淺析短跑項目動作內涵與運動學原理

□ 戰春鳴

（大連理工大學 遼寧 鞍山 110043）

2018年6月20日，在法國蒙特勒伊賽上，謝震業以9秒97的成績獲得男子百米冠軍，并刷新了黃種人百米記錄。而就在三天后的凌晨，6月23日國際田聯世界挑戰賽馬德里站，中國選手蘇炳添以9秒91的出色成績獲得男子100米冠軍，不但打破了謝震業在6月20日創造的9秒97的全國紀錄，更是平了由卡塔爾選手費米·奧古諾德保持的亞洲紀錄。9秒91也是到目前為止的今年世界第二好成績（常規風速下：風速每秒順風0.2米的前提下）。田徑項目作為運動之母，而其中短跑項目更成為大眾矚目的焦點，自烏塞恩·博爾特在2008年北京奧運跑出9秒69的世界百米新成績后，所有人都懷疑是否人類能將百米的紀錄再向前推進，然而在僅過一年之后的柏林世界錦標賽中，博爾特再度以9秒58在度將世界紀錄推進至9秒6以內，展現了人類田徑短距離的堅強的實力。百米運動以捉摸不透的方式給人新的期待，其中的運動學知識值得探析與討論。

1、短跑運動項目的動作內涵

對于短跑運動而言，一位優秀的運動需具備很好的身體素質以及運動能力，這其中包括體格、肌力、速度、瞬發力、柔軟性、敏捷性、持久力與協調性等。像在百米比賽中，遠動員需要在短短的幾秒鐘內將多年訓練的能力發揮到極致以爭取好成績，這是技術層面要求相當高的。對于優秀短跑運動員而言，100米跑這樣項目的比賽可能在50步內就可以完成，勝負都只在毫秒之間，因而運動員在訓練中必須不斷反覆訓練同一個動作直到相當精熟，動作的正確性對于運動結果來說非常重要。

跑步是走的延伸,以下肢為主軸產生前進的力量，動作時期區分為著地期和擺動期。著地期是指腳接觸地面至腳趾離開地面所需的時間，此階段都是由地面反作用力驅使身體往前；而擺動期是指腳趾離地的瞬間，直到相同腳再次觸地前所需的時間，完成此一連續動作則稱為步態周期。隨著跑速的增加，著地期會減少，相對地擺動期則會增加。當步態的著地期減少，并不代表跑速就會增加，是因為個體必須有能力在極短暫的時間內產生強大的力量，以獲取更大的地面反作用力，進而提升整體的跑速。因此在跑步的過程中，著地期階段會有制動與推蹬的力量產生，當著地期的著地距離越大，其制動的力量也就越大。優秀運動員單腳的著地時間占單腳一個周期的22.1%，而前擺時間卻占了77.9%，兩者比例為1∶3.5。隨著著地期的時間縮短，腿推蹬的力量越大，速度也越來越高。速度就是步幅和步頻的乘積，因此，步幅越大，步頻不變，速度越快；步幅不變，步頻加快，速度越快。通常認為步幅的重要性比步頻相對要高，一般影響速度的因素大小依次為步幅、步頻、著地時間和身高。步幅對短跑的影響大概是步頻的2.65倍。步頻與著地時間和騰空時間的關系密切，依靠減少兩者時間來提高步頻，則著地時間是騰空時間的1.42倍。

上肢擺臂在跑步過程中并非是主要動力來源，但在跑的過程中，擺臂是不可缺少的一部分。擺臂與跑步和抬腿踏步是相關的，上肢動作的變化直接影響下肢動作。短跑運動員必須在未發育成熟前開始施以得當的擺臂訓練，而其賽跑成績可能因合乎力學原理而效果倍增，短跑的擺臂速度將決定腿的速度，所以頂尖的短跑運動員，必須具備快速且強勁的擺臂能力。短跑運動員進行快速有力的擺臂有助于維持身體平衡，調節腿部動作所引起的不穩，能防止抬腿跨步時身體的前旋動作，平衡了髖關節的回轉力量。正確擺臂動作有助于更好的髖關節轉動和腿部擺動，促進了腿部動作的速度，也增強腿后蹬力量，加大步幅。由此可知擺臂對跑步動作的影響相當高。

