100 m途中跑后蹬时的蹬伸与摆腿动作特点及送髋时机研究

2020-11-27马咪

成都体育学院学报 2020年5期

马咪

当前，国内外关于100 m途中跑技术的研究，主要是从着地技术、支撑与摆动技术、后蹬技术以及100 m优秀运动员途中跑技术测量的参数方面进行了运动学、动力学、运动生物力学等方面的深入研究［1-4］。可是，对100 m途中跑“送髋”或“伸髋”技术的理论研究却相对薄弱，除了极少数的研究探讨了短跑途中跑“送髋”技术的教学与训练效果［5］，以及支撑时摆动腿摆动和骨盆转动技术［6］外，对途中跑后蹬时“伸髋”或“送髋”技术的本质与时机的研究较少，特别是在国内《田径》［7］和《运动生物力学》［8］教科书中更是缺失，对实践的指导效果较差。

虽然在100 m运动实践中，国内外的广大教练员和运动员对“伸髋”或“送髋”技术的作用有感性认识与实践强调［9］，但对什么是“伸髋”或“送髋”技术的本质，如何在实践中对个体的“伸髋”或“送髋”技术进行指导与完善方面较为欠缺。因此，本文将从途中跑后蹬时的蹬伸与摆腿动作特点与“伸髋”或“送髋”动作的同步性进行分析，使广大教练员和运动员在运动实践中能正确认识100 m 途中跑“伸髋”或“送髋”的本质与完成时机，对我国100 m 短跑运动员的科学有效训练提供参考。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

本研究主要以尤塞恩·博尔特、阿萨法·鲍威尔、约翰·布雷克、莫里斯·格林、费米·奥古诺德以及苏炳添在100 m途中跑时的蹬伸与摆腿及送髋动作特点为研究对象。

1.2 研究方法

1.2.1 录像分析法

通过国际田联（IAAF）网站下载国际高水平100 m运动员的比赛成绩、比赛地点等数据资料，运用Dartfish运动分析软件对尤塞恩·博尔特2008 年北京和2012 年伦敦奥运会100 m决赛、阿萨法·鲍威尔2015 年巴黎钻石联赛100 m决赛、约翰·布雷克2012 年伦敦奥运会男子100 m半决赛、莫里斯·格林2000 年悉尼奥运会100 m决赛、费米·奥古诺德、苏炳添2014 年亚运会100 m 决赛［10-14］的途中跑后蹬时的蹬伸与摆动的“兔子”摄像定格图片进行相关动作图象解析，即分别解析在送髋开始至结束瞬时摆动腿的纵轴直线与髋臼位中心的水平直线夹角，分析摆动腿在后蹬阶段的运动学特征，以及摆动腿摆到体前何处时才有送髋的动作。

1.2.2 访谈法

针对本文研究的相关问题，咨询我国短跑技术研究专家5 名，一线短跑100 m 高级教练员6 名，100 m运动健将9 名、一级运动员5 名，就100 m运动理论与实践中“伸髋”或“送髋”技术的认识、要求、时机以及常用的训练手段方法方面进行探讨。

2 结果与分析

通过对国内外优秀100 m 运动员的“伸髋”或“送髋”技术解析及统计，见图1、表1、表2，可以看出，优秀100 m运动员在途中跑时，只有在摆动腿的膝关节角度为大幅度增大的体前摆动动作时相，骨盆才能完成以支撑腿的髋关节为轴随摆动腿的摆动而转动，即完成“伸髋”或“送髋”动作。在“伸髋”或“送髋”的开始，摆动腿的大腿已在体前完成了2／3 幅度的向上摆动；在“伸髋”或“送髋”的同时，摆动腿的大腿在体前完成向上摆动的幅度小，而摆动腿的膝关节角度为迅速增大（表2），使摆动腿的小腿是做向前下方摆动，表现为摆动负荷的减小。这也充分说明只有在体前快速摆动的后期，即摆动负荷减小时才有“伸髋”或“送髋”动作的形成。

图1 部分运动员的的摆腿与送髋时机，以及膝关节角度增大解析示意图［10-12］Figure 1 Analytical schematics of the timing of leg swing and hip pushing，and the increase of knee angle of some athletes

表1 后蹬阶段摆动腿技术特征Table 1 Technical features of leg swinging during the back-pedaling stage

