從生物力學的角度分析百米跑成績的影響因素①

王東博

(湖北師范學院 湖北黃石 435002)

短跑是速度力量性項目,它的供能方式是無氧化供能,短跑不光要有速度,還要有很強的力量素質,另外靈敏性和協調性都要好。除了身體素質,還要掌握正確的跑步技術,并不斷改革創新。因此,今天從運動生物力學的角度研究短跑的內在規律,研究百米跑的技術,對百米跑運動員具有指導意義。

1 百米跑技術分析的重要性

2008 年北京奧運會上,牙買加運動員博爾特打破百米世界紀錄,以9秒69的成績跑完百米。通過視頻我們可以看到,博爾特在最后快要沖刺的時候步伐放慢,科學家預測若博爾特保持原速度成績則9秒61,若最后還能沖刺成績能取得9秒55。奧運會百米成績從1912年的美國運動員利平科特的10秒6到2008年博爾特的9秒69,經歷了大約100年的時間,但百米跑的成績卻僅僅提高了1秒。圖桑特說,到2027年,一半運動項目的紀錄將到達人體極限,到2060年,百米賽跑的紀錄將跨入以千分之一秒作為尺度的時代,馬拉松速度將以減少百分之一秒為目標,而舉重比賽的增重也精確到“克”了。即便如此,每次微小的紀錄突破也可能要間隔50年的時間。怎么提高百米跑成績,成為體育研究者的重中之重。

2 百米跑技術分析的生物力學理論基礎

2.1 轉動慣量

衡量物體(人體)轉動慣性大小的物理量。設物體(人體)轉動部分由n個微小質量△mi構成,微小質量距轉軸的距離分別為xi。則轉動慣量的定義式為:I=△mi×xi2。

影響轉動慣量的因素:質量、轉軸半徑。質量越小、半徑越小,物體的轉動慣量就越小,物體越容易轉動。

2.2 轉動定律

剛體繞定軸轉動時,轉動慣量與角加速度的乘積等于作用于剛體的合外力矩要加大肢體擺動的角加速度,可以從兩個方面考慮問題,一是減小擺動肢體的轉動慣量;二是增大肌力矩。

2.3 動量矩守恒定律

人體在做相向動作時,通過人體內力作用使身體一部分轉動時,則必引起身體另一部分沿反向轉動,并且兩部分的動量矩大小相等、方向相反,以保持人體動量矩矢量和為零。

2.4 慣性力

慣性力的量值為質量與非慣性系加速度的乘積,慣性力的方向與非慣性系的加速度方向相反。

3 從運動生物力學角度分析百米跑

百米跑是全身性運動,牽涉到全身的各個部位,一般分為折疊前擺、下壓準備著地、著地緩沖和后蹬四個階段。在百米跑中,支撐階段是整個過程中很小的一部分。推進階段蹬地腿的腳接觸地面瞬間,蹬地的反作用力必須及時產生作用,才能起到作用。因此,在跑步時,蹬地腿的髖關節、膝關節和踝關節的伸肌和腳趾屈肌需要迅速有力的收縮。

3.1 跑步的時候大小腿要充分折疊

從生物力學角度來講,轉軸半徑越小,物體越容易轉動,運動員跑步的時候,大小腿折疊的越充分,轉軸半徑就越小,腿擺動的就越快,跑步的頻率就越快,比賽成績就越容易提高。正確的擺腿動作,在擺動腿向前擺動時,大小腿要折疊。優秀短跑運動員的擺動腿腳跟往往可觸及臀部。

3.2 增加肌肉力量

從轉動定律來看,要想加大肢體擺動的角加速度,可以從增大肌力矩方面考慮,要加強運動員腿部力量訓練。

3.3 肌肉力量訓練要均衡

從動量矩守恒定律來講,肌肉力量訓練要均衡,上下肢訓練要協調,在建國初期,我國的田徑教練員比較著重訓練運動員的下肢,覺得跑步只與腿部的力量有關,忽略了上肢的訓練,造成運動成績提高不上去。百米跑運動員一般下肢力量相對強,都忽略了上肢肌肉群的力量,如肱肌、肱二頭肌等,也忽視了腰腹背肌的力量,就形成了不均衡發展肌肉力量。

