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跑步姿势:如何了解自己目前的前倾角度?

原标题:跑步姿势:如何了解自己目前的前倾角度?

前倾角度示意图

跑步姿势:如何了解自己目前的前倾角度?

前倾角度为脚掌最后离开地面前的点(此时身体部分体重还留在脚掌上)与臀部连成的直线,这段直线与垂直于地面的铅直线所形成夹角,即为跑者的“前倾角度”,前倾角度与步幅有直接关係,因为前倾角度愈大,脚掌落得愈远,步辐因此也愈大。

如何瞭解自己目前的前倾角度?

判断跑者的前倾角度,需要从侧面拍摄跑者的跑步姿势,在做着地点的取样时,必须要在身体重量还在支撑脚上时取得,并非脚尖最后离地时。因为脚尖离地时已经失重,对加速度并无帮助,例如右图中的跑者的脚尖已经离开地面,因此不能以此时的脚尖位置当作前倾角度的依据;左右中的跑者跖球部仍支撑在地面上,此时才算是“脚掌最后离开地面前的点”,而非脚尖。

前倾角度对跑步的影响

许多人一听到“利用地心引力”来跑时,很快就会生出质疑:地心引力是铅直力,那它是如何创造出水平动力呢?下面我们从《挑战自我的铁人三项训练书》中摘图来说明。

先从球的滚动来说明移动的原理。当你把一颗球静止不动地摆在桌面上时,它的重心刚好落在它与桌面的接触点上,两点相同,所以保持平衡,但只要你稍微抬高桌子的一边,球的重心一但超过那原始的接触点,它就会失去平衡而滚动。也就是说:球滚动的原因是为了寻找新的平衡而不断地改变支撑点。

球本身并没有做任何事,它只是顺着重力转换支撑点而已。当你利用重力,使身体重心落在支撑腿的前方,如此身体就会自然地为了寻求新的平衡而前进。身体只是为了寻求新的平衡,不断换脚以改变支撑点。人类的跑步动作,就是靠着双腿不断地转换支撑点来前进。

当跑者从速度 0 的静止状态开始移动,启动时必须要有加速度,跑步的加速度就需要靠着身体重心前倾时的失衡状态来产生加速度与步距。

你可以立即在原地试试看,交替把左右脚脚后跟往后向臀部拉起、放下,的确轻松省力,但不太容易前进。可是只要你稍稍地把重心(臀部)往前倾,就会发现身体自然地往前移动。没错,这就是自然迈步的跑法。你可以发现当你愈往前倾时,因为重心往前移,脚步会自然加快,每一步之间的距离会加长。

假设你的体重为 m,前倾角度为α,重力常数为g,因此 “mg˙sinα”即为你前倾时所造成的“力量”(F), 我们假设你前倾的力创造了加速度a,则有ma=mg˙sinα。消去 m,得到:a=g˙sinα,也就是说:前进的加速度和前倾的角度成正比,前倾角度愈大,向前冲的加速度也愈大。

(以上摘自徐国峰:《挑战自我的铁人三项训练书》,台北市:脸谱出版,2014年,页47~49)

因此,综合以上关于前倾角度的讨论,从物理归纳的结论是:愈大的前倾角度+愈快的步伐=跑得更快

反之,不管你的力量多大、爆发力多强、神经反射多快,只要你的前倾角度等于零,双脚动得再快都只会是原地跑而已。既然只要速度会跟着前倾角度一起提升,那为什么许多人还是跑不快呢?因为前倾角度增加时,不但落地的冲击也会跟着加大,而且未经训练的步频也会使你的脚步跟不上前倾所造成的失衡状态。当脚跟不上,肌肉也负荷不了时,此时身体就会自然要你跨出脚掌,不要前倾那么多……当然,速度自然就掉下来了。

实验的结果:日月潭铁人赛中菁英跑者的前倾角度研究

我想要实地瞭解臺湾的菁英铁人们在跑步时的前倾角度跟速度间的关係,因此今年的日月潭铁人三项锦标赛,我们利用摄影机纪录单项跑步时前十名菁英选手的跑步影像。我的做法是利用Garmin Virb运动摄影机,以1/4秒速率的侧面角度拍摄选手的跑步动作。

  • 后制使用工具:
  • Movie Maker
  • 小画家
  • Meazure 萤幕量角器

先使用Movie Maker做定格撷取,以同侧脚为主(摄影机在选手左侧,图片撷取以左脚为主),利用小画家中三角形的图示拉出铅直线,在利用Meazure萤幕量角器做测量。如下图:

【图】使用Garmin VIRB摄影机拍摄,利用小画家剪裁与Meazure 萤幕量角器丈量。

丈量完角度之后,先将1-10名的跑步成绩列表,再将1-10名的前倾角度做排名,发现第一名的跑步成绩为36:49:00,前倾角度为18.4度(全部选手第一名),这与实验分析前的预估一样(前倾角度越大,速度越快),开始分析后续几名的跑步成绩与前倾角度的关係,如下:

路跑成绩2-10名的选手,前倾角度与成绩并没有绝对成正比,不过可以察觉到路跑成绩8.9.10名前倾角度确实比较小,为何在2-7名的选手中前倾角度跟他们的成绩无法形成正相关呢?后来在影片中发现了几个关键的变数,也是影响跑步速度的关键,先列出来,之后希望再仔细一一来讨论:

  1. 脚掌拉高的高度:因为脚掌拉起的高度越高,配合前倾的角度,能够让往前落下的距离加大,(本研究无法从影象中分析脚掌拉起的高度,于下面限制中解释其原因)
  2. 步频(步/分):因为“愈大的前倾角度+愈快的步伐=跑得更快”,因此步频是跑步速度的另一个关键指标,本实验中并无法知道每位跑者的步频,因此也成为一项不可控制的变数。
  3. 垂直振幅:有些选手虽然前倾角度大,但跑步时的上下振幅也很大,那反而会降低他的跑速,这也变成无法控制的变数之一。如果两位跑者前倾角度一样时,但其中一名跑者的垂直振幅较高,代表此跑者的跑步力量分散到上下的跳动,没有完全将力量传导到水平的移动上,所以即使是一样的前倾角度,但因为力量分散掉了,所以前进的距离也相对较少。
  4. 触地时间:与上列叙述相同,两位跑者如果再相同的前倾角度下,但是其中一位触地时间较长,代表重心转移的效率较差。举例:一个正方形体与一个八方形体同样的速度在滚动,正方形体因为点与点触地的时间较长,所以在滚动传导上八方形的效率较佳,由此可知为何现在交通工具上的轮子都是正圆形。
  5. 触地角度:其中跟跑步技术关係最深即为触地角度。因为触地瞬间,脚掌与与身体重心(臀部)的角度大小就与减速度成正相关,触地的角度愈大,减速度也愈大。

此次前倾角度研究的限制

从研究中,发现决定跑步速度的原因不只上述所说的5种便因,其中还要考量到“摄影採样的方式”、“地形的因素”、“撷取画面的准确性”。做出以下统整:

  • 在拍摄时,应由定点改为跟拍(或是在跑步机上固定角度进行拍摄)
  • 原因:因为在摄影选手时,定点容易受到其他选手影响,画面取样远近及时间长短不好拿捏。改善办法:先向大会申请在赛道中可使用机车或脚踏车跟拍,增加取样准确性。
  • 离地点和触地点准确性需要提高
  • 原因:“触地点的位置”在实验中扮演最要的角色,点与点中的角度是本实验的重点,必须要在高解析度的图片中取点,才能确保准确性。
  • 作法:同第一问题的解决方式,採用跟拍再将模式改成高画数(可以不用慢动作拍摄,因为后制可以用慢动作处理),再撷取画面后,由同一个人来做离地点、髋关节、触地点的评估。因为同一个人的判断才会一致,由不同人来判断会有误差值。
  • 摄影广角问题
  • 原因:运动相机属于广角(可视角度170度),虽然角度比一般相机的广,但在远端近端的距离会不同,容易造成角度判断的误差值。
  • 作法:摄影机可以改为一般摄影机或是高速摄影机,可以不需使用运动摄影机。一般摄影机相素较高,拍摄下画质较佳,取样时较准确。
  • 无法判断脚掌拉起高度
  • 原因:因拍摄方法为定点拍摄,拍摄时选手经过摄影机时,远近距离不一,无法依照比例尺方式计算拉起高度,故无法在本文中判断“脚掌拉起高度”
  • 作法:如要将脚掌拉起高度带入研究中,场地应该在跑步机上做採样,高度远近的因素将被控制,参考依据则准确度增加。

【图】此2014年日月潭铁人三项锦标赛,精英男子组选手魏振展的跑步侧面图,测量前倾角度的方式为,先从髋关节髂骨的位置作为身体中心点,取得前脚掌最后离地点,利用直角三角形的特性,取出与地面垂直的点,再算出前脚掌与垂直点间的角度,取得“前倾角度”。

作者:杨志祥/编辑:徐国峰

图片来源:杨志祥、《挑战自我的铁人三项》、耐力网返回搜狐,查看更多

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