表2 后蹬阶段摆动腿膝关节扇形角度特征Table 2 The angle characteristic of the knee joint of the swing leg in the rear pedaling stage

将国内外优秀男子100 m 运动员的途中跑“伸髋”或“送髋”时机的普遍现象与我国短跑技术研究专家交流后，得出：对相关运动员的途中跑图像解析结果符合100 m途中跑的相关规律，但需要依据运动生物力学知识来完成相关理论的论证。同一线短跑教练员和优秀运动员的探讨及实践体验后，得出：只要在摆动腿的大腿摆到体前的2／3 以上幅度时才开始完成有意识的送髋动作，其髋效果“立竿见影”，同时还是摆动腿的膝关节角度为迅速增大的开始；如果采用传统的送髋观念，其送髋效果不明显；当运动员的原有技术动作定型后，建立这种送髋时机意识具有干扰原有定型动作的风险；只有在基础训练阶段的早期获得有这种特殊意识的送髋时机及感觉，在基础训练的后期才能获得无意识的自然送髋时机及动作，其送髋动作效果较传统的送髋要求好。

因此，要认识100 m 途中跑后蹬时的蹬伸与摆腿动作特点及送髋时机，还需从后蹬腿的蹬伸生物力学特点、后蹬时摆动腿的摆动运动学特点，以及后蹬与摆动对“送髋”的影响三方面来认识。

2.1 后蹬腿的蹬伸生物力学特点

2.1.1 后蹬腿蹬伸的运动学特点

如果仅从后蹬腿的蹬伸动作看，在后蹬腿的蹬伸过程中，人体要受到向前翻转运动力矩影响而需要后蹬腿完成由屈到蹬伸的向后翻转，使人体获得向后翻转运动的力矩，以维持后蹬时身体的上体姿态平衡。在后蹬腿的蹬伸过程中，人体向前运动的速度及位移距离要远远大于垂直向上的速度及位移距离。这种状况的作用既是保证人体水平运动的快速与身体运动的相对平稳性，又能保证人体获得有限的垂直腾空初速度，实现腾空时能迅速完成后蹬腿转换为摆动腿及原有摆动腿转换为支撑腿。

2.1.2 后蹬腿蹬伸时的力学特点

在后蹬腿的蹬伸时，人体重心投影点处于支撑面的前方，人体获得的水平分力是跑动的动力，使人体在水平方向做加速运动；垂直分力使人体产生垂直方向的加速度。同时，水平分力使人体产生向后翻转的力矩，垂直分力使人体产生向前翻转的力矩。所以，在后蹬腿的蹬伸时，人体获得的水平分力不仅是使人体产生向前的加速运动的动力，而且水平分力所形成的向后翻转动力矩也是平衡后蹬时垂直分力所形成的向前翻转动力矩，以及在着地缓冲结束时人体运动所形成的向前翻转惯量。也就是说水平分力除了是保证人体向前运动的动力外，所形成的向后翻转的力矩是维持人体躯干保持相对直立姿势而完成蹬与摆动动作的动态平衡。

在后蹬时的骨盆转动过程中，骨盆还要以支撑腿的髋关节为轴，随摆动腿的摆动而做向前转动［15］，并在骨盆转动的同时实现摆动腿的髋关节完成向前“伸髋”，当后蹬结束时，骨盆转动与“伸髋”同时结束，使单步步长具有相对增长效果。

在骨盆完成转动的同时，骨盆既要实现向前方向的加速运动，也要实现向侧方向的加速运动。其中，骨盆实现向前方向的加速运动要对身体产生向前运动的水平反作用力，对人体产生向前加速运动；骨盆实现向侧方向运动所产生的力，必然要使身体获得沿人体纵轴转动的力矩，使身体沿着人体纵轴转动。如果没有反向力矩的平衡，人体必然还要做沿着身体纵轴的向前转动［16］。可是，因人体肢体结构运动的完善性，在骨盆转动的同时，又出现了两臂以身体纵轴呈与骨盆转动方向相反的转动，形成肩横轴扭动人体纵轴沿着与骨盆转动方向相反的转动力矩，达到平衡骨盆转动对人体整体的动作姿态影响。所以，在后蹬过程中，不只是后蹬腿的蹬伸要产生水平方向的动力，而且骨盆的转动也要产生水平方向的动力。