2、短跑運動項目的運動學原理

在短跑速度技術的層面上，步幅和步頻是運動員速度的組成，因此不管是提升步幅還是步頻的訓練，都可以有效幫助速度的提升。傳統的田徑短跑訓練中許多教練都著重于把運動員練的”更有力量”，而近年來取而代之的訓練是著重于在跑步過程當中，運動員每一步理想的動作范圍中。對速度而言，步幅和步頻則是構成速度的兩大關鍵因素，也是評價優秀短跑運動員技術是否合理的重要指標。例如在國內很多男性運動員的步幅和步頻發展不平衡，與國外選手比較，步頻能力較國外選手優異，步頻能力是影響我國男選手平均速度的重要指標，但步幅能力的增進，也是不容忽視的一環。步幅為跑步過程中單腳尖著地點到另一支腳尖地點的長度，計錄為一步幾米，步幅的大小又跟運動員的身高及高速期每一步的著地期和飛行期有關，通常著地期是飛行期的1.42倍，因而應該設法提高騰空期在單一步中的比例，以提高人體內能利用率和充分利用人體騰空運動時的慣性。一般亞洲男子百米中的著地期與飛行期運動員的身體中心水平位移的比值為1∶1.52，這與美國運動員的 1∶1.17有較大的差別，顯示出亞洲運動員在步幅的表現明顯低于美國運動員。跑步達到最高速時，其步幅也相對增加到最大，步幅的長度全仰仗膝關節的抬高，膝關節必須自然的向上擺起。步頻為跑步行進中，單腳尖著地至另一腳間著地的時間，通常記錄為每秒幾步(步幅/秒)，在高速跑時應該運用前腳掌積極的著地技術，并且在著地前迅速向前下著地伸展踝關節，以縮短著地時間。若要加快步頻，需要把已抬高的擺動腳迅速的往前下方著地來縮短在空中停留的時間。亞洲男子百米運動員在高速期單步時間平均值為0.207，步頻約為4.84步/秒，而著地期與飛行期時間比為1∶1.454，與美國選手的1∶1.118有明顯的差別。在步幅的參數提升方面，根據生物力學特征對百米現代技術特點的研究中指出，大小腿充分折疊的后擺技術縮短了擺動腿的旋轉半徑，提高擺動速度，同時也帶動了同側髖關節前送，增大兩腿之間的夾角，為增大步幅提供有利條件。

在百米途中跑的動作中跑得越快，恢復角度越小，在后擺折疊階段，大小腿折疊角度小，縮短旋轉半徑，減小腿的轉動慣量，因而獲得一個較大的角速度，加快大腿向前擺動的速度，而快速前擺也同時增加了大腿與垂直面的角度，進而增大步幅，回收期后蹬腿用力蹬離地面后應立即屈膝，小腿盡量靠近大腿，讓大小腿折疊以縮小旋轉半徑，加快前擺速度；前擺期大腿應盡量抬至水平面，以利加大步幅。屈蹬技術可保持較大的肌拉力角和肌拉力矩，而提高大小腿折疊量，縮短前擺半徑進而提高前擺速度。而高抬大腿能加長腿的工作距離，增大步幅，且快速前擺大腿能對人體產生向前上方的拉力，減少制動，使身體快速前移，縮短著地時間，同時帶動同側髖關節前移并增大步幅。著地期分為前著地期與后著地期，在前著地期為腳掌接觸地面后至身體重心正下方的期間，較好的選手在教著地后會持續以髖關節力量加速，在這期間選手應該強調后抓，協同腿后肌及臀肌持續加速；后著地期是腳掌由身體中心正下方開始直至離開地面的期間，大部分選手只展現了30%的推蹬力量，這段期間因腳接觸地面而身體重心速度減少，選手應該持續強調推蹬讓身體重心速度在腳掌離地前恢復。男子百米運動員在推蹬時的膝關節伸展的較度平均為156±5.9度；其推蹬角度平均為59±5.9度；著地腳為92±3.8度。回收腿期即為夾腿，又稱為恢復期，在此階段開始由后往前加速，選手必須在大腿由后至前抬的活動范圍以最短的時間快速夾腿。為了能快速夾腿，當腳離開地面瞬間，應以最快的速度彎曲膝關節并將腳后跟提起至臀部，這可以幫助運動員加快擺腿速度。

跑步中重視擺動技術，以快速擺動促進快速后蹬，可有效提高跑步的經濟效應。百米速度越快，恢復期的膝關節角度越小，前擺時兩位選手并沒有過分的提高大腿，而是自然前擺。依據杠桿原理，大小腿折疊角度的大小，直接影響前擺時阻力臂的大小，折疊角度越小前擺阻力臂越小，擺動的旋轉半徑越小，前擺角速度越大，而加快了大腿帶動小腿前擺速度。剩余期的關鍵為維持身體的位置、腳尖上翹、大腿前踢、腳后跟前移；回收腿期關鍵為維持身體的位置腳尖上翹、大腿前踢、腳后跟上提、在另一只腿著地前使回收腿的膝蓋以腳踝越過并超過另一只腿膝蓋。轉換期是回收腿后大腿開始減速至另一只腿離開地面的期間，如轉換期能有效的完成，在大腿減速后將會把向上的力量轉換至身體，減輕身體的重量，以達到更大的步幅。

軀干位置可說是短跑動作學中最重要的一環，而身體位置包括核心肌群穩定、姿勢回位及控制軀干直線，核心肌群的穩定包括了姿勢回位及控制。第一對速度的影響為身體重心將會前移以致運動員在跑動的同時軀干縱切軸會產生向前轉的力矩。運動員將會用兩種方式補償往前的力矩以防跌倒，一為跑者必須施于更多向下的力量以補償以防過于向前以防跌倒，如此一來施于向下的力量就會多于向前的力量以致跑者失去向前性；二為如果軀干過于前傾，跑者的著地腳會落在身體重心之前以補償力矩，如此一來運動員便會遺失些許力量將著地腿推至重心下方才開始推向前。第二影響為產生軀干偏離重心軸的扭轉。如此一來下一步必須向前跨大以補償左肩向后的力量，往前跨大步后腳將落至髖關節前方，這時腳的著地力量如果過于大就會產生剎車，過于小就會流失力量。第三影響在擺蕩期的最后，髖關節會產生向后的彎曲的力量。

3、小結

本研究通過對短跑項目動作內涵與運動學原理分析軟，期待對動作有更深層的了解，以為運動員和教練或選手在訓練或者比賽中為技術實踐運用上提供參考與借鑒價值。