從「虎克定律」談跑者的垂直振幅

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上個月廣州一位教學經驗豐富的姿勢跑法教練(我們都叫他老劉)問了兩個有趣問題:「姿势跑法到極致,是不是垂直振幅=0呢?」「頂尖高手垂直振幅是3~5cm,這個振幅的力量来源是?」我花了兩個星期思考該怎麼回,最後決定用博士書中的一張圖來解釋給他聽(附圖),也順道整理分享出來:

垂直振幅不會是零的原因在於「落下」(Fall)。落下是跑者加速度的來源,為了向前跑我們必須讓落下發生。而跑步的「落下」是指身體重心向前落下,所以身體重心一定會下降,這是支撐期的的垂直振幅,我們先把它假設為x,x不可能等於零。

接著腳掌離地,身體完全騰空。騰空的主要原因是身體落下向前失重,但若步頻夠快,下肢落地時會有「彈性」,身體會彈起,這是姿勢跑法裡在談的「彈力」F=-Kx。K是彈性系數(剛性);x是位移量。對跑步來說位移量x愈低愈好,所以下肢的剛性要夠,這也是為什麼跑者要練力量與彈跳動作,目的是在:增加剛性(K)與彈力(F)。

所以老劉問頂尖高手的垂直振幅3~5公分的力量來源主要是?答案是「彈力」,這也是菁英跑者跑得輕巧與省力的關鍵。若是利用「肌肉力量」的話就會比較費力。這也是上次廣州場教練認證課時博士兒子提到的重點之一:肌肉的功能主要用在大負重「較慢速的收縮」,肌腱與結締組織(包括筋膜)的功能在於運用自身體重「較快速的反射動作」。所以大部分的跑步教練都會建議跑者的步頻要達到180/分,當步頻太慢時就無法用到肌腱與結締組織的彈性。

每次上課我會用跳繩當作喻:假設今天的課表之一是跳100下的跳繩,每次跳起高度一樣的情況下,兩秒跳一下和一秒跳三次哪一種方式比較輕鬆?每個人只要試跳之後都會回答一秒跳三次,因為速度加快時才能用到下肢本有的彈性,運用更多的彈力是「省力」的代名詞=節省肌肉的力量。

老劉在臉書上接著提問:下肢的剛性要夠?但我們姿勢跑法也強調了落地腿的膝蓋要微屈,這是不是會有點矛盾呢?

這是個好問題(每次上課和討論時最喜歡回答這類的問題)。

落地時膝蓋要彎屈才會有「彈力」(想像膝蓋打直是沒有彈力的),但落地後才是重點。以微彎的角度落地,但落地後髖/膝兩關節都要盡量不能彎,意思是:兩個關節都會彎,但彎曲角度要非常小才行(也就是x要非常小,但一定會有},這個極小的x也正是彈力F產生的原因。

如果頂尖高手的垂直振幅為3~5公分(這邊定義為z),我們把支撐期質心的垂直振幅定義為x;騰空後質心的上升部分訂為y。

z=x+y

x和y都要愈小愈好。x要小的關鍵在腿部剛性要夠;y要小的關鍵在不能主動進行推蹬動作。在虎克定律:F=-Kx的公式下,為了維持相同的彈力(F),x小代表剛性K要很大才行,這即是代表下肢的肌力要夠。


註:圖片翻拍自Pose Method of Triathlon Techniques, P93

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【國峰的水中練功日記】
  • 2005 擔任國立清華大學游泳隊隊長(大學期間加入游泳隊之後,從此深深著迷於耐力運動的世界)
  • 2006 畢業於國立清華大學化學工程學系,輔系 ─ 外國語文學系
  • 2007 開始從事鐵人三項訓練
  • 2008 以十七天跑步環台1017公里的行動為世界展望會──飢餓三十募款
  • 2009 畢業於國立東華大學中文研究所,隨後入伍。退伍後定居於花蓮,從事寫作與鐵人三項訓練。
  • 2011 起擔任國立東華大學鐵人三項代表隊教練
  • 2012 起擔任國立東華大學兼任講師
  • 2012 起成為國際菁英鐵人隊Featherlight TriTeam的六位隊員之一 著有:《鐵人三項》(2010,臉譜出版)、《先秦儒家水意像析論》(2011,花木蘭出版)。《在水裡自由練功》(2012,臉譜出版)。譯有:《跑步該怎麼跑》(2011,臉譜出版)
  • 個人部落格:rocky549.blogspot.tw
  • 跑步環台部落格:dhtriteam.blogspot.tw
近年比賽成績
  • 2012 泰國羅永鐵人三項國際錦標賽 總排第一名
  • 2012 洄瀾國際鐵人三項精英賽 總排第二名
  • 2012 台南國際鐵人三項競賽 M25組 第一名
  • 2011 福隆泛舟鐵人男子全程組 總排第二名
  • 2011 台東半程超級鐵人賽(113km)總排第 第三名
  • 2010 Ironman Taiwan 70.3 M25組 第三名(世界錦標賽資格)
  • 2010 台東半程超級鐵人賽(113km)總排第 第三名