由于后蹬腿蹬伸时的骨盆转动是随摆动腿的摆动而完成的转动。可是，在100 m运动实践中，当后蹬腿与摆动腿同时完成蹬伸与摆动的3／4 幅度时（见图2），骨盆是几乎无转动，其转动的幅度非常小。原因是骨盆转动要受到摆动腿环节负荷的影响，使骨盆不能同步完成快速转动。当然，如果保证骨盆转动的肌肉收缩能克服阻力，骨盆才能完成转动；反之，亦然［17］。所以，在后蹬过程中，骨盆转动效果要受到阻力负荷的影响而使转动幅度大小具有特定的时段性。

图2 优秀100 m运动员在后蹬腿蹬伸时左、右摆动腿的摆动特点［18］Figure 2 The swinging characteristics of the left and right swinging legs of excellent 100m athletes during pedaling leg stretch

可是，在100 m运动实践中，只要提醒一下骨盆转动的时机，任何人都能感受到只有在后蹬与摆动配合完成到一定的动作幅度后，骨盆才能随摆动腿的继续摆动而完成前伸与转动，如果要在后蹬时提早或单独完成骨盆的转动是难以实现的。这也说明当骨盆转动受到的阻力负荷大时，骨盆是无法完成转动的；当骨盆转动受到的阻力负荷小时，骨盆才能转动。然而，骨盆在何时才是受到的阻力负荷小呢？这与摆动腿的摆动到位时机有关。

2.2 后蹬时摆动腿的摆动运动学特点

从图3 可见，在后蹬腿蹬伸的同时，摆动腿是在体前完成膝关节角度的增大摆动，骨盆是协同摆动腿的摆动而围绕支撑腿的髋关节进行转动，与此同时，摆动腿的髋关节也完成向前“伸髋”。

图3 优秀100 m运动员在后蹬各特殊时相，右摆动腿的摆动与骨盆转动幅度特点［10］Figure 3 The characteristics of the swing of the right swinging leg and the rotation amplitude of the pelvis of excellent 100m athletes during backward pedaling stage

根据支撑时的摆动和骨盆转动的作用原理可知，在后蹬时，摆动腿的摆动和骨盆转动的作用是协同后蹬腿的蹬伸产生更大作用力，使人体获得更大的支撑反作用力［16］。可是，从图2、3 中可以看出，100 m运动员在后蹬时的大部分时间内，也就是在“伸髋”或“送髋”之前，摆动腿的摆动特点是前期完成折叠向前上方摆动，后期完成膝关节角度为小幅度增大的向前上方摆动，但在这一时期是几乎无“伸髋”或“送髋”的动作；当摆动腿的大腿在体前完成3／4 的摆动动作时相，摆动腿的膝关节角度出现大幅度的增大，与此同时，骨盆转动的幅度也开始增大。这说明后蹬时摆动腿在体前分别完成膝关节角度的小幅度和大幅度增大摆动时，不但对后蹬腿的蹬伸协同具有特殊的作用，而且对骨盆转动效果产生特殊的影响。

2.3 后蹬与摆动对“送髋”的影响

2.3.1 摆动腿的摆动特点变化与后蹬腿的蹬伸协同关系

在摆动腿进行膝关节角度增大摆动时，摆动腿的大腿环节质心是向前上方做加速运动，小腿环节质心是向前下方做加速运动。当这两个局部环节质心的加速能力因素改变时，必然对摆动腿的环节质心运动方向产生影响。

在摆动腿的摆动过程中，当大腿的环节质心向垂直上方（大腿做向前上方摆动）的加速度大于小腿环节质心向垂直下方（小腿做向前下方摆动）的加速度时，摆动腿的环节质心是做向前上方加速运动，摆动腿的大腿将迅速完成加速高抬；小于后者时，摆动腿的环节质心是做向水平方向加速运动、向垂直方向做惯性运动，摆动腿的大腿将继续完成小幅度的惯性抬升，但抬高的高度有限（见图1）。形成摆动腿肌肉收缩保证摆动腿先是做水平与垂直方向加速运动，随后在水平方向做加速运动、在垂直方向做惯性运动。这种摆动腿的环节质心速度变化，特别是向垂直方向的速度变化与后蹬腿的蹬伸运动属性的协同相关。

