2014年6月23日 星期一

「量化」是科學化訓練的關鍵 PART 3:跑步技術如何量化?Foreruner 620竟然做到了!

體能與肌力現在要量化都不難,但對技術來說來難了!沒想到GARMIN這支Foreruner 620(下面簡稱FR 620)竟然可以量測跑步技術中某些關鍵性指標。我指的關鍵性指標是:
  • 步頻(每分鐘跑幾步,單位:step per minutes,簡寫為spm)
  • 垂直振幅(每步身體上下振動的幅度,單位:centimeter,簡寫為cm)
  • 著地時間(腳掌落地後在地面支撐的時間,單位:millisecond,簡寫為ms)
文章用(修正) (2)
我和譽寅已經用FR 620訓練了一個月,其他數據就先不談了,來分享一下6月8日那天跑全馬的數據。原本只是帶東華大學三十幾位馬拉松課的同學去跑台東馬拉松,但期初時想說都帶同學去了就自己也報名下場,一開始就打算順順全場以等心率跑完,丹尼爾在書中指示馬拉松跑者在跑全馬時,全程的心率大約都落在80~89%的最大心率,就我而言是151~170bpm。比賽前我就設定自己在進入最後兩公里前,絕對不讓心率超過170bpm,目標是以165bpm跑完前40公里,最後以平均心率166bpm完成。這是我第一次設定固定心率跑完全馬,這不但讓我前後兩個半馬的時間都差不多(第一個與第二個半馬都是1小時38分左右),甚至全程的速度都可以維持,到最後都不太會掉速。這對已經長達半年沒有正規訓練的我而言(之前在忙東海岸馬拉松和《挑戰自我的鐵人三項》,之後又忙著新的線上化課表專案和翻譯的撰稿工作),還能在這麼熱的天氣下愉快地邊看風景邊跑到3小時17分已經算是相當不錯了。

下面是這場台東馬拉松跑下來的平均數據和GARMIN CONNECT上面的分析資料:

  • 6/08台東馬全程平均心率:166bpm
  • 6/08台東馬全程平均步速:每公里4分45秒

十個月後的目標是希望從180公里的腳踏車下來後還能繼續維持心率166bpm以每公里4分15秒的配速跑完全馬(在226中全馬跑進3小時)。有了這支穩定能量測到心率的設備後,目標就變得更明確了!有了這支GPS心率錶後,這個看似不可能的目標「具體化」後也變得沒那麼難了!


菁英選手的平均步頻很少落在180以下的

譯自Daniel's Running Formula第二章,作者丹尼爾自述:
在一九八四年在洛杉磯舉辦奧運那段時間,我和我太太每天在跑步比賽的會場,看不同跑者跑步並計算他們的步頻,有時預賽和決賽都看見同一位跑者,所以他的步頻也算了好幾次。那次奧運,我們紀錄了50多位男女跑者的步頻,距離從八百公尺到馬拉松都有。
經過計算後,所有的跑者當中只有一位的步頻每分鐘少於180下。八百公尺比賽的步頻最好能每分鐘超過200下,有時千五的跑者也會超過200下,但從三千公尺到全程馬拉松跑者的步頻都很接近,差別只在於距離愈長的跑者步距也跟著縮短。(在一九八四年奧運中只有女性才有三千公尺的比賽項目)
有一次在我們的實驗室,有位馬拉松奧運金牌得主前來當受試者。他在每英里跑七分速(每公里422)時步頻為184;加速到每英里6分速(每公里345)時步頻提高到186;再拉高到每英里5分速(每公里37)時步頻拉到190。這表示他的速度增加16.5%,步頻只增加3%。顯而易見跑者似乎在某個特殊的步頻下會感到最自在,在不同的比賽提升速度時,通常是步距加大,步頻改變很小。
大部分的菁英跑者都有相同的跑步技術,其中也包括了高步頻。

6/08台東馬全程平均步頻:167spm

6月8日 台東馬拉松42.195K平均步頻167spm.GIF
第一次帶著這支FR 620跑全馬讓我嚇了一大跳,原本在訓練時步頻至少都有175以上,當然需要再努力,但還可以接受(菁英耐力型跑者基本上都落在180~190spm,180spm只是下限)。這次全馬跑下來最後量到的平均值竟然只有167spm。「怎會如此之低?」因為在剛拿到時我已經測試過好幾次看他步頻的計算功能是否準確,前後試了數十次都能精準量到步數,所以基本上我相信FR 620紀錄下來的數據。所以藉由他的此項功能,我才知道自己在跑全馬的步頻竟如此之低。還需要好好加強!!!

