“前倾跑”的探索

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  摘要:短跑是田径项目中重要的一环,短跑的身姿是影响速度的重要因素之一,为了加快短跑的速度,体育训练中不断寻找更为合适的身姿。前倾跑是短跑过程中的常见身姿,利用前倾跑的方式跑步能够感觉到身体的轻松,并且更好的控制身体的各个部位,促使身体的综合协调性增加。本文研究“前倾跑”这种短跑身姿,了解其对速度的影响,从动物跑步现象给人们的启示到人类在特殊情况下的跑步姿态,深入分析前倾跑在短跑中速度的优势。
  关键词:短跑;身姿; 前倾跑; 速度
  一、课题的提出
  由于本人从小就从事田径的短跑练习,加之爱开动脑筋,所以我对现有的国际公认的短跑途中跑姿态有些异议。我通过三十几年的感觉和近二十年的研究,我认为这种“公理”不是尽善尽美的,应该有待改善和变化,从而提出如下“异议”:“在短跑途中跑时,人体的上体应是向前倾斜的,应该与垂直轴保15°– 30°向前的倾斜,而不是上体直立或上体前倾不超过5°的”。这就是我提出途中跑姿态,也就是“前倾跑”。这种跑姿的提出,将影响短跑技术的改革,短跑运动员着装的更新、短跑成绩的提高而提出新的研究方面。
  二、课题的论证
  (一)动物的跑动现象给我们的启示
  (1)四肢动物跑动现象给予的启示(相对人类而言)
  四肢动物在快跑时,其脊柱状态是这样的:除颈椎外,大多脊柱骨连线几乎与水平面平行,并伴有节奏性变化的弹性弯曲,而人类没有。相对人类而言,首先人类没有了四肢动物脊柱给子弹性势能,这种势能是变化动能一种能量。人的直立习惯从某种意义上说:人类直立后,就丧失了这种本能,从而丧失跑的优势。
  其次,动物在跑的后蹬阶段时,其用力的作用与人类不同,就重心与支撑点的连线的夹角上产生不同效果,也就是说,在这个过程中,动物跑的后蹬角都比人类要小。假设蹬地的力相等,那么>,这是因为cosθ’人
  θ动物。再其次,动物在其后蹬阶段躯干倾斜,造成一种向前重力水平分力比人类直立产生重力水平分力要大,导致a动物(加速度)>a'人(加速度)。
  还有,那就是动物体形在奔跑时,对来自前方风阻力和后面空气涡流产生的阻力,都比人类直立跑要小些。(同等身体表面积的情况下),着地步频就不谈了。
  总之,一切的一切说明直立的人类的奔跑比大多数四肢类动物有较大差劣。然而人类的习惯是不会象它们一样的,也不可能返回到那种四肢着地时代。但是,我们可以分析出其中原因,从而变化技术,适当地模仿。
  (2)两肢动物奔跑现象给予的启示
  美洲的走鹃,非洲的驼鸟,以及我们身旁的鸡鸭,都是翅膀退化,飞行能力严重退化的鸟类。它们的弃跑似乎更接近人类的奔跑。但是在长期的生存斗争中,它們形成一种巧妙的快跑法。在十分危急时,此类动物会把头向前伸,使得头与预几乎与水面平行,同时打开它们丧失飞期能力的翅膀,拼命的狂奔。而这个时候是它们跑得最快的时候,而且是不到这种状态就不是这一种跑姿。
  分析一下就会明白:它们巧妙地利用了部分身体重力的向前水平分力做为动力,降低了后蹬角的角度,降低头、颈躯干正面挡风面积和整个涡流面积,同时翅膀的打开能从空气阻力中获得一个向后向上的力,这个向上的力就叫升力,可维持身体平衡,而不会仆倒地面。看看吧,何其聪颖!如果人类能部分模仿这,效果会怎样呢?很值得研究和探索!
  总之,以上两类陆地奔跑动物的奔跑,都巧妙地利用了身体部分重力的水平分力作为向前的动力;降低了运动方向空气阻力挡风面积,和背后涡流面积;动物的奔跑的后蹬角都小于人类快跑的蹬角。它们奔跑更加科学和合理,这就是奔跑科学和巧妙的技术所在!人类一定可以部份模仿之!