摆动腿与后蹬腿的蹬伸运动属性配合是指，后蹬腿的蹬伸过程对人体运动所产生的蹬力变化，需要摆动腿产生相同的拉力变化，形成蹬摆动作对人体运动产生力的变化及相互作用的“偶合反应”，达到协同后蹬腿的蹬伸产生相对更大的作用力。

根据权威研究可知，在后蹬腿的蹬伸使人体完成向前翻转过程中，后蹬腿的蹬伸所产生的作用力（肌力）使人体获得的支撑反作用力，也只能在特定的时间内保证人体做向前上方加速运动，随后只能保证人体在水平方向做加速运动、在垂直方向做惯性运动［16］。这也说明后蹬的肌力变化使人体运动变化特点，与摆动腿的肌肉收缩使摆动腿环节质心速度变化特点相同。

所以，在后蹬过程中，当人体获得的支撑反作用力能保证人体做向前上方加速运动时，就需要摆动腿完成膝关节角度的小幅增大摆动，使摆动腿的环节质心向水平和垂直方向做加速运动，实现摆动腿肌肉收缩所产生的肌力变化特点，与后蹬腿完成蹬伸的肌肉收缩所产生肌力变化特点相一致，但因摆动腿完成向前上方的加速摆动所产生的负荷大，骨盆几乎无转动；在后蹬腿的蹬伸只能保证人体做水平方向加速运动、在垂直方向做惯性运动时，还是需要摆动腿完成膝关节角度的大幅增大摆动，使摆动腿的环节重心只能在水平方向做加速运动、在垂直方向做惯性运动，实现摆动腿肌肉收缩产生的肌力变化特点，与后蹬腿完成蹬伸的肌肉收缩所产生肌力变化特点相一致，与此同时，因摆动腿的摆动负荷减小，骨盆就能随摆动腿的摆动而加速转动，形成骨盆的环节质心在水平方向做加速运动，骨盆转动所产生的肌力变化特点同样与后蹬腿蹬伸的肌肉收缩所产生的肌力变化一致。如果摆与蹬的作用力变化出现不一致的情况，必然要影响后蹬腿的蹬伸效果，同时也说明骨盆的大幅转动是需要特定的摆与蹬时段，并非是传统的想当然感觉“一摆动就能送髋”。

因此，从表1 中可以看出，在后蹬时，6 名运动员的摆动腿膝关节角度为大幅度增大摆动瞬时，摆动腿的大腿抬起角度为62.3°～69.4°，平均值65.6°，表现为摆动腿在体前摆动的幅度已达到73%（如果摆动腿的大腿摆为水平位，摆动腿在体前摆动幅度为90°），即趋近体前3／4 幅度处；在骨盆转动时，大腿抬起角度仅为7.4°～14.7°，其中，博尔特为最大，这也说明运动能力越强，在骨盆转动时的抬腿幅度越大。所以，在后蹬时的3／4 时段之前，摆动腿的摆动特点是形成摆动腿的环节质心做向前上方加速运动，达到协同该时段后蹬腿的蹬伸对人体运动的作用，因而摆动腿在摆动时的膝关节角度增大幅度小。在后蹬时间的3／4 至后蹬的结束，摆动腿的摆动特点是形成摆动腿的环节质心向水平方向做加速运动、向垂直方向做惯性运动，达到协同该时段后蹬腿的蹬伸对人体运动作用的相同性，因而需要摆动腿在摆动时的膝关节角度要增大，同时也要完成骨盆的大幅度转动［20］或摆动腿髋关节的“伸髋”。因此，100 m 运动员在后蹬时的大部分时间内，摆动腿在体前做膝关节角度的小范围增大摆动，然后才做膝关节角度的迅速增大摆动，并在膝关节角度增大的同时，完成骨盆的大幅度转动过程是具有合理的生物力学属性。这也充分说明后蹬时的不同摆腿特点与力效，以及在后蹬的后期骨盆转动力效变化与后蹬所产生力效变化是一致的。

2.3.2 摆动腿的摆动特点对骨盆转动的影响

根据决定支撑时的骨盆转动肌肉可知，只有人体在单支撑运动时，支撑腿的臀大肌进行远固定收缩，才能使骨盆完成以支撑腿的髋关节为轴而进行向前转动［21-22］，运动实践中称为“伸髋”。可是，从图2、3 可见，100 m 运动员在后蹬的大部分时间内完成膝关节角度的小幅度增大摆动时，臀大肌的收缩使骨盆转动的幅度非常小，在随后的短时间内做膝关节角度的大幅度增大摆动时，臀大肌的收缩使骨盆转动的幅度大。这说明支撑腿的臀大肌进行远固定收缩时，使骨盆转动的效果还要受摆动腿的摆动特点和垂直负荷变化的影响。

