与其迷信利用重力跑步,跑者更应该学会减少刹车制动力

文章来源:健康时报 2021-05-09 11:44

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常常听到一些所谓跑步专家或者跑步大神这样指导小白:“跑步用什么力?用的是重力,不要强调发力一定要学会利用重力!什么速度下最快?被身体绊倒时最快,身体噌噌噌就出去啦!”小白跑者听完之后好像若有所悟。OMG,能别那么搞笑吗?你倒是给我演示一下一直被绊倒身体,一直往前跑呀!

 

事实上,也的确有一些跑步方法一直宣扬:通过身体前倾来利用重力,并通过双脚不断支撑转化,源源不断的利用重力,似乎这样就不需要发力你就可以往前跑了,跑步究竟是克服重力还是利用重力呢?这个问题必须要解释明白了。

跑步因为腾空所以需要克服重力

 

走和跑同属于双脚交替运动,为什么跑比走累得多?道理当然很简单,走路时始终有一只脚在地面支撑,支撑什么,当然是支撑体重,而跑步存在双脚同时腾空期,怎样才能腾空,蹬地发力才能腾空,也就是说你需要一定的力量才能让身体克服重力腾空,这当然就是一个耗能的过程,这就造成了跑步的强度远远大于走路。所以说,跑步从本质上说是一项克服重力的运动,没毛病吧!

 

 

跑步能不能利用重力呢?

 

跑步利用重力又是怎么一回事呢?如果以脚为支点,身体整体向前倾倒,的确重力作用会使得身体加速向前倒,为了防止“跌个狗吃屎”,你自然就会迈出脚防止跌倒,如果你的躯干一直是前倾的,你就得不断迈出脚来防止跌倒,这样就使得身体向前运动了,于是就形成了双脚不断支撑转换的跑步动作。看上去这个说法似乎挺有道理。

 

 

有人还用一个球体在地面如何滚动起来,来形象地展示球是如何运动起来的,也即,把球体放在一个平面上,球体是稳定的,而如果要让球运动起来,要把球放在斜面上,球就会顺着重力往下滚动起来。而如果地面是平的,人体只要前倾,重心前移,带动重心向前迈步,人体就跑起来了,如果把人体脚的运动想象成球体运动,似乎只要迈腿,人就会利用重力跑起来,还不费吹灰之力,这就是所谓的跑步利用重力。这里犯了一个重要的逻辑推导的错误,人体运动并非球体运动,人体前倾所引发的运动跟球体在斜面运动是两回事,并不能这样直接推导。

 

 

跑步时身体前倾是全身合外力作用的结果

 

跑步是身体向后转动力矩(水平推进力力矩、空气阻力力矩)与向前转动力矩(垂直地面反作用力力矩、重力矩)相互抵消,使人体保持平衡的结果。如果是因为利用重力而前倾,那么前倾越多,岂不是利用重力越多,但事实上身体前倾越大,重力所产生的以脚为支点的人体向前转动的重力矩就越大,人体为了防止旋转,就不得不拼命用力蹬地,加大水平推进力力矩,来对抗重力矩。

 

也就是说,身体前倾越多,恰恰不是利用重力,而是你要花更多过力气来对抗重力矩。所以跑步时身体前倾一点是需要的,但显然并非越前倾利用重力越多,这是违背物理学基本原理的,随着速度加快,也并不伴随身体前倾角度的明显加大(短跑冲刺除外)。

 

 

所以,跑步时身体前倾并不是利用重力,但跑步时身体适度前倾仍然是需要的,为什么?身体适度前倾的主要目的有以下两个:第一、前文所述保持跑步时所受到的转动力矩为零;第二、身体前倾可以获得生物力学优势,更有效地蹬地发力。如果身体是直立的,下肢要产生推动人体向前的动力,势必要加强腿的后蹬,否则就变成垂直向下发力,这样人就变成往上跳而不是往前跑,而通过身体前倾,就可以产生往前的动力。

 

 

