“前倾跑”的探索——短跑途中跑的身体姿态对速度影响的研究

符益民 衡山县岳云中学

一、课题的提出

由于本人从小就从事田径的短跑练习，加之爱开动脑筋，所以我对现有的国际公认的短跑途中跑姿态有些异议。我通过三十几年的感觉和近二十年的研究，我认为这种“公理”不是尽善尽美的，应该有待改善和变化，从而提出如下“异议”：“在短跑途中跑时，人体的上体应是向前倾斜的，应该与垂直轴保15°– 30°向前的倾斜，而不是上体直立或上体前倾不超过5°的”。这就是我提出途中跑姿态，也就是“前倾跑”。这种跑姿的提出，将影响短跑技术的改革，短跑运动员着装的更新、短跑成绩的提高而提出新的研究方面。

二、课题的论证

(一)动物的跑动现象给我们的启示

(1)四肢动物跑动现象给予的启示(相对人类而言)

四肢动物在快跑时，其脊柱状态是这样的：除颈椎外，大多脊柱骨连线几乎与水平面平行，并伴有节奏性变化的弹性弯曲，而人类没有。相对人类而言，首先人类没有了四肢动物脊柱给子弹性势能，这种势能是变化动能一种能量。人的直立习惯从某种意义上说：人类直立后，就丧失了这种本能，从而丧失跑的优势。

其次，动物在跑的后蹬阶段时，其用力的作用与人类不同，就重心与支撑点的连线的夹角上产生不同效果，也就是说，在这个过程中，动物跑的后蹬角都比人类要小。假设蹬地的力相等，那么，这是因为 cosθ’人＜cosθ动物⇒θ＇人＞θ动物。再其次，动物在其后蹬阶段躯干倾斜，造成一种向前重力水平分力比人类直立产生重力水平分力要大，导致a动物(加速度)＞a＇人(加速度)。

还有，那就是动物体形在奔跑时，对来自前方风阻力和后面空气涡流产生的阻力，都比人类直立跑要小些。(同等身体表面积的情况下)，着地步频就不谈了。

总之，一切的一切说明直立的人类的奔跑比大多数四肢类动物有较大差劣。然而人类的习惯是不会象它们一样的，也不可能返回到那种四肢着地时代。但是，我们可以分析出其中原因，从而变化技术，适当地模仿。

(2)两肢动物奔跑现象给予的启示

美洲的走鹃，非洲的驼鸟，以及我们身旁的鸡鸭，都是翅膀退化，飞行能力严重退化的鸟类。它们的弃跑似乎更接近人类的奔跑。但是在长期的生存斗争中，它们形成一种巧妙的快跑法。在十分危急时，此类动物会把头向前伸，使得头与预几乎与水面平行，同时打开它们丧失飞期能力的翅膀，拼命的狂奔。而这个时候是它们跑得最快的时候，而且是不到这种状态就不是这一种跑姿。

分析一下就会明白：它们巧妙地利用了部分身体重力的向前水平分力做为动力，降低了后蹬角的角度，降低头、颈躯干正面挡风面积和整个涡流面积，同时翅膀的打开能从空气阻力中获得一个向后向上的力，这个向上的力就叫升力，可维持身体平衡，而不会仆倒地面。看看吧，何其聪颖！如果人类能部分模仿这，效果会怎样呢？很值得研究和探索！

总之，以上两类陆地奔跑动物的奔跑，都巧妙地利用了身体部分重力的水平分力作为向前的动力；降低了运动方向空气阻力挡风面积，和背后涡流面积；动物的奔跑的后蹬角都小于人类快跑的蹬角。它们奔跑更加科学和合理，这就是奔跑科学和巧妙的技术所在！人类一定可以部份模仿之！

