Rowing biomechanical and physiological evaluation using traditional and Randall foils

• Type: Thesis
• Date: 2025-11-12

Authors

David Ricardo Fortes de Morais Cardoso (Author) FADEUP

Thesis

Rowing biomechanical and physiological evaluation using traditional and Randall foils

Doctorate

Thesis

Scientific classification

FOS: Medical and Health sciences > Health sciences

Other information

Resumo (PT): Historicamente, o desenho das pás de remo evoluiu desde a pá Macon, popular nos anos 1960, até à Big blade, amplamente adotada desde 1991, que aumentou a área de superfície e melhorou a eficiência propulsiva. Nesta Tese, o objetivo foi avaliar e caracterizar os efeitos biomecânicos e fisiológicos dos Randall foils – uma tira de plástico adicionada à extremidade superior das Big Blades – no desempenho em remo. Foram realizados testes máximos em remo amarrado e na água (500 e 1500 m) para avaliar o impacto dos foils na produção de força, gasto energético e desempenho competitivo. Os Randall foils aumentaram os valores de força máxima e força média (479.4 ± 134.7 vs. 423.2 ± 153.0 e 376.5 ± 101.4 vs. 337.1 ± 113.3 N, respetivamente), acompanhados por um consumo de oxigénio superior (47.9 ± 7.5 vs. 45,3 ± 7.3 mL∙kg⁻¹∙min⁻¹) e por concentrações máximas de lactato sanguíneo mais elevadas (7.9 ± 1.5 vs. 6.9 ± 1.7 mmol∙L⁻¹), comparativamente às Big blades, sugerindo maior eficiência mecânica apesar do aumento do custo energético. Observaram-se ainda alterações no tempo médio do ciclo propulsivo (1.79 ± 0.38 vs. 1.52 ± 0.24 s) e na taxa de desenvolvimento de força (8.79 ± 4.75 vs. 12.07 ± 1.47 N/kg.s) com e sem Randall foils, respetivamente. Nos esforços máximos de 500 m na água, os Randall foils provocaram uma redução no tempo de prova (107.59 ± 5.53 vs. 108.96 ± 5.44 s), mantendo-se a cadência estável (39.73 ± 2.56 vs. 39.71 ± 2.24 ciclos∙min⁻¹). Na distância de 1500 m, o tempo de prova diminuiu para os remadores mais proficientes (367.5 vs. 363.4 e 352.4 vs. 339.0 s, for F3 e M5, respetivamente) e também para um remador inexperiente 338.2 vs. 336.0 s (para o M2) com os foils, correspondendo a um aumento da velocidade até ~3,8% com Randall foils. O “catch slip” melhorou consistentemente (~1 grau), sugerindo um bloqueio mais rápido da pá no início da fase propulsiva, enquanto o aumento do “finish wash” revelou maiores exigências técnicas. Os Randall foils podem potenciar o desempenho ao otimizar a eficiência biomecânica sem comprometer o ritmo de prova ou a técnica. As diferenças cardiorrespiratórias foram observadas nos testes em laboratório, mas não nos testes livres em água, enquanto as variáveis de dispêndio energético se mantiveram semelhantes entre metodologias. Os resultados oferecem novas perspetivas para informar práticas de treino e otimização do desempenho no remo de elite. Palavras-chave: remo, Randall foils, performance, biomecânica, fisiologia

Abstract (EN): Historically, rowing blade design has evolved from the flat Macon blade, popular in the 1960s, to the Big Blade, widely adopted since 1991, increasing surface area and improving propulsive efficiency. In this Thesis we aimed to assess and characterize the biomechanical and physiological effects of Randall foils – a strip of plastic added to the Big Blade upper edge – on rowing performance. Tethered efforts and on-water testing (500 and 1500m) were performed to evaluate the foils impact on force production, energy expenditure and race outcomes. The Randall foils increased peak and mean peak forces (479.4 ± 134.7 vs. 423.2 ± 153.0 and 376.5 ± 101.4 vs. 337.1 ± 113.3 N, respectively), accompanied by elevated oxygen uptake (47.9 ± 7.5 vs. 45.3 ± 7.3 mL∙kg-1∙min-1) and peak blood lactate concentration (7.9 ± 1.5 vs. 6.9 ± 1.7 mmol∙L-1) values compared to Big blades, suggesting higher mechanical efficiency despite increased physiological cost. Changes were also observed in propulsive cycle average time (1.79 ± 0.38 vs. 1.52 ± 0.24 s) and rate of force development (8.79 ± 4.75 vs. 12.07 ± 1.47 N/Kg/s) for big blades with and without Randall foils (respectively). During the 500 m on-water maximal bouts, Randall foils led to decrease in race time (107.59 ± 5.53 vs. 108.96 ± 5.44 s), while cycle rate remains similar (39.73 ± 2.56 vs. 39.71 ± 2.24 cycle∙min-1). At the 1500 m distance, race time decreased for the most proficient rowers (367.5 vs. 363.4 and 352.4 vs. 339.0 s, for F3 and M5, respectively) and for one inexperienced with the foils 338.2 vs. 336.0 s for M2) corresponding to velocity increase up to ~3.8% with Randall foils. Catch slip consistently improved (~1 degree), suggesting quicker blade engagement at the beginning of the propulsive phase, while an increased finish wash revealed greater technical demands. The Randall foils can enhance performance by optimizing biomechanical efficiency without detriment to race pace or technique. Cardiorespiratory differences were observed in the laboratory but not in free onwater rowing, while energy-expenditure variables remained similar in all testing methodologies. The outcomes provide new insights to inform coaching practices and future rowing performance optimization.

Language: English