从力学上分析,根据力的分解与合成原理,蹬地发力时,地面给予人体一个大小相同,方向相反的反作用力,这个反作用力可以分解为垂直分力和水平分力,从生物力学角度而言,水平分力越大,垂直分力越小,人体往前的动力就越大,重心起伏就越小,而通过身体前倾就可以达到这样的目的,这才是身体前倾的真正意义所在,而不是什么利用重力理论。

 

 

大家都知道,现在短跑都是采用蹲踞式起跑,而不是站立式起跑,其根本目的是在于蹲踞式起跑可以获得更大的水平向前的地面反作用力,而站立式起跑所获得的水平反作用力小得多,这样,通过蹲踞式起跑运动员就能获得更大的初速度和加速能力。

 

但在加速过程中,运动员会逐渐抬起身体,也即身体前倾幅度会逐渐变小,直至逐渐直立,为什么短跑运动员不一直维持一个很大的身体前倾角度来持续获得重力呢,因为身体前倾越大,重力所产生的以脚为支点的转动惯量就越大,人体为了防止旋转,就不得不拼命加快步频,来支撑身体,对抗重力,防止身体跌倒。也就是说,身体前倾越多,恰恰不是利用重力,而是你要花更多过力气来对抗重力,防止跌倒。

 

 

所以跑步时身体前倾角度并非越大越好,大约10-15度就足够了,这样一个前倾角度,既能够达到转动力矩为零,有利于后蹬发力的目的,又不会导致身体前倾过大而不得不刻意加快步频来支撑身体,防止跌倒。事实上,身体前倾作为跑姿的一部分,也许大部分跑者跑起步来本来就是就会自然前倾。

 

 

不要迷信利用重力,跑者更要学会减少跑步时的制动刹车力

 

从下面这两个示意图,我们可以清楚地看到,在着地时,由于着地点往往都在重心前方,这时人会给地面一个朝前下方的作用力,当然地面就会给予人体一个向斜后方的反作用力,这个力可以分解为垂直分力和水平分力(水平分力方向与运动方向相反,所以是刹车制动),这就意味着制动刹车,而在蹬地阶段,这个时候水平和垂直分力的合外力朝向前进方向,就变成推进力了。

 

 

也就是说,着地时身体姿态尤其是下肢位置是决定制动刹车效应的主要因素,如果着地时膝关节伸得过直,着地点距离重心较远,那么这样会导致较大的刹车制动效应,且不利于着地后膝关节积极下压缓冲。

 

着地时屈膝角度和着地位置是决定刹车制动的主要指标

 

着地时保持膝关节充分弯曲着地点靠近重心是合理跑姿的重要特征

 

1、慢速跑步加快步频是减少刹车制动的关键

 

要减少跑步时的制动刹车力,大众跑者容易想到的就是避免着地时腿往前伸,那么怎样才能避免腿往前伸得过多呢?很重要的一点就是适当加快步频,当步频加快时,一方面有效减少了重心起伏,另一方面当步频加快时,脚来不及往前伸,从而减少了着地时的刹车制动效应。

 

 

因为在同等速度下,步频越慢,步幅就越大,步幅越大,往往意味着身体重心起伏就越大,跑步是水平方向运动,把过多能量消耗在垂直方向克服重力方面,大大降低了跑步经济性,这还会导致腿往前伸得过多,引发着地时的刹车制动效应。

 

 

而如果提高步频。每分钟步频在170-180步左右时,同等速度下,重心起伏会减小。重心起伏越小,克服重力做功就越少,也就实现了将重力的影响减至最小,这时由于腿来不及往前伸就要着地,还有助于减少着地时的刹车制动效应。

 

 

2、快速跑步强调扒地技术可以有效减少制动刹车

 

前文已经充分说明,对于大众跑者慢速跑步来说,加快步频是减少制动刹车的关键,而对于速度较快的跑者,此时再强调加快步频已经没有意义,因为步频并非越快越好,在快速跑步中,已经不再强调着地缓冲,而是在脚前摆下落,还未着地过程中就强调主动伸髋动作,也即产生明显的向后“扒地”动作,也即不再是缓冲-支撑-蹬伸这一过程,而是扒地-蹬伸过程,简称“扒蹬”技术,这样可以带来多方面的好处:

