; максимальная аэробная мощность — % МПК; максимальный кислородный долг — мл/кг; жизненная емкость легких (ЖЕЛ) — л; легочная вентиляция — л/мин; парциальное напряжение О² в артериальной крови — мм рт.ст.; порог анаэробного обмена (ПАНО) — % от МПК;   максимальный сердечный выброс — л/мин; общий объем сердца — см³; относительный объем сердца — см³/кг; скорость потребления кислорода — л/мин; мощность фосфагенной системы — Вт/с; емкость анаэробной системы — кал/кг.

Если рассматривается соотношение абсолютных величин, то показатель становится относительным, например: сердечный выброс спортсмена — А (л/мин), максимальный сердечный выброс — В (л/мин), отношение этих величин представляет собой безразмерную величину k = А/В.

Кроме того, в практике физического воспитания и спорта (ФВиС) широко распространен подсчет каких-либо действий спортсмена: количество элементов защиты и нападения, количество повторений определенных упражнений и т.д.

Представленные выше единицы измерений составляют основу для количественных исследований в ФВиС. Исходные данные, выраженные в этих единицах, используются для практических измерений, которые осуществляются с помощью специальных приборов и устройств — средств измерений.