跑道上有學問

孫世杰

各項體育運動都是遵循一定的法則進行的，而且它們也有各自的動作要求，這些法則和要求又都包含著許多科學原理，并嚴格遵守自然界的有關規律。了解這些，對青少年體育愛好者尊重科學，發展思維，提高運動成績，鍛煉成才，都是十分有益的。

2012年6月3日，國際田聯鉆石聯賽尤金站110米欄，劉翔以12秒87的成績奪冠。不過由于比賽時風速達到2.4米/秒，這個成績并沒有被承認為平世界紀錄和破賽會紀錄，但仍是超風速下的世界最好成績。

這是怎么回事呢？原來風向、風速對許多田徑運動項目都有較大影響，尤其是對短跑、跨欄等徑賽項目影響很大。空氣阻力在人跑步時總是存在，并且跑的速度越快阻力就越大。但是，當順風時，風速越快阻力就越小。因此，運動員在順風中跑，不僅身后加了風力的幫助，而且身前又減少了空氣的阻力，這一加一減對運動員的幫助甚大，可使運動成績提高較多。反之，成績就會明顯地降低。

據研究，如果在靜風中運動員用10秒跑完100米，在2米/秒順風情況下只需9.84秒即可跑完，可逆風2米/秒時則需10.16秒。兩者相差0.32秒，而人類100米成績提高0.32秒需要好幾十年的時間。

所以，田徑比賽規則上規定：距離200米和200米以下的徑賽以及跳遠、三級跳遠等項目，凡順風時平均風速超過2米/秒者，所創紀錄不予承認。

有位叫奧廉斯的短跑名將在一次國內比賽中獲得百米冠軍，但成績提高不快。這是什么原因呢？后來教練發現他的主要毛病是雙臂擺動成“八”字形，一直難以糾正。一天，教練嚴肅地要他與自己的兒子比賽百米短跑。比賽在跑道上分三次進行，第一次要奧廉斯的雙臂屈起抬平后，采用同時前擺、后擺的姿勢；第二次要他采用屈臂同向左右橫擺的姿勢；第三次要他采用直臂前后擺動的姿勢。而要求他的兒子用正確的擺臂姿勢賽跑。三次比賽，結果奧廉斯三次敗北。發現問題后，奧廉斯從此糾正擺臂姿勢，他的短跑成績于是突飛猛進，在國際比賽中經常名列前茅。

大家知道，跑的動作主要是靠腿來完成的，即抬腿前擺、落地支撐、迅速后蹬和騰空跨步。但是，人體是個整體，腿的四個動作過程都是為了推動整個人體的運動。因此，兩臂必須配合兩腿動作協調地擺動，維持身體平衡，確保運動員用全部力量推動身體重心向前迅速移動。

物理學告訴我們，有規則形狀的均勻物體，它的重心位置就在其幾何中心上；可以用實驗方法與計算方法來確定；重心位置將隨物體形狀的改變而改變，它可以在物體的體內，也可以在物體的體外。

人體在外形上可以做出千姿百態，因此，人體活動時的重心位置是不固定的。運動員要跑得快，就必須使身體重心在跑進過程中沿一定的直線或弧線迅速運動。這樣，就需要兩腿的跨步動作來推進重心運動，以及用雙臂擺動來協調配合。奧廉斯采用第一種雙臂同時前擺、后擺的方式，使人體的重心一會兒向前進，一會兒向后移，不僅影響了身體的平衡和重心的前進速度，而且還使腿的后蹬動作紊亂，直接減弱了腿部后蹬的力量；采用第二種雙臂同向左右橫擺的方式，也會在跑進過程中使人體重心左右晃動著前進，妨礙跑進的速度。奧廉斯用第三種雙臂直擺的姿勢，這對于重心運動的影響是不大的。實際上人們快步行走時雙臂是自然伸直的。但是，當他急跑時雙腿的跨步頻率較高，直臂擺動的頻率會跟不上急跑著的雙腿的跨步頻率。這樣，雙臂擺動不僅不能對加快腿的跨步頻率起促進作用，反而會起干擾和阻礙作用。另外，直臂激烈擺動是很費力的，將直接消耗他的體力，所以奧廉斯第三次也敗北了。

威爾遜與湯姆都是本國最出色的田徑運動員，可是，有一次在地區性的運動會上，兩人在拿手的400米競賽中都名落孫山。他們在總結失敗原因時互相埋怨。威爾遜認為，跑里圈彎小，容易發揮速度，幾個彎一拐就可以把外圈的人甩下一大段了，因此認為這次湯姆失利是不應該的。而湯姆卻認為，跑外圈彎大，容易跑出水平，并且有一定的“前伸數”，起跑時就遙遙領先，可以“先人一步，穩操勝券”，因此認為這次比賽中威爾遜敗陣是沒有理由的。

兩人爭執了好一陣子，最后教練幫他們進行了兩方面的分析和解釋。

先看所跑路程問題。徑賽中各個項目只有在相同的距離條件下，才能測量時間，比賽跑速，分出名次。200米以上的分道跑的長度同樣需要相等，由于各道的彎道半徑不同，才在各道出現了不同的“前伸數”。外圈彎道的弧線最長，因此，它的“前伸數”也最大；并且，從外向里“前伸數”依次減少。跑道上各道直道部分是等長的，因此各彎道部分的實際長度也必然是等長的。從這點看來，跑里圈的人并不吃虧，跑外圈的人也不能“先人一步”。湯姆的觀點是沒有根據的。

再看彎道跑的要求。運動員在彎道上跑進可以看作是勻速圓周運動。物理學告訴我們，作勻速圓周運動的物體必須受到向心力的作用。同一物體的運動速度越大，所需的向心力也越大；在相同速度情況下，所需的向心力的大小與圓周運動的半徑成反比，即半徑越大，物體所需的向心力就小。運動員跑彎道的里、外圈時，由于彎道里外圈的半徑不同，則所需的向心力的大小是不相同的。他們都是通過跑進時讓身體適當傾斜來獲得所需要的向心力，這就要求運動員在跑里圈時比跑外圈更要適當傾斜一些，以便獲得較外圈大一些的向心力。然而，由于里圈與最外圈的半徑相差不是很大，因此，同樣速度跑進時，所需的向心力也是相差不大的，對于一般運動員來說，都可以通過自身傾斜后輕松地獲得。對于技術熟練的田徑運動員來說，跑里圈和跑外圈都不會影響他們跑進的速度，所以威爾遜的觀點是一種錯覺。

（編輯 孫世奇）