  (二)人类在一些特殊情况下弃跑现象的启示
  (1)大风中的逆风跑的现象
  在起大风的日子里,人们逆风快跑的现象给了我们一个启示,现象是:人们低下头、前倾着上体以克服正面的风。好吧,我们想想风级为0级时的赛场情况!优秀短跑选手的瞬间速度可达12.5m/s,这时他(她)要用身体排开挡在前面的无数个静止状态空气粒子,就会受到一个较大级别风力阻碍,而且在后面还有涡流吸引,每个途中跑的步子里都受到,难道会没有影响吗?从中发现了什么呢?是不是要改变一下技术和着装呢?思考一下吧!
  (2)不同坡度的人类奔跑的现象
  平时训练中,有平地跑,上坡跑,下坡跑三类,在人的腿部工作能力不变情况下,在坡度不大、人感觉影响不到的情况下,同等距离的时间,应该是下坡跑最短,平跑次之,上坡用时最长[1]。分析一下吧!此时再讲重力的效果大家都知道。那么看看跑姿吧。以水平面为参照系,如果三种不同坡度跑都以公认跑姿,人体重心线都垂直支撑面,那么就形成三个现象:平地跑就是公认的理论跑姿,上坡跑成了“后仰跑”,下坡跑成了“前倾跑”。这一定要参照水平面才能发现这些现象,能否把“下坡跑”变为平地跑坭?
  改变技术是可以的。当然也有随之而来的矛盾和缺陷,正是要改变技术的关鍵,以便步幅大,步频快,稳度适当情况下,完整跑完整个赛程的距离。
  总之,从我上面现象表述,及其力学筒单分析,短跑科研人员是会找到提高短跑的技术。当然,这要一个人都具备长期从事短跑的感觉和良好的力学知识、运动学知识,我想这也不是什么很难的事。
  (三)“前倾跑”对比直立跑的物理学分析
  (1)力的对比
  “前倾跑”是人体重心前倾的途中跑法,与平时公认直立状态途中跑有所不同(脊柱三个部分可自动调节重心)
  A、来自于躯干部分重力的水平分力的分析
  静止时,人体脊柱无弯曲的斜线前倾(相对垂直线而言),就会得一个向力水平方向的分力;而躯干直立时,重力就直指地心。
  为什么呢?θ=90°,cosθ=0,所以没有向前的力。   运动时,前倾的躯干在运动中的力F前倾会转化为加速度。其力值为:F前倾=F部分躯干重力·cos(90°– θ)(θ为人体与垂直轴的夹角)。而F直立=F’·cos90°=O,所以“前倾跑”效果好些。
  B、后蹬角对后蹬效果影响的对比
  人的跑动的主要动力来自于后蹬,人对地面作用,地给人的反作用力就是主要动力,“前倾跑”由于其在运动中让身体重心投影点前移,造成了其后蹬角度变小,也就是说:θ’倾<θ直?cosθ直  C、空气阻力的影响对比
  人在快速起跑时是要受到空气阻碍的。人体要闯开前面的空气粒子,这样就会产生一种空气的局部压强差,从而受到来自前面的阻力和背面的涡流阻力。空阻的计算公式大致是这样:F空阻=S(面积)·sinθV2(速度)C·(ce).当θ=90°时,Sinθ=1,而θ大于或小于90°时,sinθ<1。短跑运动的目的是为了让人体质心尽快从起点到终点,而不是像“刹车”,把重心(质心的重力作用时)向后留着,所以“前倾”的途中跑更能降低空气阻力[2]。事实上躯干的前倾还会得一个升力,可以用来维持人体平衡,这在上体直立的途中跑是没有的。“空阻”的特点是速度越快,阻力就越大,而且呈平方正比上升,那么短跑水准越高的选手在此方面,在比赛中受到阻力就越大,“前倾跑”可适当地降低一些空气阻力,巧妙利用人体姿态变化产生的向上的升力。换句话说:这种跑姿更适于水平高的运动员,速度越快时就更能体现其优势[3]。
  实际上,100m成绩达到11"的运动员,在风力为0时,他正面排挤空气的瞬间速度达到了11.5–12m/s,也就是说,正面受到了6级强风阻碍,加之背面排空后所造成涡流吸引力也是不小的,θ≠90°时,均可从正、反面降低空气阻力。
  (2)关于能量分配的对比
  人的双腿的肌肉力量是在一定的范围内的,如果其腿部的弹性势能相等时,“前倾跑”就会更有效地把弹性势勢能更多变为动能,从而降低跑的腾空高度,降低重力势能转换值。这是因为后蹬角变化造成的[4]。