(二)人类在一些特殊情况下弃跑现象的启示

(1)大风中的逆风跑的现象

在起大风的日子里，人们逆风快跑的现象给了我们一个启示，现象是：人们低下头、前倾着上体以克服正面的风。好吧，我们想想风级为0级时的赛场情况！优秀短跑选手的瞬间速度可达12.5m/s，这时他(她)要用身体排开挡在前面的无数个静止状态空气粒子，就会受到一个较大级别风力阻碍，而且在后面还有涡流吸引，每个途中跑的步子里都受到，难道会没有影响吗？从中发现了什么呢？是不是要改变一下技术和着装呢？思考一下吧！

(2)不同坡度的人类奔跑的现象

平时训练中，有平地跑，上坡跑，下坡跑三类，在人的腿部工作能力不变情况下，在坡度不大、人感觉影响不到的情况下，同等距离的时间，应该是下坡跑最短，平跑次之，上坡用时最长[1]。分析一下吧！此时再讲重力的效果大家都知道。那么看看跑姿吧。以水平面为参照系，如果三种不同坡度跑都以公认跑姿，人体重心线都垂直支撑面，那么就形成三个现象：平地跑就是公认的理论跑姿，上坡跑成了“后仰跑”，下坡跑成了“前倾跑”。这一定要参照水平面才能发现这些现象，能否把“下坡跑”变为平地跑坭？

改变技术是可以的。当然也有随之而来的矛盾和缺陷，正是要改变技术的关鍵，以便步幅大，步频快，稳度适当情况下，完整跑完整个赛程的距离。

总之，从我上面现象表述，及其力学筒单分析，短跑科研人员是会找到提高短跑的技术。当然，这要一个人都具备长期从事短跑的感觉和良好的力学知识、运动学知识，我想这也不是什么很难的事。

(三)“前倾跑”对比直立跑的物理学分析

(1)力的对比

“前倾跑”是人体重心前倾的途中跑法，与平时公认直立状态途中跑有所不同(脊柱三个部分可自动调节重心)

A、来自于躯干部分重力的水平分力的分析

静止时，人体脊柱无弯曲的斜线前倾(相对垂直线而言)，就会得一个向力水平方向的分力；而躯干直立时，重力就直指地心。

为什么呢？θ=90°，cosθ=0，所以没有向前的力。

运动时，前倾的躯干在运动中的力F前倾会转化为加速度。其力值为：F前倾=F部分躯干重力·cos(90°– θ)(θ为人体与垂直轴的夹角)。而F直立=F’·cos90°=O，所以“前倾跑”效果好些。

B、后蹬角对后蹬效果影响的对比

人的跑动的主要动力来自于后蹬，人对地面作用，地给人的反作用力就是主要动力，“前倾跑”由于其在运动中让身体重心投影点前移，造成了其后蹬角度变小，也就是说：θ’倾＜θ直⇒cosθ直＜cosθ＇倾，所以同一个人在蹬地及作用力不变情况下，Fcosθ直＜Fcosθ倾，100m为例，100m有近三十几步的途中跑，每步效果好一点，自然就快一点了，所以“前倾跑”的效果比“直立跑”要好些。

C、空气阻力的影响对比

人在快速起跑时是要受到空气阻碍的。人体要闯开前面的空气粒子，这样就会产生一种空气的局部压强差，从而受到来自前面的阻力和背面的涡流阻力。空阻的计算公式大致是这样：F空阻＝S(面积)·sinθV2(速度)C·(ce).当 θ=90°时，Sinθ=1，而θ大于或小于90°时，sinθ＜1。短跑运动的目的是为了让人体质心尽快从起点到终点，而不是像“刹车”，把重心(质心的重力作用时)向后留着，所以“前倾”的途中跑更能降低空气阻力[2]。事实上躯干的前倾还会得一个升力，可以用来维持人体平衡，这在上体直立的途中跑是没有的。“空阻”的特点是速度越快，阻力就越大，而且呈平方正比上升，那么短跑水准越高的选手在此方面，在比赛中受到阻力就越大，“前倾跑”可适当地降低一些空气阻力，巧妙利用人体姿态变化产生的向上的升力。换句话说：这种跑姿更适于水平高的运动员，速度越快时就更能体现其优势[3]。

