“前傾跑”的探索
——短跑途中跑的身體姿態(tài)對速度影響的研究

符益民 衡山縣岳云中學(xué)

一、課題的提出

由于本人從小就從事田徑的短跑練習(xí)，加之愛開動腦筋，所以我對現(xiàn)有的國際公認的短跑途中跑姿態(tài)有些異議。我通過三十幾年的感覺和近二十年的研究，我認為這種“公理”不是盡善盡美的，應(yīng)該有待改善和變化，從而提出如下“異議”：“在短跑途中跑時，人體的上體應(yīng)是向前傾斜的，應(yīng)該與垂直軸保15°– 30°向前的傾斜，而不是上體直立或上體前傾不超過5°的”。這就是我提出途中跑姿態(tài)，也就是“前傾跑”。這種跑姿的提出，將影響短跑技術(shù)的改革，短跑運動員著裝的更新、短跑成績的提高而提出新的研究方面。

二、課題的論證

(一)動物的跑動現(xiàn)象給我們的啟示

(1)四肢動物跑動現(xiàn)象給予的啟示(相對人類而言)

四肢動物在快跑時，其脊柱狀態(tài)是這樣的：除頸椎外，大多脊柱骨連線幾乎與水平面平行，并伴有節(jié)奏性變化的彈性彎曲，而人類沒有。相對人類而言，首先人類沒有了四肢動物脊柱給子彈性勢能，這種勢能是變化動能一種能量。人的直立習(xí)慣從某種意義上說：人類直立后，就喪失了這種本能，從而喪失跑的優(yōu)勢。

其次，動物在跑的后蹬階段時，其用力的作用與人類不同，就重心與支撐點的連線的夾角上產(chǎn)生不同效果，也就是說，在這個過程中，動物跑的后蹬角都比人類要小。假設(shè)蹬地的力相等，那么，這是因為 cosθ’人＜cosθ動物?θ＇人＞θ動物。再其次，動物在其后蹬階段軀干傾斜，造成一種向前重力水平分力比人類直立產(chǎn)生重力水平分力要大，導(dǎo)致a動物(加速度)＞a＇人(加速度)。

還有，那就是動物體形在奔跑時，對來自前方風(fēng)阻力和后面空氣渦流產(chǎn)生的阻力，都比人類直立跑要小些。(同等身體表面積的情況下)，著地步頻就不談了。

總之，一切的一切說明直立的人類的奔跑比大多數(shù)四肢類動物有較大差劣。然而人類的習(xí)慣是不會象它們一樣的，也不可能返回到那種四肢著地時代。但是，我們可以分析出其中原因，從而變化技術(shù)，適當?shù)啬７隆?/p>

(2)兩肢動物奔跑現(xiàn)象給予的啟示

美洲的走鵑，非洲的駝鳥，以及我們身旁的雞鴨，都是翅膀退化，飛行能力嚴重退化的鳥類。它們的棄跑似乎更接近人類的奔跑。但是在長期的生存斗爭中，它們形成一種巧妙的快跑法。在十分危急時，此類動物會把頭向前伸，使得頭與預(yù)幾乎與水面平行，同時打開它們喪失飛期能力的翅膀，拼命的狂奔。而這個時候是它們跑得最快的時候，而且是不到這種狀態(tài)就不是這一種跑姿。

分析一下就會明白：它們巧妙地利用了部分身體重力的向前水平分力做為動力，降低了后蹬角的角度，降低頭、頸軀干正面擋風(fēng)面積和整個渦流面積，同時翅膀的打開能從空氣阻力中獲得一個向后向上的力，這個向上的力就叫升力，可維持身體平衡，而不會仆倒地面?？纯窗桑纹渎敺f！如果人類能部分模仿這，效果會怎樣呢？很值得研究和探索！

總之，以上兩類陸地奔跑動物的奔跑，都巧妙地利用了身體部分重力的水平分力作為向前的動力；降低了運動方向空氣阻力擋風(fēng)面積，和背后渦流面積；動物的奔跑的后蹬角都小于人類快跑的蹬角。它們奔跑更加科學(xué)和合理，這就是奔跑科學(xué)和巧妙的技術(shù)所在！人類一定可以部份模仿之！