  让我们简单地用公式说明一下:
  E弹性势能=E直立跑=E前倾跑
  E弹性势能=E(重力势能)+E(动能)=mgh+1/2mv2
  由于“前倾跑”mgh'因后蹬角变小,使得mgh'前倾  (3)有关稳度的问题
  “前倾跑”比直立跑的稳度是要差一些,但都属于运动中的不完整平衡,且前倾的角度是可以调节,也就是说通过改变技术动作可以调整,保证正常地完成整个赛程距离平稳地运动。
  在此我说明一个真理,技能都是通过后天的练习形成的。
  “前倾跑”的途中跑,由于身体重心的前移,在运动过程中始终会受到一个向前翻倒的力,它会让人产生仆倒,怎样克服?在此我介绍四种方法简单说明。
  A、增大摆腿幅度,让重心落在前支撑点后方。
  B、増大上肢摆幅,増大人体转动惯量;前摆用力向前向上,后摆放松(这里又与“公理”相反)
  C、加大四肢摆动频率。
  D、利用上体前倾在运动中产生向上升力,部分维持身体平衡等等。
  总之,就是通过改变技术动作,不仅做到提高速度,而且还要维持身体平衡。(这些技术动作掌握是要通过后天的练习才能做到的),顺便说一下,中国人不是天生就会用筷子的。这些道理是一样的。
  (4)关于跑的技术阶段的对比简单分析。
  A、后蹬阶段
  相对直立上体途中跑同等时期而论,当“直立”状途中跑重心支撑点时,后蹬开始了;而此时“前倾”状的途中跑后蹬已开始了一小段了,为什么呢?重心前移的原因,后支撑点到重心投影点,“直立”状态的连线线段小于“前倾”状态的连线的线段[5]。如果动作幅度和移动速度一样的情况下,腿部在这个时期工作作用力一样的话,那么“前倾跑”状态后蹬过程就要用时长一点。也就是冲量问题Ft倾>Ft直,而Ft=mV,m是不变的?Ft倾=mV倾>Ft直=mV直?V倾>V直。
  B、腾空阶段
  从腿部蹬力而言,“前倾”状态的与“直立”状态的力量绝对值相等,而方向不一样。前一种垂直向上力为Fsinθ倾,后一种垂直向上力为Fsinθ直。由于重心的前移,θ倾<θ直?Fsinθ倾F倾斜空阻·T倾。这说明直立状态比前倾状态在腾空时损失速度更多。也说明“前倾”式的腾空阶段较短,更便于减少速度损失而加快步频。这也十分合符国际公认原理:“短跑是以快步频致胜的。”
  C、着地缓冲阶段(由于腾空高度不同,着地缓冲阶段对两种不同状态形影不一,倾斜状态的腾空的冲量要小于直立状态腾空着的冲量,这是因为前一种腾起高度小于直立状态腾空高度,如果水平速度一样,那么后一种的冲量肯定大于前一种的冲量。行家和物理学者一眼就可肯定[6]。
  D、前摆阶段
  前摆阶段是另一腿后蹬阶段,这就无需分析了。
  (四)谈谈步频和频幅的有关问题
  在此我也谈谈这两者的关系。通常所说的两者关系是相辅相承,又相互矛盾的。一者大或多,则另一者小或少,公认的短跑理论更偏重步频,这是因为向前的力和加速度来自不间断而又快的后蹬。“前倾跑”由于腾空时间变短,步频是物理性和生理性的提高了,那么步长呢?是变小了一些,但是我要提出一个“有效”步幅的概念。所谓“有效”步幅,步幅的大而长,必须是在加速过程或相对快而速度稳定的情况下长而大,而不是减速度过程中的大,这才是短跑的“有效步幅”。我们知道,跳跃一个步幅可达8m多,最后落地是什么效果的速度[7]。事实上,人体向前运动速度大,步幅自然就会大一些,平常的行走步幅就比跑的更小一些嘛。最好的效果是:能快速而充分完成跑的技术动作,而腾空不大情况下的步幅和步频,才是最佳的组合!“前倾跑”中由于身体前倾,是会逼迫人体有意识地加大前摆,以稳定平衡的步幅,并能加大相应的步长,短跑的时间不长,强度大,就更应该降低腾空时间,而不像长跑在腾空时得到短暂休整和少量能量补充和恢复[8]。故此短跑是步频快、腾空时间短、步幅大的剧烈速度运动!而“前倾跑”比“直立跑”要切合它的需要!   总之,以上的理论和技术的论证,是切合科学理论和实际的,希望有识之士能以此“抛砖引玉”,为中国田径短跑研究出更好的技术来,以便中国短跑能在世界上称雄!
