彎道分道跑項目道次編排合理性的分析

席傳浩

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彎道分道跑項目道次編排合理性的分析

席傳浩

彎道分道跑項目道次編排的合理性是保障運動員利益的直接條件，更是“公平公正”奧林匹克精神的直接體現。本文從運動生物力學等多個方面的角度分析，旨在說明田徑規則中彎道分道跑項目道次編排是否合理；通過文獻資料法、數據統計法、理論邏輯分析法等，研究發現：利用向心力公式F= mv2/r進行彎道跑的傳統力學分析是存在一定誤區的；不同道次彎道跑對運動員成績具有一定的影響，但影響較小；中間道次利弊均衡，對運動員成績的影響概率較小，彎道分道跑項目道次編排具有整體合理性。

彎道分道跑；道次編排；合理性

前言

田徑競賽規則規定“田徑分道跑項目，除第一個賽次外，后續賽次分3次抽簽排定道次：選擇排列前四名的運動員或隊，抽簽排定3、4、5、6道；選擇第五、六名的運動員或隊，抽簽排定7、8道；選擇后兩名的運動員或隊，抽簽排定1、2道”[1]。目前，很多學者對徑賽中彎道分道跑的道次編排的合理性產生質疑，“在絕對速度的表現上，偏外的道次有逐漸偏好的趨勢”[2]，“彎道跑時，外道優于里道，從一定程度上來說，現行田徑規則在道次的編排上缺乏合理性[3]”等，他們一致認為，外道優于內道，從物理力學方面看，他們的觀點有根有據，但從生物力學分析，他們的觀點只是管中窺豹，缺乏對運動生物力學和人體跑進過程中多個時相等多方面的綜合分析。因此，從運動生物力學等多個方面解釋彎道分道跑項目道次編排的合理性是極其必要的。

1 彎道跑力學分析存在的誤區

研究彎道分道跑項目編排的合理性，必須從彎道跑的力學分析方面著手進行研究，目前在較多研究彎道跑力學分析的文章中，人體的受力分析都是如圖1所示。當運動員沿著半徑為r的標準半圓式跑道，在彎道跑進的某個非騰空階段的瞬時時相，按照彎道技術要求“整個身體內傾，右肩高于左肩[4]”，因此人體受重力(G)、支撐反作用力(N)和合外力(F，即向心力)，在已知運動員的體重m，跑進速度v和跑道半徑r的條件下，利用公式F=mv2/r，

求出向心力F，然后根據平行四邊形法則，利用tana=F/G，G=mg，得出tana= v2/rg，求出角a，由此求出內傾角β，在速度v一定的情況下，半徑r越小，內傾角就越大，跑動時人體改變身體形態越多，影響跑進速度越嚴重，由此產生的“編排不合理”的觀點是無可厚非的。

但是，看似天衣無縫的推導過程中存在一個致命的誤區：向心力公式F= mv2/r的使用條件是勻速圓周運動，在人體跑進過程中，跑的每一個周期分為后蹬、騰空、著地緩沖三個階段，著地緩沖為減速階段，后蹬為加速階段，騰空為減速階段(空氣阻力)，整個跑動過程不是勻速運動，因此向心力公式不能運用于所有的跑動階段，上述推導過程不成立。

2 彎道分道跑項目編排的依據

2.1 不同道次的彎道跑對成績影響較小

2.1.1 內外道的身體最大內傾角度差距小

雖然向心力公式F=mv2/r不適用于彎道跑進的整個過程計算，但是根據不同階段的瞬時速度能夠確定人體在標準半圓式跑道彎道處跑動時的身體瞬時內傾時所受的向心力F，根據公式tana=v2/rg，就能夠確定運動員跑進過程中最大瞬時速度瞬間，在彎道處某一道次內的身體最大內傾角度。人體在跑進過程中分為后蹬、騰空、著地緩沖三個階段，最大瞬時速度應該出現在加速階段的后蹬階段，假設運動員在半徑r=36.5m，道寬為1.22m的，道數為8條的標準半圓式跑道上跑進，在后蹬階段的最大瞬時速度為v=10m/s，那么此運動員在彎道處不同道次內的身體最大內傾角度如表1所示。通過表1發現，最外側道次身體最大內傾角度與最內側道次身體最大內傾角度只相差2.8°，內外道身體最大內傾角度差距較小，身體跑進時的姿勢變化較小，對成績影響不大。

