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我们究竟能跑多快

2015-05-07

少年科学 2015年4期
关键词:跑鞋假肢尔特

人类相比于其他同样体型的动物而言,速度并不占优势。在动物界,100米跑的前50名中,人类大约排在第28位,仅仅在大象之前。

陆地上赛跑,猎豹是当之无愧的冠军(110千米/时),叉角羚羊屈居第二(88千米/时),在两条腿的动物里面,鸵鸟应该算是奔跑的世界冠军,最高速度是72千米/时。目前短跑冠军博尔特的最快速度大约是45千米/时。

跑步速度有极限吗

北京奥运会上,牙买加“闪电”博尔特用惊艳全场的9.69秒创造了赛会百米短跑新纪录,并在次年的柏林世锦赛上把人类极限推至9.58秒。这一纪录一直保持至今。

当前百米短跑的纪录快要纳入以千分之一秒作为尺度的时代,每次微小的纪录突破可能要间隔数十年。据科学家预测,人类百米跑的速度已经接近极限。

● 1896年,首届现代奥运会,世界上第一个男子100米纪录诞生了—12秒。

● 1904年,百米世界纪录就缩短了1秒。

● 20世纪60年代以前,100米纪录被频繁更新。之后,打破世界纪录就进入了以百分之一秒作为尺度的时代,破纪录难度越来越大。

● 从1960年至今,人类经过50年推进,仅把世界纪录向前挪动了0.22秒,也就是说人类破纪录的速度几十年前已经放缓。

为什么不能跑得更快

人类的直立行走限制了跑步速度。相对于其他动物,人类的大脚丫和大量的下肢肌肉是限制快速奔跑的原因之一。有研究表明,如果人类能像鸵鸟一样用脚尖奔跑,跑速将会达到69 千米/时。

肌肉类型是限制奔跑的另一个重要因素,人体肌肉有快肌和慢肌之分。快肌主要通过无氧代谢快速提供奔跑的能量。慢肌通过有氧代谢缓慢提供肌肉耐力所需要的能量。而人体肌肉受遗传因素影响,快慢肌肉比例有差异,因此运动速度也有区别。奔跑的动力来自肌肉做功产生的能量,与肌肉中供能系统有关,也就是单位时间内肌肉产生三磷酸腺苷(ATP)的效率高低。

人类100米跑速度还取决于身体结构,以及骨骼和肌肉能耐受多大的压力。这种压力是快速奔跑时产生的。肌肉收缩发力对自身骨骼和肌肉造成压力,运动员向前跑的动力大部分是由股四头肌收缩提供的。股四头肌又与膝盖连接。跑步时,肌肉、关节和骨头都需要承受这种由肌肉收缩产生的强大压力。

总之,身体结构、遗传素质、骨骼及肌肉的承受能力等都限制人体的速度。那么,抛开天生的很多生理因素,有没有办法跑得更快呢?

怎样跑得更快

加快摆腿。这是我们一定要努力的——快速摆腿,但这也是有极限的。美国南卫理公会大学的学者韦安德通过高速摄影机分析出,每个跑步者在达到最高速时,从抬脚到落地约耗时1/3秒。更有趣的是,无论是博尔特还是老奶奶,这个数字几乎没有出入。也就是说,摆腿再快,也无法突破这1/3秒的生理极限。不过,南非“刀锋战士”皮斯托瑞斯例外。这个双腿截肢的选手依靠一双碳纤维假肢跑步,假肢重量远比正常人轻,因此他能比其他选手摆腿快20%。

加大蹬力。对绝大数选手来说,速度更取决于他们能从地面获得多大的蹬地力。数据显示,一个冠军级别的短跑选手,可以产生2.5倍于其体重的蹬地力,而大多数人只能产生2倍的力。当博尔特的脚掌着地时,在几毫秒时间里可以产生约4000牛的蹬地力。

于是,有人想在跑鞋上做文章,穿弹力更大的跑鞋。但这一技术的帮助非常有限。因为跑动中的双腿就像弹跳棒,接触地面、压缩肌肉,如果新跑鞋技术介入,那步态就必须改变,从而干扰腿的反弹,影响整体表现。对于普通跑步者,一双舒适的跑鞋很重要,绝不是弹力越大越好。皮斯托瑞斯例外,因为他的假肢比正常人的更富有弹性。

补充能量。这是一门学问,营养学家在研究,如何在保证人体健康、不服用激素类食物的前提下,补充能量,使人跑得更快。从人体代谢的角度,限制爆发力和速度的因素是体内能源物质——磷酸肌酸的储备。对于优秀的短跑选手,适量的补充肌酸有助于体内磷酸肌酸的合成,也有助于提高速度和爆发力。但也要注意补充的剂量,因为过多的肌酸会导致体重增加明显,从而又限制速度的发挥。

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