从生物力学的角度分析百米跑成绩的影响因素①

王东博

(湖北师范学院 湖北黄石 435002)

短跑是速度力量性项目,它的供能方式是无氧化供能,短跑不光要有速度,还要有很强的力量素质,另外灵敏性和协调性都要好。除了身体素质,还要掌握正确的跑步技术,并不断改革创新。因此,今天从运动生物力学的角度研究短跑的内在规律,研究百米跑的技术,对百米跑运动员具有指导意义。

1 百米跑技术分析的重要性

2008 年北京奥运会上,牙买加运动员博尔特打破百米世界纪录,以9秒69的成绩跑完百米。通过视频我们可以看到,博尔特在最后快要冲刺的时候步伐放慢,科学家预测若博尔特保持原速度成绩则9秒61,若最后还能冲刺成绩能取得9秒55。奥运会百米成绩从1912年的美国运动员利平科特的10秒6到2008年博尔特的9秒69,经历了大约100年的时间,但百米跑的成绩却仅仅提高了1秒。图桑特说,到2027年,一半运动项目的纪录将到达人体极限,到2060年,百米赛跑的纪录将跨入以千分之一秒作为尺度的时代,马拉松速度将以减少百分之一秒为目标,而举重比赛的增重也精确到“克”了。即便如此,每次微小的纪录突破也可能要间隔50年的时间。怎么提高百米跑成绩,成为体育研究者的重中之重。

2 百米跑技术分析的生物力学理论基础

2.1 转动惯量

衡量物体(人体)转动惯性大小的物理量。设物体(人体)转动部分由n个微小质量△mi构成,微小质量距转轴的距离分别为xi。则转动惯量的定义式为:I=△mi×xi2。

影响转动惯量的因素:质量、转轴半径。质量越小、半径越小,物体的转动惯量就越小,物体越容易转动。

2.2 转动定律

刚体绕定轴转动时,转动惯量与角加速度的乘积等于作用于刚体的合外力矩要加大肢体摆动的角加速度,可以从两个方面考虑问题,一是减小摆动肢体的转动惯量;二是增大肌力矩。

2.3 动量矩守恒定律

人体在做相向动作时,通过人体内力作用使身体一部分转动时,则必引起身体另一部分沿反向转动,并且两部分的动量矩大小相等、方向相反,以保持人体动量矩矢量和为零。

2.4 惯性力

惯性力的量值为质量与非惯性系加速度的乘积,惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反。

3 从运动生物力学角度分析百米跑

百米跑是全身性运动,牵涉到全身的各个部位,一般分为折叠前摆、下压准备着地、着地缓冲和后蹬四个阶段。在百米跑中,支撑阶段是整个过程中很小的一部分。推进阶段蹬地腿的脚接触地面瞬间,蹬地的反作用力必须及时产生作用,才能起到作用。因此,在跑步时,蹬地腿的髋关节、膝关节和踝关节的伸肌和脚趾屈肌需要迅速有力的收缩。

3.1 跑步的时候大小腿要充分折叠

从生物力学角度来讲,转轴半径越小,物体越容易转动,运动员跑步的时候,大小腿折叠的越充分,转轴半径就越小,腿摆动的就越快,跑步的频率就越快,比赛成绩就越容易提高。正确的摆腿动作,在摆动腿向前摆动时,大小腿要折叠。优秀短跑运动员的摆动腿脚跟往往可触及臀部。

3.2 增加肌肉力量

从转动定律来看,要想加大肢体摆动的角加速度,可以从增大肌力矩方面考虑,要加强运动员腿部力量训练。

3.3 肌肉力量训练要均衡

从动量矩守恒定律来讲,肌肉力量训练要均衡,上下肢训练要协调,在建国初期,我国的田径教练员比较着重训练运动员的下肢,觉得跑步只与腿部的力量有关,忽略了上肢的训练,造成运动成绩提高不上去。百米跑运动员一般下肢力量相对强,都忽略了上肢肌肉群的力量,如肱肌、肱二头肌等,也忽视了腰腹背肌的力量,就形成了不均衡发展肌肉力量。

3.4 跑步的时候小腿要“扒地”

小腿的“扒地”动作可使脚在着地瞬间获得较大的运动速度,有助于形成较短的着地距离,可减小着地时地面的碰撞阻力。在百米跑中,有力的后蹬结束后,即进入了摆腿。在摆腿动作中,要求动作幅度大,速度快而有力。加大摆腿的力量和幅度,可以增大步长。因此短跑后蹬技术中,非常注意髋部前移和骨盆沿身体纵轴的转动。骨盆是摆动腿的支点,骨盆转动方向和摆动腿的一致,所以骨盆的前移与转动带动了摆动腿的积极前摆,增加了摆腿的力量和幅度。

由于摆动腿的积极向上方摆,这时它所产生的惯性力是指向后下方的,通过骨盆把这个向后下方的惯性力传递到另一支撑腿,从而加大它的后蹬力量。

4 运动装备

很多优秀运动员的服装都是专门定制的,运动鞋对百米跑来说起着至关重要的作用。根据测试,跑步鞋的重量每增加100g,运动员的身体能量的消耗将增到1%,1991年东京田径世界锦标赛上,美国刘易斯打破100m世界纪录时,他跑步用的鞋子只重115g;加拿大运动员贝利的跑步运动鞋被形容为“带钉的袜子”。2000年在,悉尼奥运会上,“田坛阿甘”迈克尔·约翰逊的“金缕鞋”重只有116g,玛丽安·琼斯的“水晶鞋”只重99g。

经常看百米跑比赛的人都会发现:在百米比赛中,所有运动员的后跟都差不多触及到了臀部,小腿折叠,能达到以髋关节为轴的半径,从而减小转动惯量增加转动的角速度。而双脚处在小腿绕膝关节和髋关节旋转半径的最远端,因此鞋子重量些微的减轻,都会带来腿部转动惯量明显的减小。这对于以每秒20m速度交替划着弧线的双脚无疑是莫大的“减负”。

5 如何提高百米跑的效率

百米跑是重要的爆发力项目,取决于人体有力快速的两腿交替带动身体前进的能力。一般,男性在20岁左右,女性在18岁左右达到高峰,高于这个年龄,运动员跑步速度就很难提高。百米跑时,身体各个环节的运动幅度最大,特别是肩关节、髋关节和摆动腿的幅度。腿部肌肉的功率能力,能否产生更大的推进力。身体各个环节能否协调配合,对百米跑的速度起着很重要的作用。

为了提高跑步功率,膝与脚趾在跑时应向前;脚落地时,身体重力作用线应在步迹的脚跟之内;整个身体在快跑时应向前倾斜约15度,速度减小,倾斜减小。若倾斜太大,则蹬地力的水平分力太大,对跑步利,倾斜太小,蹬地力的垂直分力太大,从侧面看,跑步者的头会忽上忽下,这是不正确的用力结果;手臂摆动应靠近身体,向前摆超过胸部,手臂的摆动应绕肩关节进行,肘关节只能有稍微的运动,以增加摆动效果;躯干和髋关节的转动应恰当,以便扩大步长。

6 结语

百米跑成绩提高牵涉的提到很多方面,身体素质的提高,技能的提高,运动鞋的技术改进等。其中要加强肌肉力量训练,增强肌肉力量,训练和营养相结合。跑步的时候小腿要积极扒地,大小腿充分折叠。只有做到身体素质提高,技术精准,运动设备先进,才能提高百米成绩。另外,体育的最终目的是以人为本,促进全人类的健康。在挖掘人类极限、提高成绩的同时,我们不要以牺牲身体健康为代价,要始终做到以人为本。

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