圖一 彎道跑的力學分析圖

道次12345678內傾角度15.32°14.85°14.40°13.98°13.58°13.21°12.85°12.52°

2.1.2 身體實際內傾角度更小

上述計算的身體最大內傾角度只是理論值，在運動實踐中，身體最大內傾角度要比計算內傾角度還要小。由于現代塑膠跑道的摩擦系數較大，運動員比賽裝備的科技含量提高，其所穿釘鞋的抓地效果很好，運動員彎道內傾著地瞬間受到的摩擦力較大。運動實踐中的向心力F，一部分是由身體內傾(F1=mg tana)提供，另一部分則是由摩擦力f所提供，因此F=F1+f，F=mg tana+f，tana=(F-f)/mg，運動員釘鞋抓地效果越好，f值越大，那么身體實際內傾角度a就越小。所以，在運動實際中，摩擦力f無論大小是存在的，身體實際內傾角度比計算值更小，對比賽成績影響更小。

2.1.3 控制身體內傾耗能較小

運動員在彎道跑進時，身體內傾是技術的要求，以此追求最合理的跑動姿勢，提高成績，相對于直道跑，理論上彎道跑速度要低，一是因為身體內傾姿勢影響了相關肌肉的收縮，從而降低了跑動速度；二是因為在一定時間內保持身體內傾，相對于身體直立跑動肯定要多消耗能量，多余能量的消耗會對比賽的部分或整體造成影響。在運動員在彎道跑動過程中，身體內傾姿勢是需要通過運動員肢體左側肌肉的收縮才能達到，在正常的跑動姿勢下，左側肌肉只有在一端有支點(支撐階段)才達到收縮的效果，所以肢體左側肌肉收縮，達到控制身體內傾，只有在著地緩沖和后蹬階段才能實現。

綜上所述，通過表2中的緩沖、后蹬時間和表3中400米每個階段的步幅大小及400米成績，我們可以計算分道跑項目中需要跑彎道最多的400米全程跑中控制身體內傾的時間和占全程跑的比例。根據所統計的數據，美國運動員400米彎道跑的大約需要85步，中國運動員大約需要90步，美國運動員彎道跑時控制身體內傾所需時間大約為7.14秒，中國運動員大約需要7.02秒；美國運動員彎道跑時控制身體內傾所需時間占400米全程跑總時間的16.25%，中國運動員大約為15.10%。國內外運動員控制身體內傾所需時間較少，并且彎道跑時最外道與最內道身體內傾只有2.8°的差距，所以控制身體內傾耗能較小，不同道次對彎道跑成績影響不大。

表2 中美優秀短跑運動員著地緩沖和后蹬時間表[5][6]

表3 中美優秀短跑運動員400米成績及各分段百米步幅比較表[7]

2.2 比賽環境對成績影響較大

2.2.1 外道跑的利弊分析

外道跑時運動員身體內傾小于內道，是外道跑優于內道跑的唯一有力條件。從上面分析中看。雖然運動員在最內道與最外道跑動時，身體內傾角度僅僅存在2.8°的差距，但再小的內傾角度多少都會影響運動員的跑進速度，只不過小而已，并不是不存在。而對于一些運動員來說，在外道比賽時，看臺觀眾的呼喊和無法方便的觀察后面對手的情況，成為外道跑弊大于利的主要因素。無論是更靠近觀眾看臺，還是無法觀察后面對手的情況，都會對比賽選手心理干擾，前者會打亂運動員的跑動節奏，后者會影響其合理的體能分配，這都是導致成績下降的原因。