3.4 跑步的時候小腿要“扒地”

小腿的“扒地”動作可使腳在著地瞬間獲得較大的運動速度,有助于形成較短的著地距離,可減小著地時地面的碰撞阻力。在百米跑中,有力的后蹬結束后,即進入了擺腿。在擺腿動作中,要求動作幅度大,速度快而有力。加大擺腿的力量和幅度,可以增大步長。因此短跑后蹬技術中,非常注意髖部前移和骨盆沿身體縱軸的轉動。骨盆是擺動腿的支點,骨盆轉動方向和擺動腿的一致,所以骨盆的前移與轉動帶動了擺動腿的積極前擺,增加了擺腿的力量和幅度。

由于擺動腿的積極向上方擺,這時它所產生的慣性力是指向后下方的,通過骨盆把這個向后下方的慣性力傳遞到另一支撐腿,從而加大它的后蹬力量。

4 運動裝備

很多優秀運動員的服裝都是專門定制的,運動鞋對百米跑來說起著至關重要的作用。根據測試,跑步鞋的重量每增加100g,運動員的身體能量的消耗將增到1%,1991年東京田徑世界錦標賽上,美國劉易斯打破100m世界紀錄時,他跑步用的鞋子只重115g;加拿大運動員貝利的跑步運動鞋被形容為“帶釘的襪子”。2000年在,悉尼奧運會上,“田壇阿甘”邁克爾·約翰遜的“金縷鞋”重只有116g,瑪麗安·瓊斯的“水晶鞋”只重99g。

經常看百米跑比賽的人都會發現:在百米比賽中,所有運動員的后跟都差不多觸及到了臀部,小腿折疊,能達到以髖關節為軸的半徑,從而減小轉動慣量增加轉動的角速度。而雙腳處在小腿繞膝關節和髖關節旋轉半徑的最遠端,因此鞋子重量些微的減輕,都會帶來腿部轉動慣量明顯的減小。這對于以每秒20m速度交替劃著弧線的雙腳無疑是莫大的“減負”。

5 如何提高百米跑的效率

百米跑是重要的爆發力項目,取決于人體有力快速的兩腿交替帶動身體前進的能力。一般,男性在20歲左右,女性在18歲左右達到高峰,高于這個年齡,運動員跑步速度就很難提高。百米跑時,身體各個環節的運動幅度最大,特別是肩關節、髖關節和擺動腿的幅度。腿部肌肉的功率能力,能否產生更大的推進力。身體各個環節能否協調配合,對百米跑的速度起著很重要的作用。

為了提高跑步功率,膝與腳趾在跑時應向前;腳落地時,身體重力作用線應在步跡的腳跟之內;整個身體在快跑時應向前傾斜約15度,速度減小,傾斜減小。若傾斜太大,則蹬地力的水平分力太大,對跑步利,傾斜太小,蹬地力的垂直分力太大,從側面看,跑步者的頭會忽上忽下,這是不正確的用力結果;手臂擺動應靠近身體,向前擺超過胸部,手臂的擺動應繞肩關節進行,肘關節只能有稍微的運動,以增加擺動效果;軀干和髖關節的轉動應恰當,以便擴大步長。

6 結語

百米跑成績提高牽涉的提到很多方面,身體素質的提高,技能的提高,運動鞋的技術改進等。其中要加強肌肉力量訓練,增強肌肉力量,訓練和營養相結合。跑步的時候小腿要積極扒地,大小腿充分折疊。只有做到身體素質提高,技術精準,運動設備先進,才能提高百米成績。另外,體育的最終目的是以人為本,促進全人類的健康。在挖掘人類極限、提高成績的同時,我們不要以犧牲身體健康為代價,要始終做到以人為本。

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