跑道上有學(xué)問

孫世杰

各項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)都是遵循一定的法則進(jìn)行的，而且它們也有各自的動(dòng)作要求，這些法則和要求又都包含著許多科學(xué)原理，并嚴(yán)格遵守自然界的有關(guān)規(guī)律。了解這些，對(duì)青少年體育愛好者尊重科學(xué)，發(fā)展思維，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，鍛煉成才，都是十分有益的。

2012年6月3日，國(guó)際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽尤金站110米欄，劉翔以12秒87的成績(jī)奪冠。不過由于比賽時(shí)風(fēng)速達(dá)到2.4米/秒，這個(gè)成績(jī)并沒有被承認(rèn)為平世界紀(jì)錄和破賽會(huì)紀(jì)錄，但仍是超風(fēng)速下的世界最好成績(jī)。

這是怎么回事呢？原來風(fēng)向、風(fēng)速對(duì)許多田徑運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目都有較大影響，尤其是對(duì)短跑、跨欄等徑賽項(xiàng)目影響很大?？諝庾枇υ谌伺懿綍r(shí)總是存在，并且跑的速度越快阻力就越大。但是，當(dāng)順風(fēng)時(shí)，風(fēng)速越快阻力就越小。因此，運(yùn)動(dòng)員在順風(fēng)中跑，不僅身后加了風(fēng)力的幫助，而且身前又減少了空氣的阻力，這一加一減對(duì)運(yùn)動(dòng)員的幫助甚大，可使運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高較多。反之，成績(jī)就會(huì)明顯地降低。

據(jù)研究，如果在靜風(fēng)中運(yùn)動(dòng)員用10秒跑完100米，在2米/秒順風(fēng)情況下只需9.84秒即可跑完，可逆風(fēng)2米/秒時(shí)則需10.16秒。兩者相差0.32秒，而人類100米成績(jī)提高0.32秒需要好幾十年的時(shí)間。

所以，田徑比賽規(guī)則上規(guī)定：距離200米和200米以下的徑賽以及跳遠(yuǎn)、三級(jí)跳遠(yuǎn)等項(xiàng)目，凡順風(fēng)時(shí)平均風(fēng)速超過2米/秒者，所創(chuàng)紀(jì)錄不予承認(rèn)。

有位叫奧廉斯的短跑名將在一次國(guó)內(nèi)比賽中獲得百米冠軍，但成績(jī)提高不快。這是什么原因呢？后來教練發(fā)現(xiàn)他的主要毛病是雙臂擺動(dòng)成“八”字形，一直難以糾正。一天，教練嚴(yán)肅地要他與自己的兒子比賽百米短跑。比賽在跑道上分三次進(jìn)行，第一次要奧廉斯的雙臂屈起抬平后，采用同時(shí)前擺、后擺的姿勢(shì)；第二次要他采用屈臂同向左右橫擺的姿勢(shì)；第三次要他采用直臂前后擺動(dòng)的姿勢(shì)。而要求他的兒子用正確的擺臂姿勢(shì)賽跑。三次比賽，結(jié)果奧廉斯三次敗北。發(fā)現(xiàn)問題后，奧廉斯從此糾正擺臂姿勢(shì)，他的短跑成績(jī)于是突飛猛進(jìn)，在國(guó)際比賽中經(jīng)常名列前茅。

大家知道，跑的動(dòng)作主要是靠腿來完成的，即抬腿前擺、落地支撐、迅速后蹬和騰空跨步。但是，人體是個(gè)整體，腿的四個(gè)動(dòng)作過程都是為了推動(dòng)整個(gè)人體的運(yùn)動(dòng)。因此，兩臂必須配合兩腿動(dòng)作協(xié)調(diào)地?cái)[動(dòng)，維持身體平衡，確保運(yùn)動(dòng)員用全部力量推動(dòng)身體重心向前迅速移動(dòng)。

物理學(xué)告訴我們，有規(guī)則形狀的均勻物體，它的重心位置就在其幾何中心上；可以用實(shí)驗(yàn)方法與計(jì)算方法來確定；重心位置將隨物體形狀的改變而改變，它可以在物體的體內(nèi)，也可以在物體的體外。

