硬核跑步日记之:物理碰撞动力学

两个物体发生碰撞时,其结果是纯物理性的。无论是高速公路上超速行驶的机动车、沿着毛毡桌面滚动的台球,还是以每分钟180步的步频与地面发生碰撞的跑者,这都适用。

地面与跑者足部之间接触时的具体特征决定了跑者跑步的速度,但大部分跑者都很少花费时间来研究自己的“碰撞动力学”。跑者们关注自己的每周千米数、长跑距离、跑步速度、心率、间歇训练的结构等,但经常忽略一个事实,就是跑步能力取决于跑者与地面的交互作用的质量,并且所有接触的结果都取决于物体相互接触的角度。人们在打台球的时候明白这一道理,但在跑步的时候却往往忽略了这一原则。他们通常完全不关注腿、脚与地面接触时的角度,即使有些角度与推进力最大化、损伤风险最小化高度相关,而其他一些角度则会产生额外的制动力并增加受伤的可能性。

人们以自己自然的步态跑步并且坚信这就是最好的跑步模式。大部分跑者并不重视与地面接触时的着力点(是使用脚跟、全脚掌还是前脚掌触地),即使他们选择的是错误的会增加制动力和损伤风险的触地点,他们还是通过双腿产生更大的力。很少有跑者会考虑触地时自己腿部的硬度,尽管硬度对冲击力模式具有重要的影响。例如,地面刚度越大,在被冲击后向跑者双腿传回的力就越大;腿部硬度越大,被推向地面从而产生的前进的力就越大。

通过关注腿、脚的触地角度、触地点、腿部硬度等要素,跑者与地面的接触情况是可预测的,也是可重复的。况且由于没有哪个跑者(即使是博尔特)能以光速运动,因此,无论跑者的训练量、心率或有氧能力如何,牛顿运动定律都适用于接触的结果。

从冲击力和跑步速度的角度来看,牛顿第三定律尤其重要:它告诉我们.如果一名跑者的脚在触地时腿相对伸直,且足部在身体前方,那么这只脚会向前、向下触地,而地面会向上、向后推动跑者的腿部和身体

正如牛顿所说:“所有作用力都存在大小相等、方向相反的反作用力。”而这种情况下的反作用力的方向恰恰与跑者所希望的运动方向相反。换言之,跑者想要向前运动,但与地面接触后形成的力会把他向上、向后推(下图)。

当跑者用脚跟触地,且足部位于身体前方时,初始冲击力(及因此产生的推进力)的方向为向上、向后,与跑者期望的运动方向相去甚远。

当跑者以错误的腿部角度与地面接触时,牛顿定律指出其产生的力一定不是最优的,而且该跑者永远无法达到最快的跑步速度。因此,跑者们有必要学会使用正确的触地角度,这是正确的跑步模式的基本要素。

触地中的关键角度称为“胫骨角度”,由足部初次触地时胫骨与地面形成的夹角的度数决定。测量胫骨角度的确切时刻是足部与地面初次接触时。要确定胫骨角度,应当从膝关节中心位置起,画一条平行于胫骨的直线,通向地面。另一条线以平行于胫骨的线与地面的接触点为起点,沿着地面笔直向前画。然后用这个角度减去90度,即得到实际的胫骨角度一触地点处胫骨与垂直于地面的直线形成的夹角的度数。

例如,足部初次触地时地面与胫骨的夹角为100度(下图)则实际胫骨角度为10度(100度减90度)。(记住,胫骨角度实际是在触地点处垂直于地面的一条直线与胫骨之间的夹角的度数。)

胫骨角度是在触地点处胫骨与垂直于地面的直线形成的夹角的度数

胫骨角度可以为正、零或负如果足部与地面接触时胫骨从膝关节处开始向前倾斜、则胫骨角度为正(下图)。如果足部触地时胫骨恰好垂直于地面,则胫骨角度为零(下下图)。

如果在触地时胫骨从膝关节处向前倾斜,则胫骨角度为正。

触地时的胫骨角度为-6度(84度减90度)(下图),跑者在触地时可能会向前摔倒。

如果在触地时胫骨从膝关节处向后倾斜,则胫骨角度为负。

说了这么多,你搞懂跑步模式的要素了吗

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