  三、我的一些研究数据
  (1)表1为1996年衡阳市南岳区区一中训练一些数据(时间:一个月;100m成绩对比(年龄16-17周岁))
  (2)1997年暑假,时间8月17日-8月21日,4天内对岳云中学刘建平、李凯两生进行技术练习结果,这两人都是中跑运动员,对他们进行三天训练,并教了部分技术,前后对比结果如表2:
  (3)1999年,我任高301班、302班体育教师,并负责整个高中队训练。我对短跑运动员又进行一次对比训练,对比如表3:
  (4)2002年以后,我调任初中部工作,每天训练时为65分钟(可见作息表)。2004年参加全县比赛时,初中组100m第一名成绩比高中组100m第一名还快,而且时同为2004年12月初,气温比较低,肌肉活性处于较低工作状态,但此人仍能以11"59成绩夺取全县初中男子组第一名,另一人,以12"3夺取第三,我把这两人学习前后的数据介绍一下(时间为1个月)如表4:
  (5) 2007年,学校领导要求,我负责高二体育教学和全部高二体育生的训练,我又做了一次实验,对高中组丁勇、王毅、谭荣、彭星、唐光辉、祝文皓六人進行了不公开的训练。此六人在短跑上都有了长足的提高、时间三个月,其它十五人没有学习这些技术,所以100m提高大多不超过0.5"左右。(如表5)
  (6) 2011年的“前顷跑”一些有关数据这期间我选定男、女共两组人进行对比,维持一个半月的训练。(打“★”为学习者,无“★”为原有技术者,100m成绩对比)(如表6)
  (7) 2014年的对比(两个男生,为期两个月)(如表7)
  四、结论
  虽然我个人从未公开对这种不成熟的科研,但我希望我能抛砖引玉,以便今后短跑技术改革、短跑器材更新,能让体质、体能较差的黄色人种能在世界短跑界上有所作为。这也是我的梦想。
  总之,途中跑采用“前倾式”姿态,我认为能够更好的提高短跑成绩,这种途中跑姿更加适合快跑。
  参考文献:
  [1]汪广林.短跑途中跑的技术动作研究[J].时代教育,2016(10):85-85.
  [2]尚青松.浅析如何提高短跑途中跑的能力[J].祖国,2017(7):293-293.
  [3]冯丽.对短跑中速度与力量训练方法的研究[J].体育时空,2016(13).
  [4]雷雨.青少年短跑运动员专项速度训练方法的研究[J].科技资讯,2017,15(13):223-224.
  [5]张马森.鞋跟掌差对跑步时身体姿态及下肢负荷影响的研究[D].北京体育大学,2017.
  [6]张忠诚.影响短跑途中跑速度的若干因素[J].文体用品与科技,2013(24):185-186.
  [7]丛林,朱静华.浅谈跑步姿势与运动损伤[J].田径,2016(6):62-62.
  [8]宋鹏威,王溪源,常旭,等.短跑运动员身体灵活性与稳定性训练研究[J].文体用品与科技,2017(17).
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