首页 >> 专题:奥运 >> 文章

摘自《奥运中的科技之光》,赵致真著。经赵致真先生授权,科学松鼠会网络发布,转载请注明。

“人的身体虽然活力喷薄、变幻多姿,但却和任何物体一样,有一个看不见摸不着而确实存在的重心,并且在许多运动项目里都需要尽量保持重心的匀速直线性。”

让重心“一路平安”

中国姑娘王军霞在1996年亚特兰大奥运会上以绝对优势夺得女子5000米冠军,历史的画卷里留下了她身披国旗绕场致意的灿烂笑容。当不止一个,而是一批籍籍无名的“马家军”新秀突然从世界田坛冒升出来,曾经令各国好手措手不及。这阵“中国旋风”一度打乱了世界长跑格局。王军霞却由此获得了“东方神鹿”的美称。

如果不了解田径,也许会认为中长跑是最单调和枯燥的运动了。蹬伸、腾空、落地,周期性动作千百次循环往复。然而正因为是一成不变动作的“大批量复制”,因此任何微小的缺陷都会带来巨大的积累效应。国际田径界把王军霞称为“东方神鹿”不仅具有审美意义,同时具有科学内涵,体现了对一种合理技术的简洁概括和形象描述。

我们对身体重心的概念都不陌生,处于站立姿态时,人的重心约在第三骶骨前缘,女性稍低于男性。它是身体各部分所受重力的合力作用点。体位的变化会带来重心的移动,有时能“移”出体外。奔跑也可以看成一种“波”,它的“波长”和“频率”就是步幅和步频,中长跑的距离就是身体重心沿着波浪形曲线走过的路程。两点之间直线最短,显而易见,重心起伏和波动越小,人体实际走过的距离越短,所做的功也越少。早期的中长跑由于蹬地角度过大,垂直分力过多,带来重心上升过高,造成体能不必要的消耗和浪费。有人形象地把这种“跳跃”动作称为“袋鼠式”跑。而另一种“阔步迈进”的姿势被称为“鸵鸟式”跑,也容易因为着地角小、制动反作用力大带来身体重心的速度不匀。而积极增加步频,适当控制步幅,行进稳健放松,则被称为“梅花鹿式”跑。当今大部分非洲黑人选手都采用这种姿势。王军霞之所以被誉为“东方神鹿”,正因为她将步频和步长进行最佳搭配,达到了“梅花鹿”姿势的完美境界。此外,头部保持稳定不东张西望,身体力求平直不左右摇晃,髋部与肩的摆动协调自然,都是确保身体重心轨迹直线性和匀速性的“基本功”。应该力求身体各个环节重心的速度与身体总重心速度方向接近一致。中长跑的任何多余的动作都将会“计入成本”。

clip_image002

竞走是单脚支撑和双脚支撑互相交替的运动,它和跑的区别在于不能出现“可见的腾空”, 支撑腿从着地到垂直必须伸直膝关节。竞走独特的“扭秧歌”姿势如同“水上漂”一样轻盈优美,很大程度上也是为了保持身体重心的直线性。优秀的选手步态平稳,从脚后跟到脚趾尖进行全脚掌滚动,落地的足迹趋于一条直线。除了充分摆臂,自然扭腰,竞走的一大特点是骨盆沿身体纵轴大幅度转动以增加步长并平稳重心。在每个复步中,一侧髋关节的轨迹是一个下降的曲线,另一侧髋关节是一个上升的曲线,髋关节活动范围在5.5至6.5厘米之间,因此髋部窄小的运动员更加灵活。优秀选手在比赛中身体总重心起伏在3至6厘米之间,速度越快重心越容易平稳。

clip_image004

clip_image006

早期奥运会跨栏动作

保持身体重心的直线性同样是跨栏的“黄金法则”。早期奥运会上的跨栏基本都是自由式“跳栏”,颇有当年牧羊人越过栅栏追逐豺狼的遗风。这种上体挺直,曲腿过栏的动作不但身体重心起伏大,体能浪费多,而且两脚几乎同时落地,要稍事停顿才能继续跑动。1896年首届奥运会男子110米栏的成绩仅为17.6秒,不过当时跨栏技术的落后很大程度要归咎于栏架的原始和危险。那些笨重的木架一个接一个深深埋在跑道上,选手鼓勇而来,为了不至被绊倒后“人仰马翻”并取消成绩,只敢在离栏很近的距离起跳并留下足够的高度余量。与其说选手们是跨越跑道上的障碍,毋宁说是跨越心理上的障碍。

不让栏架在跑道上“落地生根”,是跨栏技术的一大解放。将活动栏架的底座从倒T型改进为L型,跨栏便从此不再是危险动作。今天跑道上的栏架遇到3公斤的力便会一触即倒。竞赛规则的改变允许碰倒栏架而不影响成绩,更激发了运动员的创造精神,推动了跨栏技术的突飞猛进。