(二)人類在一些特殊情況下棄跑現(xiàn)象的啟示

(1)大風(fēng)中的逆風(fēng)跑的現(xiàn)象

在起大風(fēng)的日子里，人們逆風(fēng)快跑的現(xiàn)象給了我們一個啟示，現(xiàn)象是：人們低下頭、前傾著上體以克服正面的風(fēng)。好吧，我們想想風(fēng)級為0級時的賽場情況！優(yōu)秀短跑選手的瞬間速度可達12.5m/s，這時他(她)要用身體排開擋在前面的無數(shù)個靜止狀態(tài)空氣粒子，就會受到一個較大級別風(fēng)力阻礙，而且在后面還有渦流吸引，每個途中跑的步子里都受到，難道會沒有影響嗎？從中發(fā)現(xiàn)了什么呢？是不是要改變一下技術(shù)和著裝呢？思考一下吧！

(2)不同坡度的人類奔跑的現(xiàn)象

平時訓(xùn)練中，有平地跑，上坡跑，下坡跑三類，在人的腿部工作能力不變情況下，在坡度不大、人感覺影響不到的情況下，同等距離的時間，應(yīng)該是下坡跑最短，平跑次之，上坡用時最長[1]。分析一下吧！此時再講重力的效果大家都知道。那么看看跑姿吧。以水平面為參照系，如果三種不同坡度跑都以公認跑姿，人體重心線都垂直支撐面，那么就形成三個現(xiàn)象：平地跑就是公認的理論跑姿，上坡跑成了“后仰跑”，下坡跑成了“前傾跑”。這一定要參照水平面才能發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象，能否把“下坡跑”變?yōu)槠降嘏苒瑁?/p>

改變技術(shù)是可以的。當然也有隨之而來的矛盾和缺陷，正是要改變技術(shù)的關(guān)鍵，以便步幅大，步頻快，穩(wěn)度適當情況下，完整跑完整個賽程的距離。

總之，從我上面現(xiàn)象表述，及其力學(xué)筒單分析，短跑科研人員是會找到提高短跑的技術(shù)。當然，這要一個人都具備長期從事短跑的感覺和良好的力學(xué)知識、運動學(xué)知識，我想這也不是什么很難的事。

(三)“前傾跑”對比直立跑的物理學(xué)分析

(1)力的對比

“前傾跑”是人體重心前傾的途中跑法，與平時公認直立狀態(tài)途中跑有所不同(脊柱三個部分可自動調(diào)節(jié)重心)

A、來自于軀干部分重力的水平分力的分析

靜止時，人體脊柱無彎曲的斜線前傾(相對垂直線而言)，就會得一個向力水平方向的分力；而軀干直立時，重力就直指地心。

為什么呢？θ=90°，cosθ=0，所以沒有向前的力。

運動時，前傾的軀干在運動中的力F前傾會轉(zhuǎn)化為加速度。其力值為：F前傾=F部分軀干重力·cos(90°– θ)(θ為人體與垂直軸的夾角)。而F直立=F’·cos90°=O，所以“前傾跑”效果好些。

B、后蹬角對后蹬效果影響的對比

人的跑動的主要動力來自于后蹬，人對地面作用，地給人的反作用力就是主要動力，“前傾跑”由于其在運動中讓身體重心投影點前移，造成了其后蹬角度變小，也就是說：θ’傾＜θ直?cosθ直＜cosθ＇傾，所以同一個人在蹬地及作用力不變情況下，F(xiàn)cosθ直＜Fcosθ傾，100m為例，100m有近三十幾步的途中跑，每步效果好一點，自然就快一點了，所以“前傾跑”的效果比“直立跑”要好些。

C、空氣阻力的影響對比

人在快速起跑時是要受到空氣阻礙的。人體要闖開前面的空氣粒子，這樣就會產(chǎn)生一種空氣的局部壓強差，從而受到來自前面的阻力和背面的渦流阻力?？兆璧挠嬎愎酱笾率沁@樣：F空阻＝S(面積)·sinθV2(速度)C·(ce).當 θ=90°時，Sinθ=1，而θ大于或小于90°時，sinθ＜1。短跑運動的目的是為了讓人體質(zhì)心盡快從起點到終點，而不是像“剎車”，把重心(質(zhì)心的重力作用時)向后留著，所以“前傾”的途中跑更能降低空氣阻力[2]。事實上軀干的前傾還會得一個升力，可以用來維持人體平衡，這在上體直立的途中跑是沒有的?！翱兆琛钡奶攸c是速度越快，阻力就越大，而且呈平方正比上升，那么短跑水準越高的選手在此方面，在比賽中受到阻力就越大，“前傾跑”可適當?shù)亟档鸵恍┛諝庾枇Γ擅罾萌梭w姿態(tài)變化產(chǎn)生的向上的升力。換句話說：這種跑姿更適于水平高的運動員，速度越快時就更能體現(xiàn)其優(yōu)勢[3]。