2.2.2 內道跑的利弊分析

在內道參加比賽的運動員起跑時處在最后面，最有利于觀察其他對手場上的位置變化，并合理的控制跑進速度與分配體能，這是內道跑的唯一優勢。內道跑的弊端在于：(1)跑動時，運動員身體內傾角度較大，影響跑進速度；(2)內道有跑道內沿凸起，對運動產生心理影響，跑動時會產生一定的心里估計，影響跑動速度，有時會對運動員產生一定的身體傷害；(3)無論是長跑比賽或是訓練時的熱身活動，大部分運動員都會選擇內道，內道跑道磨損較嚴重，摩擦降低，影響跑動時的扒地效果，從而影響比賽成績。

2.2.3 中間道次最佳

中間道次不存在內外道的極端利弊情況，綜合分析為利弊均衡，對運動員成績影響的概率最小，另外按照人類的常規思維，最好的都是放在中間，突顯其王者風范。當然，在一些比賽中，我們也會看到最外道或最內道運動員奪冠的情況，也許內外道的弊端對其影響更小，更習慣于內外道的比賽，也許運動員實力懸殊過大。總之，這種“另類”的情況只是少數。

3 研究結論

1.利用向心力公式F= mv2/r進行彎道跑的力學分析是存在一定誤區的，此公式只適合勻速圓周運動，不適用具有后蹬、騰空、著地緩沖三個階段的變速運動，因此以此所推導的理論觀點不成立。

2.不同道次彎道跑對運動員成績具有一定的影響，但影響較小：內外道的最大內傾角度差距較小，只有大約2.8°；由于摩擦力f的存在，彎道跑的運動實踐中身體內傾角度小于理論值；后蹬與著地緩沖時間總和占全程跑時間比例較少，運動員控制身體內傾時間較短，耗能較少。

3.內外道存在不可控的較極端利弊條件，其中對運動員的心理、體能分配等影響的不利條件大于其有利條件，從而降低運動員的跑進速度，影響比賽成績。綜合分析，中間道次利弊均衡，對運動員成績的影響概率較小，優于內外道的比賽環境。因此，田徑裁判規則中的編排規定具有整體的合理性。

[1] [1]中國田徑協會.田徑競賽規則(2010—2011版)[M].北京：人民體育出版社，2010:185.

[2] 吳濤.田徑比賽中分道跑項目不同道次運動成績相關分析——以R=36.5米的標準半圓式田徑場彎道為例[J].襄樊學院學報，2008，29(8)：65.

[3] 范玉興.關于徑賽分道跑項目道次編排的探究[J].科技信息，2008，(19)：302,331.

[4] 李鴻江.田徑(第3版)[M].北京：高等教育出版社，2014：136.

[5] 駱建等.再論短跑途中跑著地緩沖技術[J].成都體育學院學報，1997，23(4)：27-31.

[6] 駱建.試論100米途中跑后蹬階段技術[J].體育科學，1997，17(6)：52-55.

[7] 張梅，韓東.影響我國男子400米運動成績的因素及訓練手段的研究與分析[J].運動，2011，(29)：28-30.

Analysis on Reasonableness of Track - arrangement in Track

Xi Chuanhao

The reasonableness of the lane arrangement is the direct condition for safeguarding the interests of the athletes and the direct embodiment of the Olympic spirit of "fairness and justice". In this paper, from the perspective of sports biomechanics and other aspects of the track and field rules to track the runway lane layout is reasonable; through literature, data statistics, theoretical logic analysis, the study found: there are some misunderstandings in the traditional mechanics analysis of curve running with F = mv2/ r. The result of different corners has some influence on the athlete's performance, but the effect is small; the balance of the middle pass is good, the impact of athletes' probability is small, and the lane arrangement of the lane-dividing lane run has overall rationality.

curve race in lane; tracks arrangement; rationality

席傳浩(1988-)，男，山東濟南人，助教，研究方向：田徑教學與訓練。

西華師范大學體育學院，四川 南充 637002

School of Physical Education, Xihua Normal School, Nanchong 637002, Sichuan, China.

G808

A

1005-0256(2016)012-0061-3

10.19379/j.cnki.issn.1005-0256.2016.012.026