浅析短跑项目动作内涵与运动学原理

□ 战春鸣

（大连理工大学 辽宁 鞍山 110043）

2018年6月20日，在法国蒙特勒伊赛上，谢震业以9秒97的成绩获得男子百米冠军，并刷新了黄种人百米记录。而就在三天后的凌晨，6月23日国际田联世界挑战赛马德里站，中国选手苏炳添以9秒91的出色成绩获得男子100米冠军，不但打破了谢震业在6月20日创造的9秒97的全国纪录，更是平了由卡塔尔选手费米·奥古诺德保持的亚洲纪录。9秒91也是到目前为止的今年世界第二好成绩（常规风速下：风速每秒顺风0.2米的前提下）。田径项目作为运动之母，而其中短跑项目更成为大众瞩目的焦点，自乌塞恩·博尔特在2008年北京奥运跑出9秒69的世界百米新成绩后，所有人都怀疑是否人类能将百米的纪录再向前推进，然而在仅过一年之后的柏林世界锦标赛中，博尔特再度以9秒58在度将世界纪录推进至9秒6以内，展现了人类田径短距离的坚强的实力。百米运动以捉摸不透的方式给人新的期待，其中的运动学知识值得探析与讨论。

1、短跑运动项目的动作内涵

对于短跑运动而言，一位优秀的运动需具备很好的身体素质以及运动能力，这其中包括体格、肌力、速度、瞬发力、柔软性、敏捷性、持久力与协调性等。像在百米比赛中，远动员需要在短短的几秒钟内将多年训练的能力发挥到极致以争取好成绩，这是技术层面要求相当高的。对于优秀短跑运动员而言，100米跑这样项目的比赛可能在50步内就可以完成，胜负都只在毫秒之间，因而运动员在训练中必须不断反覆训练同一个动作直到相当精熟，动作的正确性对于运动结果来说非常重要。

跑步是走的延伸,以下肢为主轴产生前进的力量，动作时期区分为着地期和摆动期。着地期是指脚接触地面至脚趾离开地面所需的时间，此阶段都是由地面反作用力驱使身体往前；而摆动期是指脚趾离地的瞬间，直到相同脚再次触地前所需的时间，完成此一连续动作则称为步态周期。随着跑速的增加，着地期会减少，相对地摆动期则会增加。当步态的着地期减少，并不代表跑速就会增加，是因为个体必须有能力在极短暂的时间内产生强大的力量，以获取更大的地面反作用力，进而提升整体的跑速。因此在跑步的过程中，着地期阶段会有制动与推蹬的力量产生，当着地期的着地距离越大，其制动的力量也就越大。优秀运动员单脚的着地时间占单脚一个周期的22.1%，而前摆时间却占了77.9%，两者比例为1∶3.5。随着着地期的时间缩短，腿推蹬的力量越大，速度也越来越高。速度就是步幅和步频的乘积，因此，步幅越大，步频不变，速度越快；步幅不变，步频加快，速度越快。通常认为步幅的重要性比步频相对要高，一般影响速度的因素大小依次为步幅、步频、着地时间和身高。步幅对短跑的影响大概是步频的2.65倍。步频与着地时间和腾空时间的关系密切，依靠减少两者时间来提高步频，则着地时间是腾空时间的1.42倍。

上肢摆臂在跑步过程中并非是主要动力来源，但在跑的过程中，摆臂是不可缺少的一部分。摆臂与跑步和抬腿踏步是相关的，上肢动作的变化直接影响下肢动作。短跑运动员必须在未发育成熟前开始施以得当的摆臂训练，而其赛跑成绩可能因合乎力学原理而效果倍增，短跑的摆臂速度将决定腿的速度，所以顶尖的短跑运动员，必须具备快速且强劲的摆臂能力。短跑运动员进行快速有力的摆臂有助于维持身体平衡，调节腿部动作所引起的不稳，能防止抬腿跨步时身体的前旋动作，平衡了髋关节的回转力量。正确摆臂动作有助于更好的髋关节转动和腿部摆动，促进了腿部动作的速度，也增强腿后蹬力量，加大步幅。由此可知摆臂对跑步动作的影响相当高。