实际上，100m成绩达到11"的运动员，在风力为0时，他正面排挤空气的瞬间速度达到了11.5–12m/s，也就是说，正面受到了6级强风阻碍，加之背面排空后所造成涡流吸引力也是不小的，θ≠90°时，均可从正、反面降低空气阻力。

(2)关于能量分配的对比

人的双腿的肌肉力量是在一定的范围内的，如果其腿部的弹性势能相等时，“前倾跑”就会更有效地把弹性势勢能更多变为动能，从而降低跑的腾空高度，降低重力势能转换值。这是因为后蹬角变化造成的[4]。

让我们简单地用公式说明一下：

E弹性势能＝E直立跑＝E前倾跑

E弹性势能＝E(重力势能)＋E(动能)＝mgh＋1/2mv2

由于“前倾跑”mgh＇因后蹬角变小，使得mgh＇前倾＜mgh直立，这是因为蹬地后所受反作用力的sin值变化造成的，从而使人体腾空高度交小，所以使得“前倾跑”的动能增大，也就是1/2mV2直立＜1/2mV2前倾⇒V2直立＜V2前傾，从而说明“前倾跑”动能部分増加，也意味着速度増加。

(3)有关稳度的问题

“前倾跑”比直立跑的稳度是要差一些，但都属于运动中的不完整平衡，且前倾的角度是可以调节，也就是说通过改变技术动作可以调整，保证正常地完成整个赛程距离平稳地运动。

在此我说明一个真理，技能都是通过后天的练习形成的。

“前倾跑”的途中跑，由于身体重心的前移，在运动过程中始终会受到一个向前翻倒的力，它会让人产生仆倒，怎样克服？在此我介绍四种方法简单说明。

A、增大摆腿幅度，让重心落在前支撑点后方。

B、増大上肢摆幅，増大人体转动惯量；前摆用力向前向上，后摆放松(这里又与“公理”相反)

C、加大四肢摆动频率。

D、利用上体前倾在运动中产生向上升力，部分维持身体平衡等等。

总之，就是通过改变技术动作，不仅做到提高速度，而且还要维持身体平衡。(这些技术动作掌握是要通过后天的练习才能做到的)，顺便说一下，中国人不是天生就会用筷子的。这些道理是一样的。

(4)关于跑的技术阶段的对比简单分析。

A、后蹬阶段

相对直立上体途中跑同等时期而论，当“直立”状途中跑重心支撑点时，后蹬开始了；而此时“前倾”状的途中跑后蹬已开始了一小段了，为什么呢？重心前移的原因，后支撑点到重心投影点，“直立”状态的连线线段小于“前倾”状态的连线的线段[5]。如果动作幅度和移动速度一样的情况下，腿部在这个时期工作作用力一样的话，那么“前倾跑”状态后蹬过程就要用时长一点。也就是冲量问题Ft倾＞Ft直，而Ft＝mV，m是不变的⇒Ft倾＝mV倾＞Ft直＝mV直⇒V倾＞V直。

B、腾空阶段

从腿部蹬力而言，“前倾”状态的与“直立”状态的力量绝对值相等，而方向不一样。前一种垂直向上力为Fsinθ倾，后一种垂直向上力为Fsinθ直。由于重心的前移，θ倾＜θ直⇒Fsinθ倾＜Fsinθ直⇒垂直向上的加速度a倾＜a直，那么腾空值H就有了变化，所以H倾＜H直，既而⇒腾空时间T值的效果：T倾＜T直。在腾空时我们在此不计重心向前向下的这个方面，就谈空气阻力，假设此时空气阻力相对恒定，也不考虑此时挡风面积之大小，F直空阻×T直＞F倾斜空阻·T倾。这说明直立状态比前倾状态在腾空时损失速度更多。也说明“前倾”式的腾空阶段较短，更便于减少速度损失而加快步频。这也十分合符国际公认原理：“短跑是以快步频致胜的。”