實際上，100m成績達到11"的運動員，在風(fēng)力為0時，他正面排擠空氣的瞬間速度達到了11.5–12m/s，也就是說，正面受到了6級強風(fēng)阻礙，加之背面排空后所造成渦流吸引力也是不小的，θ≠90°時，均可從正、反面降低空氣阻力。

(2)關(guān)于能量分配的對比

人的雙腿的肌肉力量是在一定的范圍內(nèi)的，如果其腿部的彈性勢能相等時，“前傾跑”就會更有效地把彈性勢勢能更多變?yōu)閯幽?，從而降低跑的騰空高度，降低重力勢能轉(zhuǎn)換值。這是因為后蹬角變化造成的[4]。

讓我們簡單地用公式說明一下：

E彈性勢能＝E直立跑＝E前傾跑

E彈性勢能＝E(重力勢能)＋E(動能)＝mgh＋1/2mv2

由于“前傾跑”mgh＇因后蹬角變小，使得mgh＇前傾＜mgh直立，這是因為蹬地后所受反作用力的sin值變化造成的，從而使人體騰空高度交小，所以使得“前傾跑”的動能增大，也就是1/2mV2直立＜1/2mV2前傾?V2直立＜V2前傾，從而說明“前傾跑”動能部分増加，也意味著速度増加。

(3)有關(guān)穩(wěn)度的問題

“前傾跑”比直立跑的穩(wěn)度是要差一些，但都屬于運動中的不完整平衡，且前傾的角度是可以調(diào)節(jié)，也就是說通過改變技術(shù)動作可以調(diào)整，保證正常地完成整個賽程距離平穩(wěn)地運動。

在此我說明一個真理，技能都是通過后天的練習(xí)形成的。

“前傾跑”的途中跑，由于身體重心的前移，在運動過程中始終會受到一個向前翻倒的力，它會讓人產(chǎn)生仆倒，怎樣克服？在此我介紹四種方法簡單說明。

A、增大擺腿幅度，讓重心落在前支撐點后方。

B、増大上肢擺幅，増大人體轉(zhuǎn)動慣量；前擺用力向前向上，后擺放松(這里又與“公理”相反)

C、加大四肢擺動頻率。

D、利用上體前傾在運動中產(chǎn)生向上升力，部分維持身體平衡等等。

總之，就是通過改變技術(shù)動作，不僅做到提高速度，而且還要維持身體平衡。(這些技術(shù)動作掌握是要通過后天的練習(xí)才能做到的)，順便說一下，中國人不是天生就會用筷子的。這些道理是一樣的。

(4)關(guān)于跑的技術(shù)階段的對比簡單分析。

A、后蹬階段

相對直立上體途中跑同等時期而論，當“直立”狀途中跑重心支撐點時，后蹬開始了；而此時“前傾”狀的途中跑后蹬已開始了一小段了，為什么呢？重心前移的原因，后支撐點到重心投影點，“直立”狀態(tài)的連線線段小于“前傾”狀態(tài)的連線的線段[5]。如果動作幅度和移動速度一樣的情況下，腿部在這個時期工作作用力一樣的話，那么“前傾跑”狀態(tài)后蹬過程就要用時長一點。也就是沖量問題Ft傾＞Ft直，而Ft＝mV，m是不變的?Ft傾＝mV傾＞Ft直＝mV直?V傾＞V直。

B、騰空階段

從腿部蹬力而言，“前傾”狀態(tài)的與“直立”狀態(tài)的力量絕對值相等，而方向不一樣。前一種垂直向上力為Fsinθ傾，后一種垂直向上力為Fsinθ直。由于重心的前移，θ傾＜θ直?Fsinθ傾＜Fsinθ直?垂直向上的加速度a傾＜a直，那么騰空值H就有了變化，所以H傾＜H直，既而?騰空時間T值的效果：T傾＜T直。在騰空時我們在此不計重心向前向下的這個方面，就談空氣阻力，假設(shè)此時空氣阻力相對恒定，也不考慮此時擋風(fēng)面積之大小，F(xiàn)直空阻×T直＞F傾斜空阻·T傾。這說明直立狀態(tài)比前傾狀態(tài)在騰空時損失速度更多。也說明“前傾”式的騰空階段較短，更便于減少速度損失而加快步頻。這也十分合符國際公認原理：“短跑是以快步頻致勝的?！?/p>