人體在外形上可以做出千姿百態(tài)，因此，人體活動(dòng)時(shí)的重心位置是不固定的。運(yùn)動(dòng)員要跑得快，就必須使身體重心在跑進(jìn)過程中沿一定的直線或弧線迅速運(yùn)動(dòng)。這樣，就需要兩腿的跨步動(dòng)作來推進(jìn)重心運(yùn)動(dòng)，以及用雙臂擺動(dòng)來協(xié)調(diào)配合。奧廉斯采用第一種雙臂同時(shí)前擺、后擺的方式，使人體的重心一會(huì)兒向前進(jìn)，一會(huì)兒向后移，不僅影響了身體的平衡和重心的前進(jìn)速度，而且還使腿的后蹬動(dòng)作紊亂，直接減弱了腿部后蹬的力量；采用第二種雙臂同向左右橫擺的方式，也會(huì)在跑進(jìn)過程中使人體重心左右晃動(dòng)著前進(jìn)，妨礙跑進(jìn)的速度。奧廉斯用第三種雙臂直擺的姿勢(shì)，這對(duì)于重心運(yùn)動(dòng)的影響是不大的。實(shí)際上人們快步行走時(shí)雙臂是自然伸直的。但是，當(dāng)他急跑時(shí)雙腿的跨步頻率較高，直臂擺動(dòng)的頻率會(huì)跟不上急跑著的雙腿的跨步頻率。這樣，雙臂擺動(dòng)不僅不能對(duì)加快腿的跨步頻率起促進(jìn)作用，反而會(huì)起干擾和阻礙作用。另外，直臂激烈擺動(dòng)是很費(fèi)力的，將直接消耗他的體力，所以?shī)W廉斯第三次也敗北了。

威爾遜與湯姆都是本國(guó)最出色的田徑運(yùn)動(dòng)員，可是，有一次在地區(qū)性的運(yùn)動(dòng)會(huì)上，兩人在拿手的400米競(jìng)賽中都名落孫山。他們?cè)诳偨Y(jié)失敗原因時(shí)互相埋怨。威爾遜認(rèn)為，跑里圈彎小，容易發(fā)揮速度，幾個(gè)彎一拐就可以把外圈的人甩下一大段了，因此認(rèn)為這次湯姆失利是不應(yīng)該的。而湯姆卻認(rèn)為，跑外圈彎大，容易跑出水平，并且有一定的“前伸數(shù)”，起跑時(shí)就遙遙領(lǐng)先，可以“先人一步，穩(wěn)操勝券”，因此認(rèn)為這次比賽中威爾遜敗陣是沒有理由的。

兩人爭(zhēng)執(zhí)了好一陣子，最后教練幫他們進(jìn)行了兩方面的分析和解釋。

先看所跑路程問題。徑賽中各個(gè)項(xiàng)目只有在相同的距離條件下，才能測(cè)量時(shí)間，比賽跑速，分出名次。200米以上的分道跑的長(zhǎng)度同樣需要相等，由于各道的彎道半徑不同，才在各道出現(xiàn)了不同的“前伸數(shù)”。外圈彎道的弧線最長(zhǎng)，因此，它的“前伸數(shù)”也最大；并且，從外向里“前伸數(shù)”依次減少。跑道上各道直道部分是等長(zhǎng)的，因此各彎道部分的實(shí)際長(zhǎng)度也必然是等長(zhǎng)的。從這點(diǎn)看來，跑里圈的人并不吃虧，跑外圈的人也不能“先人一步”。湯姆的觀點(diǎn)是沒有根據(jù)的。

再看彎道跑的要求。運(yùn)動(dòng)員在彎道上跑進(jìn)可以看作是勻速圓周運(yùn)動(dòng)。物理學(xué)告訴我們，作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體必須受到向心力的作用。同一物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，所需的向心力也越大；在相同速度情況下，所需的向心力的大小與圓周運(yùn)動(dòng)的半徑成反比，即半徑越大，物體所需的向心力就小。運(yùn)動(dòng)員跑彎道的里、外圈時(shí)，由于彎道里外圈的半徑不同，則所需的向心力的大小是不相同的。他們都是通過跑進(jìn)時(shí)讓身體適當(dāng)傾斜來獲得所需要的向心力，這就要求運(yùn)動(dòng)員在跑里圈時(shí)比跑外圈更要適當(dāng)傾斜一些，以便獲得較外圈大一些的向心力。然而，由于里圈與最外圈的半徑相差不是很大，因此，同樣速度跑進(jìn)時(shí)，所需的向心力也是相差不大的，對(duì)于一般運(yùn)動(dòng)員來說，都可以通過自身傾斜后輕松地獲得。對(duì)于技術(shù)熟練的田徑運(yùn)動(dòng)員來說，跑里圈和跑外圈都不會(huì)影響他們跑進(jìn)的速度，所以威爾遜的觀點(diǎn)是一種錯(cuò)覺。

（編輯 孫世奇）