C、着地缓冲阶段(由于腾空高度不同，着地缓冲阶段对两种不同状态形影不一，倾斜状态的腾空的冲量要小于直立状态腾空着的冲量，这是因为前一种腾起高度小于直立状态腾空高度，如果水平速度一样，那么后一种的冲量肯定大于前一种的冲量。行家和物理学者一眼就可肯定[6]。

D、前摆阶段

前摆阶段是另一腿后蹬阶段，这就无需分析了。

(四)谈谈步频和频幅的有关问题

在此我也谈谈这两者的关系。通常所说的两者关系是相辅相承，又相互矛盾的。一者大或多，则另一者小或少，公认的短跑理论更偏重步频，这是因为向前的力和加速度来自不间断而又快的后蹬。“前倾跑”由于腾空时间变短，步频是物理性和生理性的提高了，那么步长呢？是变小了一些，但是我要提出一个“有效”步幅的概念。所谓“有效”步幅，步幅的大而长，必须是在加速过程或相对快而速度稳定的情况下长而大，而不是减速度过程中的大，这才是短跑的“有效步幅”。我们知道，跳跃一个步幅可达8m多，最后落地是什么效果的速度[7]。事实上，人体向前运动速度大，步幅自然就会大一些，平常的行走步幅就比跑的更小一些嘛。最好的效果是：能快速而充分完成跑的技术动作，而腾空不大情况下的步幅和步频，才是最佳的组合！“前倾跑”中由于身体前倾，是会逼迫人体有意识地加大前摆，以稳定平衡的步幅，并能加大相应的步长，短跑的时间不长，强度大，就更应该降低腾空时间，而不像长跑在腾空时得到短暂休整和少量能量补充和恢复[8]。故此短跑是步频快、腾空时间短、步幅大的剧烈速度运动！而“前倾跑”比“直立跑”要切合它的需要！

总之，以上的理论和技术的论证，是切合科学理论和实际的，希望有识之士能以此“抛砖引玉”，为中国田径短跑研究出更好的技术来，以便中国短跑能在世界上称雄！

三、我的一些研究数据

(1)表1为1996年衡阳市南岳区区一中训练一些数据(时间：一个月；100m成绩对比(年龄16－17周岁))

(2)1997年暑假，时间8月17日－8月21日，4天内对岳云中学刘建平、李凯两生进行技术练习结果，这两人都是中跑运动员，对他们进行三天训练，并教了部分技术，前后对比结果如表2：

(3)1999年，我任高301班、302班体育教师，并负责整个高中队训练。我对短跑运动员又进行一次对比训练，对比如表3：

(4)2002年以后，我调任初中部工作，每天训练时为65分钟(可见作息表)。2004年参加全县比赛时，初中组100m第一名成绩比高中组100m第一名还快，而且时同为2004年12月初，气温比较低，肌肉活性处于较低工作状态，但此人仍能以11"59成绩夺取全县初中男子组第一名，另一人，以12"3夺取第三，我把这两人学习前后的数据介绍一下(时间为1个月)如表4：

(5)2007年，学校领导要求，我负责高二体育教学和全部高二体育生的训练，我又做了一次实验，对高中组丁勇、王毅、谭荣、彭星、唐光辉、祝文皓六人进行了不公开的训练。此六人在短跑上都有了长足的提高、时间三个月，其它十五人没有学习这些技术，所以100m提高大多不超过0.5"左右。(如表5)

(6)2011年的“前顷跑”一些有关数据这期间我选定男、女共两组人进行对比，维持一个半月的训练。(打“★”为学习者，无“★”为原有技术者，100m成绩对比)(如表6)

(7)2014年的对比(两个男生，为期两个月)(如表7)

表1：

表2：

表3：

表4：

表5：

表6：

表7：

四、结论

虽然我个人从未公开对这种不成熟的科研，但我希望我能抛砖引玉，以便今后短跑技术改革、短跑器材更新，能让体质、体能较差的黄色人种能在世界短跑界上有所作为。这也是我的梦想。

总之，途中跑采用“前倾式”姿态，我认为能够更好的提高短跑成绩，这种途中跑姿更加适合快跑。