1936年柏林奥运会上,美国运动员汤斯以14.2秒获110米栏冠军,与平跑速度相差仅2秒。1959年,联邦德国运动员劳尔创造了13.2秒的110米栏世界纪录并保持了20年之久。美国田坛名将摩西1983年登上“400米跨栏王”宝座后,所创造的47.02秒记录整整10年无人挑战,跨栏动作也日渐定型和成熟。当运动员打开双腿“擦栏而过”时,上体加大前倾的“折刀”动作有效“平抑”了重心上升,两臂大幅度摆动抵消身体旋转和维持平衡,两腿快速“剪绞”则使落地动作自然连贯。优秀选手过栏时,身体重心运动轨迹不会高过栏架30至40厘米,很好保持着“低、平、直”的特点。

clip_image008

2004年雅典奥运会上刘翔以12秒91的成绩平男子110米跨栏世界纪录

今天的跨栏概念已经全面向“跑栏”转变,运动员不再为“跨栏”而跑,只是将栏架视为短跑中的障碍,跨栏不过是“跑一大步”罢了。塔当跑道的问世,使过栏跑和栏间跑的速度更加接近,身材日益修长的运动员进一步减少了栏上栏下的重心落差。远起跨、快过栏、近落地,这些要领都是为了最大限度保持身体重心的直线性和匀速性,“中国飞人”刘翔的跨栏技术堪称当代典范。有个小小秘诀可以一试,要看跨栏运动员是否优秀吗?不妨看他在跨栏过程中头部的高度能否始终保持不变。

三级跳远是人类速度和力量相结合的极致。运动员如百米冲刺般踏上跳板腾身而起,单脚砸向坚实的地面后承受着20倍于体重的负荷并在0.2秒内再次弹起,紧接着是第三次刹那间的“硬着陆”和急跳跃。身体经过三次水平抛射,落在三条连续抛物线的另一端。三级跳远技术的演进同样和身体重心有着密切关系。

clip_image010

二十世纪50年代,以苏联运动员为代表的“高跳型”也称“力量型”技术充分发扬第一跳的优势,将头一个抛物线起得又高又远。多次打破世界纪录的谢尔巴耶夫、萨涅耶夫就是“高跳型”的杰出人物。波兰选手施密特曾以17.03米的成绩刷新世界纪录,他所代表的技术流派是“平跳型”,前两跳的抛物线低而平,但第三跳却后劲十足而“扭亏为盈”。两种技术的优劣得失曾经引起旷日持久的争论。1995年,号称“跨世纪飞鸟”的英国选手爱德华兹在“平跳型”基础上发展出“跑跳型”技术,主要靠第三跳得分,创下了18.29米的世界纪录。爱德华兹起跳前的速度达每秒11.9米,比卡尔.刘易斯创百米世界纪录时还快。美国学者詹姆斯的理论认为,在总成绩的百分比中,如果第一跳比第三跳的距离高2个百分点以上,则可定义为“单足型”;第一跳和第三跳距离之差在2个百分点以内,则为“平衡型”;第三跳比第一跳距离高2个百分点以上便是“跳跃型”。尽管技术风格可以因人而异,但国际田径界主流对不同跳法的利弊已经形成了高度共识。

“单足型”技术之所以被基本淘汰,除了因为第一跳对身体的高远抛射给下肢带来“不能承受之重”的冲击力,还因为重心的大幅度起落严重损失了助跑的水平速度,使最后一跳成了“强弩之末”。而“平衡型”和“跳跃型”技术则最大程度减少了身体重心轨迹的波动,能将足够的水平速度保持到最后一跳,提高了对助跑的利用率。

上个世纪20年代后,跳远选手创造了“空中走步”动作。这种离开地面的四肢运动并不能改变身体重心的轨迹,但却有利于保持身体平衡。跳远运动员的助跑速度越快,腾起角就会越小,最佳值一般在20度左右。落地时的重心要低于起跳时的重心,以延长空中停留时间。由于起跳时的“刹车”作用,往往会形成身体在空中以重心为轴向前旋转的力矩,不仅使人在沙坑里踉跄摔倒,还会造成双脚落点比重心近而降低成绩。运动员起跳后在空中的走步与摆臂是一种“补偿动作”,如同人在高处倾倒时会本能旋转手臂维持平衡一样,对身体的扭转力矩进行纠正,落地时便能使双脚恰当地置于重心投影之前。至于美国著名教练尼尔森20世纪70年代首创的“空翻式”跳远,能提高身体重心的抛起角,但由于疑似危险动作而被国际田联禁止。

人的身体虽然活力喷薄、变幻多姿,但却和任何物体一样,有一个看不见摸不着而确实存在的重心,并且在许多运动项目里都需要尽量保持重心的匀速直线性。运动员只有关照好自己的重心,才能在竞赛中“平步青云”。

上一篇:力量的飞翔

0
为您推荐

4 Responses to “看完热闹看门道——奥运中的科学(六)”

  1. [...] 看完热闹看门道——奥运中的科学(六) [...]

  2. xiaobin说道:

    问一下,啥时候松鼠会才能支持firefox下的正常浏览啊。
    要看个图片还要用ie打开。
    打击广大firefox使用者的科普热情啊:P

  3. huanhua说道:

    如果100米跑目前亚洲人无法与欧美人比,110跨栏跑正因为有个栏,技术含量增加,所以才给了我们机会,楼上分析刘翔的重心“一路平安”言之有理,但刘翔的技术还有栏间节奏、落地、反弹统称为“滚动式”。

  4. Harvey说道:

    我也是firefox,可以看到图片啊。虽然我系统是linux的,但应该不会影响浏览器的吧。

Leave a Reply