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简明运动生物力学|理解跑步的基本原理

时间:2023-10-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:跑可以分为支撑阶段和腾空阶段。支撑阶段是指单脚着地支撑到该脚支撑离地时为止;腾空阶段是指单脚支撑离地开始到另一只脚着地时为止。步长是研究较多的生物力学参数之一。

简明运动生物力学|理解跑步的基本原理

跑不仅是田径运动中的一个项目,还是许多竞技体育项目的重要组成部分。跑和走的一个显著区别是在一个步态周期中是否出现双脚腾空,有腾空现象出现的是跑,没有腾空现象出现的是走。作为闭式运动技能,跑具有典型的周期性运动特征。在单纯跑的竞技类项目比赛中,最好的体能加上最好的跑动技术,就可以创造出优异的运动成绩。

短跑是全身性运动,要求充分挖掘和发现运动员相关肌群的最大爆发力,并使这些肌群协调配合,用最少的时间完成比赛距离的运动项目。采用运动生物力学原理分析短跑技术,可揭示跑的一般动作规律。为更好地分析短跑技术,把跑的技术分成起跑阶段、途中跑阶段以及冲刺跑阶段3个部分。

根据田径比赛规则,短距离(400 m及以下)跑的起跑姿势必须采用蹲踞式起跑,中长距离(400 m以上)跑的起跑采用站立式。由于短跑项目比赛经常在1/100 s决定胜负,因此起跑技术对运动员全程跑成绩的影响极为显著。

采用蹲踞式起跑姿势有3点优势:①通过减小人体跑进方向的稳定角,促使人体快速寻求跑进方向的最新平衡,而快速向跑进方向提膝放脚;②可以使双下肢动力肌群进行不同程度的预先拉长,使两腿相关肌群提高肌肉弹性势能,从而为收缩时产生更大的力量;③增大蹬地时的水平分力,使起跑时的水平速度分量更大。

1.起跑瞬间的运动生物力学分析

在蹲踞式起跑双手离地瞬间,身体的平衡状态被打破,再加双脚蹬离起跑器又获得巨大的向前水平分力,使人体重心迅速前移,此时,双脚必须快速向前交替移动以获得新的运动方向上的平衡。由于重心投影点一直位于双脚触地点的前面,双腿的蹬力只产生水平推进力,不会产生水平制动力,这样就会产生很大的向前加速度。一般情况下,高水平运动员身体重心至起跑线的水平距离较短,双肩垂直投影点位于起跑线前,两臂承受的体重较大,获得蹬起跑器水平分力也较大。

在双腿依次蹬伸结束时,膝关节不会完全伸直,膝角一般为150~165°。其原因是当膝关节从165°角伸展到180°角时,影响腾空后屈膝摆动,胫骨关节面向股骨关节面曲率半径大的那部分滑动,使膝关节与髋关节之间的距离缩短。

起跑蹬伸过程中的双侧踝关节的活动幅度都较大(34°~38°),小腿三头肌的收缩幅度小,踝关节的活动主要由小腿三头肌肌腱的弹性变形与复原完成,要求踝关节的肌腱有非常好的弹性和强度。弹性好可以在缓冲阶段储存更多的能量,强度大在蹬伸阶段可为髋膝关节肌肉的蹬伸力的发挥提供很好的支撑。在起跑蹬伸过程中髋关节参与工作较少,只有进入途中跑时,髋关节才在扒蹬阶段开始时进行伸展。

2.途中跑技术运动生物力学分析

途中跑在短跑中占的比例最大,是跑步项目中影响成绩的关键环节。途中跑的自身节奏是维持较快较高的速度的前提,影响自身节奏快慢的因素有步频、步长及其组合等。正确的途中跑姿势可以节省跑步时间。步长和步频是影响跑步速度的两个要素,空气阻力也会对跑步速度造成一定影响。(www.xing528.com)

跑可以分为支撑阶段(也称扒蹬阶段)和腾空阶段。支撑阶段是指单脚着地支撑到该脚支撑离地时为止;腾空阶段是指单脚支撑离地开始到另一只脚着地时为止。从跑的技术原理可知,较小的着地距离可增大蹬地角度,减小阻力,有利于发挥跑步的速度,但着地距离小,会在一定程度上影响步幅长度,因此要合理搭配步长和步频。

步长是研究较多的生物力学参数之一。步长(也称“单步”步长)是左、右脚的着地点在运动方向上的水平距离,是着地距离与腾空距离之和。下肢长度是决定步长的因素之一。

步频是指单位时间内完成的步数。增加步频主要靠支撑阶段的动作来实现。世界上优秀运动员的支撑时间较长,支撑阶段所用的时间也较长,所占支撑时间的百分比也较大。

步长和步频一般随跑速的增大而提高,但并不是呈线性关系。可以看出,当跑速初始增大时,步长增加比步频大,当达到非常高的速度时(约9 m/s),步长不再增长,并有减小趋势,步频还可加快。研究发现:世界水平的男子短跑运动员步长和步频指数如下:

步长指数:平均步长/身高≥1.15  步频指数:身高×步频≥8.1

最大步长/身高≥1.24  身高×腿长≥4.34

平均步长/腿长≥2.16

最大步长/腿长≥2.24

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