途中跑着地缓冲技术的生物力学分析，本文主要内容关键词为：力学论文,跑着论文,途中论文,生物论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：G822.1 文献标识码：A
近年来，国内外广大学者对短跑途中跑技术作了大量的研究，特别是在途中跑的后蹬技术方面。而前蹬阶段的着地缓冲技术作为途中跑的一个重要环节，却相对研究较少。传统的一些着地缓冲技术观点已不能完全解释现代技术特点，如教科书中提到的：“要提高跑速应尽可能将前蹬的水平分力减小，使脚着地点靠近身体总重心的投影点。”笔者通过查阅文献资料后发现，许多训练水平高、运动成绩好的运动员，其脚着地点与身体重心的投影点的距离比训练水平低、运动成绩差的运动员要长些。可见传统观点在解释现代技术特点上显得片面而有局限性。本文试用生物力学原理，对途中跑着地缓冲的技术及踝关节对正确完成“扒地式”技术的影响作一简要分析，以期对现代短跑途中跑的教学和训练提供理论依据。
1 前蹬阶段支撑力的变化对人体运动的影响
前蹬阶段是指“从脚着地开始到人体总重心的投影点移到着地点的上方止”这一过程。在该阶段，由于支撑腿的脚是由前脚掌着地支撑转为全脚掌着地支撑，又由全脚掌着地支撑转为前脚掌着地支撑，因此，人体在着地缓冲时，人体的运动是从支撑点的后方移到脚后跟的垂直上方，又从脚后跟的垂直上方移到前脚掌的垂直上方。
在着地缓冲前期，由于人体总重心的投影点落在着地点之后，摆动腿着地成为支撑脚后，脚掌给予地面的作用力指向前下方，其作用力分解成垂直向下的分力及向前的水平分力，使身体产生向前滑动趋势的力，同时身体受到地面的大小相等方向相反的反作用力，支撑反作用力也可分解成垂直向上的分力及向后方向的水平分力，该力的方向和身体运动的方向相反，是运动的阻力，是一种制动力，促使人体作减速运动。由于人体在腾空运动时摆动腿是积极向后、向下摆动，使摆动腿的脚积极、主动地以“扒地”的方式落地，正确的扒地技术可以减小脚着地瞬间相对于地面的水平速度，减小地面对人体的水平制动力。因此，优秀运动员虽然在着地缓冲前阶段人体是做减速运动，但其速度不会有明显的损失。如（表1）美国优秀短跑运动员在脚着地瞬间相对于地面的水平速度为1.15m/s，国内优秀运动员为1.35m/s。脚着地瞬间脚相对于地面向前的水平速度减慢，减小了人体受到的水平制动阻力。
表1 中、美运动员着地缓冲技术参数对照
时间脚着地时的距离 百米运动成绩
(S)水平速度(m/s)(m) (s)
美国0.034 1.150.38
10.02
中国0.026 1.350.27
10.56
差 0.008 0.2 0.11
在着地缓冲后期，随着身体的前移，人体重心的投影点从脚后跟的垂直上方快速地移到着地点的垂直上方，人体是在支撑面的上方移动，人体受到的支撑反作用力将指向前上方，人体受到支撑反作用力的水平分力与人体运动方向相同，是一种动力，它促使人体作加速运动。
2 前蹬阶段支撑腿各关节肌肉收缩特点对人体运动的影响
根据人们对短跑途中跑支撑阶段支撑腿各关节角度变化的研究结果可知（如图1），在着地缓冲过程中髋关节的角度一直趋于增大，膝关节角度一直在减小，而踝关节角度是先缩小再增大，说明在前蹬阶段，髋关节肌肉始终进行克制收缩，膝关节肌肉是进行退让性收缩。当人体从前蹬转入后蹬时，膝关节角度也由原来的一直减小转入增大，其肌肉的收缩特征也由退让性转入克制性；而踝关节角度在人体重心从支撑点的后方移到脚后跟的垂直上方止，一直减小至不能再减小为止，其肌肉是进行退让性收缩。在人体重心从脚后跟的垂直上方移到着地点的垂直上方过程中，因踝关节的结构特点、跟腱的形变范围等，使踝关节的角度不能再继续减小，迫使脚后跟起踵和踝关节角度增大，并转入克制性收缩。