2、短跑运动项目的运动学原理

在短跑速度技术的层面上，步幅和步频是运动员速度的组成，因此不管是提升步幅还是步频的训练，都可以有效帮助速度的提升。传统的田径短跑训练中许多教练都着重于把运动员练的”更有力量”，而近年来取而代之的训练是着重于在跑步过程当中，运动员每一步理想的动作范围中。对速度而言，步幅和步频则是构成速度的两大关键因素，也是评价优秀短跑运动员技术是否合理的重要指标。例如在国内很多男性运动员的步幅和步频发展不平衡，与国外选手比较，步频能力较国外选手优异，步频能力是影响我国男选手平均速度的重要指标，但步幅能力的增进，也是不容忽视的一环。步幅为跑步过程中单脚尖着地点到另一支脚尖地点的长度，计录为一步几米，步幅的大小又跟运动员的身高及高速期每一步的着地期和飞行期有关，通常着地期是飞行期的1.42倍，因而应该设法提高腾空期在单一步中的比例，以提高人体内能利用率和充分利用人体腾空运动时的惯性。一般亚洲男子百米中的着地期与飞行期运动员的身体中心水平位移的比值为1∶1.52，这与美国运动员的 1∶1.17有较大的差别，显示出亚洲运动员在步幅的表现明显低于美国运动员。跑步达到最高速时，其步幅也相对增加到最大，步幅的长度全仰仗膝关节的抬高，膝关节必须自然的向上摆起。步频为跑步行进中，单脚尖着地至另一脚间着地的时间，通常记录为每秒几步(步幅/秒)，在高速跑时应该运用前脚掌积极的着地技术，并且在着地前迅速向前下着地伸展踝关节，以缩短着地时间。若要加快步频，需要把已抬高的摆动脚迅速的往前下方着地来缩短在空中停留的时间。亚洲男子百米运动员在高速期单步时间平均值为0.207，步频约为4.84步/秒，而着地期与飞行期时间比为1∶1.454，与美国选手的1∶1.118有明显的差别。在步幅的参数提升方面，根据生物力学特征对百米现代技术特点的研究中指出，大小腿充分折叠的后摆技术缩短了摆动腿的旋转半径，提高摆动速度，同时也带动了同侧髋关节前送，增大两腿之间的夹角，为增大步幅提供有利条件。

在百米途中跑的动作中跑得越快，恢复角度越小，在后摆折叠阶段，大小腿折叠角度小，缩短旋转半径，减小腿的转动惯量，因而获得一个较大的角速度，加快大腿向前摆动的速度，而快速前摆也同时增加了大腿与垂直面的角度，进而增大步幅，回收期后蹬腿用力蹬离地面后应立即屈膝，小腿尽量靠近大腿，让大小腿折叠以缩小旋转半径，加快前摆速度；前摆期大腿应尽量抬至水平面，以利加大步幅。屈蹬技术可保持较大的肌拉力角和肌拉力矩，而提高大小腿折叠量，缩短前摆半径进而提高前摆速度。而高抬大腿能加长腿的工作距离，增大步幅，且快速前摆大腿能对人体产生向前上方的拉力，减少制动，使身体快速前移，缩短着地时间，同时带动同侧髋关节前移并增大步幅。着地期分为前着地期与后着地期，在前着地期为脚掌接触地面后至身体重心正下方的期间，较好的选手在教着地后会持续以髋关节力量加速，在这期间选手应该强调后抓，协同腿后肌及臀肌持续加速；后着地期是脚掌由身体中心正下方开始直至离开地面的期间，大部分选手只展现了30%的推蹬力量，这段期间因脚接触地面而身体重心速度减少，选手应该持续强调推蹬让身体重心速度在脚掌离地前恢复。男子百米运动员在推蹬时的膝关节伸展的较度平均为156±5.9度；其推蹬角度平均为59±5.9度；着地脚为92±3.8度。回收腿期即为夹腿，又称为恢复期，在此阶段开始由后往前加速，选手必须在大腿由后至前抬的活动范围以最短的时间快速夹腿。为了能快速夹腿，当脚离开地面瞬间，应以最快的速度弯曲膝关节并将脚后跟提起至臀部，这可以帮助运动员加快摆腿速度。

跑步中重视摆动技术，以快速摆动促进快速后蹬，可有效提高跑步的经济效应。百米速度越快，恢复期的膝关节角度越小，前摆时两位选手并没有过分的提高大腿，而是自然前摆。依据杠杆原理，大小腿折叠角度的大小，直接影响前摆时阻力臂的大小，折叠角度越小前摆阻力臂越小，摆动的旋转半径越小，前摆角速度越大，而加快了大腿带动小腿前摆速度。剩余期的关键为维持身体的位置、脚尖上翘、大腿前踢、脚后跟前移；回收腿期关键为维持身体的位置脚尖上翘、大腿前踢、脚后跟上提、在另一只腿着地前使回收腿的膝盖以脚踝越过并超过另一只腿膝盖。转换期是回收腿后大腿开始减速至另一只腿离开地面的期间，如转换期能有效的完成，在大腿减速后将会把向上的力量转换至身体，减轻身体的重量，以达到更大的步幅。

躯干位置可说是短跑动作学中最重要的一环，而身体位置包括核心肌群稳定、姿势回位及控制躯干直线，核心肌群的稳定包括了姿势回位及控制。第一对速度的影响为身体重心将会前移以致运动员在跑动的同时躯干纵切轴会产生向前转的力矩。运动员将会用两种方式补偿往前的力矩以防跌倒，一为跑者必须施于更多向下的力量以补偿以防过于向前以防跌倒，如此一来施于向下的力量就会多于向前的力量以致跑者失去向前性；二为如果躯干过于前倾，跑者的着地脚会落在身体重心之前以补偿力矩，如此一来运动员便会遗失些许力量将着地腿推至重心下方才开始推向前。第二影响为产生躯干偏离重心轴的扭转。如此一来下一步必须向前跨大以补偿左肩向后的力量，往前跨大步后脚将落至髋关节前方，这时脚的着地力量如果过于大就会产生剎车，过于小就会流失力量。第三影响在摆荡期的最后，髋关节会产生向后的弯曲的力量。

3、小结

本研究通过对短跑项目动作内涵与运动学原理分析软，期待对动作有更深层的了解，以为运动员和教练或选手在训练或者比赛中为技术实践运用上提供参考与借鉴价值。