2016年12月8日 星期四

從科氏力來談跑步的擺臂與擺腿


"Pose Method of Triathlon Techniques"的第16章談到科氏力(Coriolis force),論述得很精彩,利用圖片把部分譯稿整理出來分享:

我們都曾看過花式溜冰選手跳躍旋轉的動作(圖16.4),動作上有許多的變化,但相同的是這些旋轉動作大都是透過手臂(有時是騰空腿)來啟動。花式溜冰選手在旋轉前會先把手臂向外延伸,接著利用擺臂使身體旋轉,下一個加速轉動技巧則是收回手臂靠近身體,此時轉動速度會因為旋轉半徑縮短立刻急劇加快。這是運動選手中運用科氏力最經典的範例。

接著我們來看科氏力是如何運用到跑步運動中。想像一下跑步時把手臂和雙腿刻意向身體外延伸,手肘和膝蓋都不能彎,此時每跑一步手掌都會畫過一個很大的弧線,前腿向前跨大步時,後腿也會同時被留在身體後方,就像一條腿尾巴似的。所以跑步時若四肢都保持伸直狀態,擺動的範圍會變大,擺動的速度也會變慢,這會使你在跑步時更耗費體能。

現在邊跑邊把手腳收回來,使它們在擺動的過程中盡量靠近身體,你立刻就會發現擺動的速度變快了。這就像花式溜冰選手把手腳收回身體就能加速轉動一樣,跑者也是利用同樣的原理來加速擺動。收回手腳的動作不只能加快跑者的擺腿與擺臂動作,也能節省體力的消耗。妥善運用科氏力可以節省肌肉的力氣,所以感覺起來可以跑得更輕快……

用物理公式來解釋這個現象:

→角動量=轉動慣量×角速度(用公式表述為L=I×ω)
→轉動慣量=Σmr2
→L=(Σmr2)×ω

轉動中的角動量會守恆,也就是L不會變,所以當轉動慣量(I)變小時,旋轉的速度(ω)就會加快。

在運動的過程中,身體的質量幾乎不會改變,唯一會改變的是轉動的半徑,當半徑一改變,轉動慣量就會變小。以跑步來說,轉動半徑是指擺盪腿的腳掌到臀部的距離。跑者若想提升腿部擺動的速度,由於腿部的質量無法改變,所以只能透過縮短半徑(也就是腳掌和臀部之間的距離)。這項知識可以從三個方面來提升跑步動作的效率:

1)支撐期:此時你的整個身體繞著支撐腳向前轉動,盡快彎屈騰空腿的膝蓋而且盡量維持在彎屈的姿勢(關鍵跑姿)有助於提升身體向前轉動的速度。

2)擺盪期:想要加快腳掌在臀部下方擺盪的速度,並不需要主動向前用力擺腿,只需要從地面拉起腳掌使膝蓋彎屈即可。收腿時,擺盪半徑變短,所以腿部肌肉不用主動用力向前,擺盪的速度也會自己變快。技術優秀的跑者不會主動向前抬膝,或刻意用力擺腿,他們只是單純把腳掌往臀部拉,腳掌就會因為科氏力自動回到臀部下方(也就是姿勢跑法要求跑者必須盡快進入的「關鍵跑姿」)。

3)擺臂:手臂彎曲能縮短擺動半徑,半徑縮短轉動慣量也跟著變小,也就是說手掌盡量靠近身體擺動會比較輕鬆,但同時也要注意手肘與手臂不能太過緊繃。這也是為什麼所有菁英跑者的手掌都要這麼靠近身體的緣故,因為手臂擺動的速度才能以最少的能量跟上步頻。

利用這點物理知識也許就能幫你突破個人最佳成績。大家必須瞭解:藉由縮短擺動半徑這一個簡單的動作,就能減少體力的內耗,更省體力的好處就是提升整體跑步的效率。