在着地缓冲前期，人体重心在支撑面的后方，人体受到脚掌给予地面水平向后的支撑反作用力为阻力。而这一过程中，尽管髋关节肌肉是进行克制性收缩，其收缩力通过支撑脚作用于地面，所产生的支撑反作用力的水平分力与人体运动方向相同，是动力，但动力小于阻力，因此人体仍作减速运动。
在着地缓冲后期，人体重心投影点从脚后跟的垂直上方移到了着地点的垂直上方，其支撑反作用力的水平分力跟人体运动方向相同。而且，髋关节同踝关节肌肉同时进行克制性收缩，其收缩力通过支撑脚作用于地面产生的支撑反作用力的水平分力加大，人体作加速运动。
3 着地距离对人体运动的影响
着地距离是指脚着地点与身体重心垂线的距离。传统观点认为：因前蹬时的支撑反作用的是一种阻力，要减小阻力，发挥跑速，必须加大前蹬角的角度，也就是缩短脚着地点与身体重心垂线的距离。笔者通过查阅资料后发现，表1中美国运动员的着地距离比中国运动员要长0.11m，这显然不符合传统的技术理论。
决定跑速最终是由步幅与步频的最佳结合决定的。从着地缓冲这一技术角度来说，着地距离的增长，延长了着地缓冲前期的减速阶段，不利于发挥跑速。但从跑的整个周期来看，优秀运动员着地距离的增长，既加大了髋关节的克制收缩程度，也加大了膝、踝关节的退让收缩程度，增大了膝、踝关节的活动范围，为后蹬储备了能量，有利步频的发挥。同时，增加着地距离，也增加了步幅。因而，美国优秀短跑运动员由于其良好的身体素质及训练水平，在跑的技术周期中，前蹬阶段适当地增长着地距离，延长了着地缓冲的时间，但最终步幅和步频都明显优于中国优秀运动员。
4 踝关节结构功能特点及力量对着地缓冲的影响
踝关节的结构功能特点对于奔跑能力具有重要意义。踝关节的结构功能特点包括：距骨大小产生的作用，小腿三头肌健的弹性形变能力等。在着地缓冲瞬间，当摆动腿的前脚掌以“扒地”的方式着地后，由于向前、向下的惯性，使前脚掌迅速过渡到全脚掌。当脚背曲到一定程度时，如果运动员的距骨相对越大或距骨离脚底面位置相对高，或小腿三头肌腱的弹性形变能力相对较强，可以使踝关节的背曲程度减小，迫使全脚掌相对快地过渡到前脚掌。在保证缓冲动作充分的前提下，缩短缓冲时间，加快缓冲速度。同时，小腿三头肌的弹性形变可以储存能量，为踝关节利用非代谢能工作，提高蹬地效率，提高跑的效率具有重要意义。因此，挑选短跑运动员的指标之一，就是要求运动员的脚弓要高。脚弓高的运动员其踝关节的距骨相对大，离脚底的位置相对高，其小腿三头肌的弹性形变能力相对要大。
踝关节的收缩力量大小，对正确完成扒地技术有着非常重要的意义。在着地瞬间，摆动腿积极向后，向下摆动，形成摆动腿的前脚掌以快速“扒地”方式着地。如踝关节的肌肉收缩力量较大，可以加大前脚掌向后的“扒地”力量，减小脚着地瞬间的水平速度，加大前蹬角的角度，缓冲地面对人体的水平制动力，同时，使支撑腿的脚快速地由全脚掌着地支撑转为前脚掌着地支撑，在保证缓冲充分的前提下，缩短缓冲时间，因此，我们在训练短跑运动员时应着重训练运动员的踝关节力量。
5 结论
5.1 短跑的着地缓冲阶段是由减速向加速过渡的过程，这是由支撑脚受到的支撑反作用力的方向和大小及支撑脚各关节肌肉的收缩力大小来决定的。
5.2 正确快速的“扒地”技术，不仅能减小着地瞬间的水平分力，减小水平制动力，而且能增加步幅。
5.3 优秀运动员着地距离的增长，不仅能增加步幅，而且能增加支撑腿各关节的收缩程度，为后蹬储备了更多的能量，从整个跑的周期来看，利大弊小。这是由优秀运动员正确的扒地技术、良好的踝关节力量等因素决定的。
5.4 踝关节的结构和力量在着地缓冲过程中起着至关重要的作用，选材时，应尽量挑选脚弓高的运动员，训练时，应注意提高踝关节力量。