 

 

第一、以前认为跑步时的动力只能来自蹬伸阶段,而通过“扒蹬技术”,脚还未着地,就已经在做伸髋动作,在着地时就已经产生向后的作用力,这样在“扒地”环节就可以产生向前的推进力,再结合后蹬,就可以有效增加了前进动力;

 

第二、通过“扒地”伸髋技术,使得着地点非常靠近身体重心,有效减少了传统跑步时小腿前伸,从而大大减少了着地点靠前带来的刹车效应,从下图中可以看到基普乔格在着地时,小腿并没有前伸,而是保持几乎与地面垂直,这样就基本消除了刹车效应。所以说,跑步时快要着地时主动收腿是一种高级的跑步技术,这在速度较快时就被称为“扒地”技术。

 

基普乔格在着地时瞬间膝关节弯曲充分小腿与地面近乎垂直

 

第三、“扒蹬”技术的流畅应用可以带来更大的推进力的同时,也使得蹬伸期结束时,地面给予下肢的反作用力也更大,使得小腿随之“反弹”至空中,这就是所谓“鞭打效应”,也即通过扒蹬使得提拉折叠更加流畅自然。小腿提拉折叠技术是速度较快跑者中需要加以掌握的重要技术,但其实只有“扒蹬”技术应用得更好,“提拉折叠”才会更加顺畅和顺势而为,而不是为了提拉折叠而提拉折叠,换句话说,“提拉折叠”是“扒蹬”的后续自然动作,是“鞭打效应”的自然体现,而非刻意动作。

 

 

在国际田联(IAAF)官网的研究中心(Research Centre)网页,可以查阅重大比赛精英运动员的技术分析报告,我们下载了2017年伦敦田径世锦赛男子马拉松比赛的技术分析报告,通过这个报告,我们可以了解当今最顶尖马拉松运动员的跑步技术特征。

 

 

从下图中可以看到,2017年伦敦世锦赛前8名运动员着地瞬间膝关节弯曲比较明显,膝屈角度平均为153度,小腿没有明显往前伸,这样一方面减少了制动力,一方面有利于缓冲地面冲击力,这就是扒地技术的充分体现。

 

2017伦敦田径世锦赛前八名运动员着地和蹬地姿态

 

 

运动员是这样,大众跑者的情况呢?根据畅销书《无伤跑法1》和《无伤跑法2》戴老师所做的大众跑者跑姿研究,大众跑者速度由慢到快,膝屈角度有逐渐变小的趋势,也即速度越快,膝关节越容易伸得比较直,且大众跑者该角度普通为165度左右,相比运动员大了10度以上,这说明运动员尽管速度快,但却更能缓冲着地冲击力且制动很少,大众跑者速度慢,反而缓冲更差着地时制动更加明显,这跟大众跑者速度慢,步频较低,难以掌握扒地技术有关。

 

大众跑者着地瞬间膝屈角度明显大于运动员说明大众跑者着地时膝关节伸得更直刹车更明显

 

 

总结

 

跑步时身体适度前倾可以获得减少风阻,有利于蹬地,身体重心控制等力学效应,但把身体前倾视作利用重力,并且宣扬跑步是利用重力的运动,你不会身体前倾,利用重力,所以跑不快,这就是在偷换概念!

 

跑步本质仍然是一项克服重力的运动,除了减少腾空过高导致的费力以外,大众更需要减少着地时的制动刹车力,而通过慢速情况下加快步频,快速情况下扒地动作和意识,可以减少重心起伏,减少刹车效应,最后总结:与其迷信利用重力跑步,倒不如好好想明白减少跑步时的制动刹车力。

 

今日话题:你认为跑步时利用重力正确还是减少刹车制动力更靠谱?

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