在后蹬过程中，摆动腿的环节质心完成向前上方加速运动时，必然同步带动人体质心做向前上方加速运动。可是，在摆动腿的环节质心完成向前上方加速运动的同时，还要增大摆动腿向垂直方向运动的阻力负荷，使支撑腿的臀大肌收缩需要克服的骨盆转动阻力负荷也要相对增大，因而对骨盆转动的作用效果不明显。原因是骨盆转动惯量成分还包括摆动腿的质量。当摆动腿的大腿做向前上方的加速度小于小腿做向前下方的加速度时，摆动腿的继续高抬摆动所形成的垂直负荷为惯性效应，表现为摆动腿的环节质心向垂直方向做惯性运动、向水平方向做加速运动，这样的摆动必然要相对减少臀大肌收缩的阻力负荷，有利于在这短暂时间内的臀大肌收缩使骨盆转动的幅度增大，其作用是相对延长人体重心做水平方向的加速运动距离，使后蹬时人体重心的水平移动距离达到最大化。所以，支撑时的骨盆转动幅度加大，也就是俗称的“送髋”效果是在摆动腿完成膝关节角度的大幅度增大摆动时期［23］。这完全符合100 m运动实践称的“高抬大腿后才有伸髋或送髋”的感性经验。因而，在后蹬过程中，后蹬的前期突出蹬与摆的同步性；后蹬的后期才有蹬、摆、送髋动作的同步性。

所以，在摆动腿完成膝关节角度的大幅度增大摆动时，才是骨盆完成大幅度的“扇面”平向转动的关键时期，所产生的动力效果是保证人体继续向水平方向做加速运动，达到避免身体局部环节质心的加速升高而带动人体重心的加速升高（惯性升高属正常），保证身体的核心肢体环节向前运动的幅度增大。如果摆动腿是继续做“折叠摆动”［7］和骨盆的随之转动，虽然可以带动人体重心的加速升高，但因骨盆转动的阻力负荷相对大，使骨盆转动的幅度相对小，结果是人体重心的水平加速移动距离缩短和后续动作的腾空空间相对增高，必然影响后续动作的合理性。因而后蹬时摆动腿的不同摆动特点所形成的动作技术与二维力的变化，不但符合人体在跑步周期运动的经济和实效性，而且也为后续动作创造了良好的起始条件。这也充分说明了人类适应自然进化的合理性和完美性。

在运动实践中，在做后蹬跑时，只要摆动腿快速摆到2／3 高度，再暗示一下骨盆随摆动腿的摆动而做前伸与转动，就能有充分的“送髋”感觉。选2／3 高度再暗示下骨盆转动的原因是机体有反应时间延搁，在反应时间延搁的结束，摆动腿的大腿就摆到体前的3／4 幅度。在途中跑过程中，同样是摆动腿摆到2／3 高度，再暗示一下骨盆随摆动腿的摆动而做转动，也能有“送髋”的感觉。这样的“伸髋”或“送髋”才是竞技跑步的送髋，当对这种动作习惯后就变为无感觉的自动化的“伸髋”或“送髋”跑，其教学实践效果具有普遍性，也在目前的100 m 专门基础训练中具有广泛的认可性。而过去的传统短跑教学只是感受“人类生存进化跑与在竞技中的应用”，其“伸髋”或“送髋”空间是有限的，但跑习惯后也还是能提高运动成绩，只是提高的空间要受到一定的限制。当然，采用过去的传统短跑教学也有少数运动员获得自然天成的“送髋”效果，但这只是特殊性，而不具有普遍性。

通过上述分析，得出：后蹬时摆动腿完成膝关节角度增大的摆动和骨盆同步完成的前伸与转动，是协同后蹬腿在蹬伸过程中产生更大的肌力与等同的肌力变化，实现对后蹬腿的蹬伸效果产生放大作用，如果要求后蹬时要提早“伸髋”或“送髋”，其“髋”是无法送出去的。