C、著地緩沖階段(由于騰空高度不同，著地緩沖階段對兩種不同狀態(tài)形影不一，傾斜狀態(tài)的騰空的沖量要小于直立狀態(tài)騰空著的沖量，這是因為前一種騰起高度小于直立狀態(tài)騰空高度，如果水平速度一樣，那么后一種的沖量肯定大于前一種的沖量。行家和物理學(xué)者一眼就可肯定[6]。

D、前擺階段

前擺階段是另一腿后蹬階段，這就無需分析了。

(四)談?wù)劜筋l和頻幅的有關(guān)問題

在此我也談?wù)勥@兩者的關(guān)系。通常所說的兩者關(guān)系是相輔相承，又相互矛盾的。一者大或多，則另一者小或少，公認的短跑理論更偏重步頻，這是因為向前的力和加速度來自不間斷而又快的后蹬?！扒皟A跑”由于騰空時間變短，步頻是物理性和生理性的提高了，那么步長呢？是變小了一些，但是我要提出一個“有效”步幅的概念。所謂“有效”步幅，步幅的大而長，必須是在加速過程或相對快而速度穩(wěn)定的情況下長而大，而不是減速度過程中的大，這才是短跑的“有效步幅”。我們知道，跳躍一個步幅可達8m多，最后落地是什么效果的速度[7]。事實上，人體向前運動速度大，步幅自然就會大一些，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術(shù)動作，而騰空不大情況下的步幅和步頻，才是最佳的組合！“前傾跑”中由于身體前傾，是會逼迫人體有意識地加大前擺，以穩(wěn)定平衡的步幅，并能加大相應(yīng)的步長，短跑的時間不長，強度大，就更應(yīng)該降低騰空時間，而不像長跑在騰空時得到短暫休整和少量能量補充和恢復(fù)[8]。故此短跑是步頻快、騰空時間短、步幅大的劇烈速度運動！而“前傾跑”比“直立跑”要切合它的需要！

總之，以上的理論和技術(shù)的論證，是切合科學(xué)理論和實際的，希望有識之士能以此“拋磚引玉”，為中國田徑短跑研究出更好的技術(shù)來，以便中國短跑能在世界上稱雄！

三、我的一些研究數(shù)據(jù)

(1)表1為1996年衡陽市南岳區(qū)區(qū)一中訓(xùn)練一些數(shù)據(jù)(時間：一個月；100m成績對比(年齡16－17周歲))

(2)1997年暑假，時間8月17日－8月21日，4天內(nèi)對岳云中學(xué)劉建平、李凱兩生進行技術(shù)練習(xí)結(jié)果，這兩人都是中跑運動員，對他們進行三天訓(xùn)練，并教了部分技術(shù)，前后對比結(jié)果如表2：

(3)1999年，我任高301班、302班體育教師，并負責(zé)整個高中隊訓(xùn)練。我對短跑運動員又進行一次對比訓(xùn)練，對比如表3：

(4)2002年以后，我調(diào)任初中部工作，每天訓(xùn)練時為65分鐘(可見作息表)。2004年參加全縣比賽時，初中組100m第一名成績比高中組100m第一名還快，而且時同為2004年12月初，氣溫比較低，肌肉活性處于較低工作狀態(tài)，但此人仍能以11"59成績奪取全縣初中男子組第一名，另一人，以12"3奪取第三，我把這兩人學(xué)習(xí)前后的數(shù)據(jù)介紹一下(時間為1個月)如表4：

(5)2007年，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)要求，我負責(zé)高二體育教學(xué)和全部高二體育生的訓(xùn)練，我又做了一次實驗，對高中組丁勇、王毅、譚榮、彭星、唐光輝、祝文皓六人進行了不公開的訓(xùn)練。此六人在短跑上都有了長足的提高、時間三個月，其它十五人沒有學(xué)習(xí)這些技術(shù)，所以100m提高大多不超過0.5"左右。(如表5)

(6)2011年的“前頃跑”一些有關(guān)數(shù)據(jù)這期間我選定男、女共兩組人進行對比，維持一個半月的訓(xùn)練。(打“★”為學(xué)習(xí)者，無“★”為原有技術(shù)者，100m成績對比)(如表6)

(7)2014年的對比(兩個男生，為期兩個月)(如表7)

表1：

表2：

表3：

表4：

表5：

表6：

表7：

四、結(jié)論

雖然我個人從未公開對這種不成熟的科研，但我希望我能拋磚引玉，以便今后短跑技術(shù)改革、短跑器材更新，能讓體質(zhì)、體能較差的黃色人種能在世界短跑界上有所作為。這也是我的夢想。

總之，途中跑采用“前傾式”姿態(tài)，我認為能夠更好的提高短跑成績，這種途中跑姿更加適合快跑。