因為步頻是決定效率的一大關鍵,所以我之後的訓練必然要好好提高步頻才行。目前的想法是在每次E強度訓練時,拿節拍器跑,設定在185spm,先讓雙腳習慣較高的步頻,不然之後就算體能進步了,成績的成長還是會受限。就算一輩子無法達到國際級菁英選手的水準,但希望步頻能練到他們的水準。有了FR 620能幫我紀錄每次練跑的平均步頻,之後訓練也多了一項明確的目標。

 

上下振幅11公分,就像你每一步都在往上爬11公分的階梯一樣

譯自Daniel's Running Formula第二章:
我總是強調步頻要維持在每分鐘180下,最重要的理由在於減小落地衝擊。要記住:雙腳轉換支撐的速度愈慢,停留在空中的時間愈久;在空中停留的時間愈久,身體質心離地的距離愈高;身體質心離地愈高,下一步落地衝擊愈大。相信我,許多運動傷害的起因都來自於落地時的衝擊。


6/08台東馬全程平均垂直振幅:11.1公分

6月8日 台東馬拉松42.195K平均垂直振幅11.1公分.GIF
這也讓我很興奮,原來一開始體力還不錯時垂直振幅還好,大約落在9~10公分,但進入山地與體力下滑後垂直振幅開始上升,我想應該是我用了更多全腳掌或腳跟著地的原因。總之,全場馬拉松跑下來每步平均上下振盪11.1公分,平均步頻167步×總時間197分鐘=32899步,也就是說總共向上振了32899×11.1=365178.9公分=3651.79公尺,可怕的高度啊!浪費了不少能量向上爬了3.6公里多。

經過研究顯示,垂直振幅會跟著步頻增加而減少。就像騎自行車前進時完全沒有振幅一樣,因為輪子有無限個支撐點所以是最有效率的移動工具,而我們只有兩條腿,所以同樣以時速二十公里在平地上移動時,騎自行車會比跑步輕鬆多了。到此可知其中的因果關係是很明顯的:我們需要先練步頻(轉換支撐的速率),才能減少振幅。

騰空時間愈長著地時間愈短,跑得愈快

6/08台東馬全程平均著地時間:238毫秒

6月8日 台東馬拉松42.195K平均著地時間238毫秒.GIF

著地時間為何如此重要。因為你在跑步的過程中只有在騰空時身體才一起往前進,腳掌在著地時是處於靜止狀態的。所以騰空時間愈長、著地時間愈短,就跑得愈快。

著地時間取決於三種主要因素:
  1. 下肢對地面的反應速度(也就是你的爆發力),在同樣的力道下速度愈快,著地時間愈短
  2. 腳掌落地瞬間下肢的「硬度」,硬度愈強,愈能重新利用身體下落時的衝擊力,就像高爾夫球落下時能比皮球彈得更快更高一樣。
  3. 腳掌的落地位置:當你腳掌落到身體重心(臀部)前方時,會像剎車一樣減緩原本的慣性速度,也會增加腳掌落地的時間。
總之:著地時間愈短,愈不會拖到跑步前進的慣性速度,菁英跑者大都在200毫秒以下,看來我努力的空間還很大。

速度愈快時,腳掌的著地時間也愈短。但並非所有的跑者在相同的速度下的著地時間都相同,通常菁英跑者在相同的速度下著地時間會比較短。因為著地時間愈短,跑步效率愈高,所以如果能在訓練時特別強調降低著地時間,就能有效增進跑步的經濟性。

我原本就懂這個道理,但著地時間很難「量化」,無法方便量化的訓練數據其實就沒什麼參考價值,但FR 620竟可以量化它,先不論到底是否完全準確(絕對數值不確定),但至少目前當我特地以腳跟先著地來延長著地時間時,確實比我平常的數值還大得多;當我加快速度時,著地時間的數值也確實變小了,就此「相對數值」來說就具有參考價值。

註:菁英跑者又分兩類,腳後跟先著地的著地時間約在199毫秒附近,前足先著地約在183毫左右。其中在日本龍谷大學(Ryukoku University)也針對415位跑者做過研究,他們在半馬比賽的第15公里處架設高速攝影機,觀測每一位跑者的著地時間。他們得到一個相關性即強的結論,最後成績愈快的跑者,其著地時間愈短。當然:那次比賽中最快的跑者著地時間也是最短的。資料來源:Training Peaks: Ground Contact Time and Running Performance

譽寅的使用心得:

文章用(修正) (4)
雖然我的步頻跟觸地時間都算是中上水平,但卻發現平均垂直振幅高達10公分左右,從前一直強調要多訓練高步頻,而這個功能為我帶來了新的訓練方向 - 降低垂直振幅,也就是要把這10公分垂直跳的力量盡可能地轉換成往前移動的力量,並保持原有的步頻與觸地時間。

一般穿鞋子跑跟赤腳跑,兩組數據比對後,發現平均垂直振幅從10公分下降到7.8公分,平均步頻也從174spm提升到188spm,觸地時間同為213毫秒,而平均步幅則從1.15公尺下降到0.97公尺。下面黃線的「高度落差」就是我著地和騰空時上下振幅的高度:
垂直振幅比較.jpg

我與譽寅關於步頻與振幅的跑步訓練影片:

下面是譽寅幫我拍攝「維持跑頻185spm在不同配速下跑姿的變化」,第一段是用185步頻跑4:00~4:30/公里,第二段是用185步頻跑3:00~3:20/公里:
下面是鐵人隊的柏泰幫忙拍攝,我跟譽寅同樣跑四分時,垂直振幅的比較: