第二节 着地时间
跑步是双脚轮番向前的运动,任何一只脚从接触地面的瞬间到完全离开地面这个过程所花费的时间就是着地时间。着地时间作为评估跑步整体效率的重要指标,在很多跑步手表中都可以被测量到。
着地时间非常短,通常只能以毫秒作为衡量着地时间的单位,着地时间为200~400毫秒,而1秒=1000毫秒。大众跑者的着地时间一般为300毫秒,能够达到250毫秒左右就属于比较不错的水平,而精英跑者的着地时间则能控制在200毫秒内。
大众跑者着地时间究竟是多少?不同速度下着地时间发生了哪些变化?不同性别跑者在同一速度下着地时间相同吗?不同水平跑者着地时间究竟有没有差别呢?南京体育学院运动健康学院戴剑松副教授的团队进行了深入研究,研究方法见本章第一节。
一、测试结果揭示了大众跑者着地时间的很多特征
我们根据测力台数据来分析着地时间,测力台上显示有三维力代表脚处于着地阶段,没有三维力显示代表脚处于腾空摆动阶段,这种测量方式是“金标准”,因为测力台跑步机采样频率非常高,测量精准,是测量着地时间最为精确的方式。从下图中可见,速度由慢到快,着地时间逐步缩短,从配速8:00时的264毫秒,逐步缩短至配速3:30时的157毫秒。根据统计分析,10种速度下的着地时间均存在显著差异,这说明着地时间与速度高度相关,速度越快,着地时间越短。
目前,只要内含加速度传感器的运动手表都能提供着地时间这个参数,但多数运动手表在给出着地时间评估报告时是不考虑速度的。显然,用一个统一的标准去衡量不同速度下的着地时间是存在偏差的,如在速度比较慢的情况下,也许绝大多数跑者着地时间都较长,这样就会给跑者水平较低的评价。而当跑者速度比较快时,会导致着地时间缩短,这时评价又变成跑者个个都是高水平跑者。也就是说跑步速度较慢时,运动手表会低估跑者表现;而跑步速度较快时,又会高估跑者表现,这就是一些专门研究手表的跑者总结出来的:速度不够快,所有参数评价都很难看;速度够快,所有参数评价都很好看,其实不应该是这样。所以建议未来的运动手表能根据不同配速给出不同的着地时间评价标准。
下表为根据本研究的大样本统计结果计算出的不同配速着地时间评价标准,百分位数是一个统计学概念,意思将跑者着地时间从短到长进行排队,你的位置处于哪里。如果你在6:00配速时,着地时间为190毫秒,小于195毫秒,你比95%的跑者都要优秀。同样的道理,如果6:00配速时,你的着地时间为260毫秒,那么你就属于跑步效率比较低的跑者。
下一页第一幅图显示了男性和女性跑者不同配速下着地时间对比,比较有意思的是女性跑者在各个速度下的着地时间都比男性要短,并且具有统计学差异,这改变了男性力量强、着地时间短的一般认知,测试结果就是如此。这提示着地时间可能与体重高度相关,体重较重需要更多时间进行缓冲和蹬伸,而体重较轻则可以相对减少着地时间。
本研究还比较了3个级别跑者的着地时间,无论速度是快还是慢,级别越高的跑者着地时间越短(见下一页第二幅图),这说明在不同速度下,着地时间相对越短,跑步效率越高。
为什么高级组跑者在同一速度下,着地时间比水平较低的跑者短呢?原因可能是多方面的。首先,高级组跑者腾空高度较小,他们把更多力气用在水平位移上,这样就有效减少了腾空所带来的能量消耗并且使得落地缓冲所需时间更短,而腾空高度越高,落地自然需要越长的缓冲时间。你试试看从一米高度跳下和半米高度跳下,看哪种情况落地缓冲屈膝时间长,尝试过你就很容易理解这一点;其次,缓冲-蹬伸时间相对越短,衔接得越好,就越能利用筋膜、肌腱、肌肉等组织的弹性来省力,我们把这种收缩形式称为超等长收缩。现在更流行的说法是快速伸缩复合式运动,而要让缓冲-蹬伸时间缩短,就得降低腾空高度,腾空高度一旦变高,就必然带来缓冲-蹬伸时间的延长,这就是所谓的环环相扣。
二、对于着地的深度解析
着地阶段可以分为缓冲期、支撑期、蹬伸期3个阶段。
以大众跑步通常采用的脚跟着地为例(见右图),在着地瞬间会有一个陡增的地面反作用力,大约持续五六十毫秒,这一阶段就代表着地冲击。根据牛顿力学定律,人体给予地面多少作用力,地面就会给予人体多少作用力,所以学会缓冲,适度减少着地冲击就成为预防跑步伤痛的关键所在。
在五六十毫秒之后,我们看到地面反作用力下降了,此时代表支撑期,此时重心从着地位置后方过渡到脚的正上方,并且继续往前移,此时也可以代表全脚掌着地期,即无论你是脚跟着地,还是前脚掌着地,都会经历全脚掌支撑阶段。
随后,重心继续往前移,超越脚的位置,这时进入着地的最后一个阶段—蹬伸期,这是跑步发力最主要的阶段,通过蹬地产生向前、向上的动力,此时地面反作用力甚至大于着地缓冲期,所以整个着地阶段的力学曲线呈现为双峰型曲线。
三、着地是跑步缓冲和发力的核心环节,也是与伤痛有关的重要环节
从上述分析中可以看出,着地阶段是跑步时非常重要的一个阶段,整个阶段的目的是进行有效缓冲,缓冲脚在落地时受到的冲击力,避免过多速度损失,同时通过将下肢肌肉离心拉长储备弹性势能,从而在蹬伸阶段配合肌肉发力,获得向前的动力。
在跑步过程中,一定的着地时间可以确保有效缓冲和充分蹬地,没有着地就意味着人飞起来了,显然这是不可能的。但过长的着地时间又会带来明显的制动效应,为什么这么说呢?从右图可见,着地时,着地点通常在重心前方。从右图中也可以看到,着地时地面反作用力与跑步方向相反,起到摩擦制动作用,身体处于减速阶段,只有当重心越过脚后,变成蹬地发力,人体才从减速进入加速阶段,所以说,着地时间相对越长,在某种意义上会导致速度损失越多,并且会导致剪切力的增加。由于着地时间延长使得剪切力持续作用于人体,大大增加了发生跑步伤痛的可能性。
四、优秀运动员着地时间明显比大众跑者短
着地时间与比赛项目距离有关,距离越短则着地时间越短,距离越长则着地时间越长。根据优秀运动员数据,博尔特在百米比赛中的着地时间不到100毫秒,只有七八十毫秒,这一方面与短跑项目的性质有关,另一方面也说明博尔特具有极强的下肢弹性和爆发力。中长跑乃至马拉松项目运动员,由于速度明显不如短跑运动员,所以着地时间不太可能短于100毫秒, “万米王”贝克勒在5000~1000米比赛中的着地时间约100毫秒。
精英选手着地时间也明显比大众跑者短,大众跑者着地时间多在300毫秒左右,大众跑者能达到220~240毫秒就算比较不错的水平,而精英中长跑选手的着地时间绝大多数都在200毫秒内。精英选手着地时间短在于其在缓冲期、支撑期、蹬伸期耗时均短于大众跑者,也就是说,精英选手在缓冲地面冲击力、储备和发挥肌肉弹性势能方面用时较短,效率较高。这主要是由于精英选手经过长年训练,已经在大脑控制、神经肌肉协调配合、肌肉收缩拉长等方面实现完全的高效工作,这不是哪个单方面训练就能做到的,而是从身体功能到跑步能力的全面提升,这是多年训练的结果。
五、大众跑者如何适度减少着地时间
大众跑者如果能减少着地时间,从提升跑步效率、减少伤痛角度而言,无疑是非常有益的, 那么怎样才能适度减少着地时间呢?
1. 加快步频
如果让着地点靠近重心,身体重心就能更快通过支撑脚。 那么怎么才能让着地点靠近重心呢?那就是加快步频。加快步频后,着地时脚来不及往前伸,这样就有利于着地点靠近重心,从而减少刹车效应,帮助重心快速前移,减少制动,且此时膝关节保持弯曲,也有利于肌肉离心收缩,促进有效缓冲,一举两得。
2. 重视发展肌肉快速伸缩复合能力
快速伸缩复合训练的英文是“plyometrics”,之前翻译过来的名称有很多,如增强式训练、弹震式训练以及超等长训练,近几年我们更习惯称其为“快速伸缩复合训练”。肌肉,利用肌肉和肌腱的弹性势能以及牵张反射,实现更快、更强的向心收缩运动。
快速伸缩复合训练是提升爆发力的最为有效的训练方式之一,它同样可以提升神经肌肉协调性以及肌肉间的相互协同发力能力,从而提高你的跑步经济性,让你跑起来更省力、更轻松,当然也更快。
要理解跑者为什么需要发展肌肉快速伸缩复合能力,首先你得理解这个概念:肌肉不仅具有收缩性,也具有弹性。所谓弹性就是被拉长后能够回弹的能力,就如同皮筋一样,肌肉在被拉长后,同样具有回弹力。快速伸缩复合训练恰恰就可以有效训练肌肉循环拉长、缩短的能力,这样就可以有效利用软组织(肌肉、肌腱)在拉长过程中所储备的弹性势能,从而减少肌肉直接收缩的能量消耗,提高跑步经济性。
快速伸缩复合训练的本质就是要求训练者尽可能减少与地面的接触时间,因此训练者需要学会着地缓冲,并积极地对地面做出反应。而跑步过程中当支撑脚着地时,肌肉离心收缩进入缓冲阶段,然后积极地向心收缩以蹬地推动身体前进。所以快速伸缩复合训练中肌肉的工作模式与跑步中肌肉的收缩模式相同,它就是跑步专项力量训练。跑步中着地时小腿肌肉发生了典型的拉长、缩短弹性运动。
有体育科研人员评定了9周快速伸缩复合训练对中长跑运动员神经骨骼肌系统和运动成绩的影响,结果显示,经过9周训练后,运动员5千米跑成绩、跑步经济性、5 级跳的距离以及20米跑成绩显著提高,同时跑步着地时间减少(跑步着地时间越短,速度损耗越小,肌肉、肌腱弹性势能运用得越好)。大众跑者多做蹲跳、跳绳等练习可以有效提升肌肉快速伸缩复合能力。
当然,减少着地时间不等于刻意跳着跑,那样在较短时间内的确减少了着地时间,但坚持不了多久就会累到不行。因为跳着跑会大大增加能量消耗和肌肉用力,精英运动员触地时间短、身体重心起伏小,如同贴地飞行,这才是真正有效率、省力的跑步方式。
当然,还有跑者会产生这样的疑问:在同等速度下跑步,不管着地时间长短,总的受力几乎都是一样的—2~3倍体重,着地时间越长,缓冲效果其实也应该越好,减少着地时间会不会导致缓冲不足呢?这里面犯了一个概念性错误,首先在整个着地阶段,只有前1/3~1/4阶段才是缓冲期,后半程都在蹬伸发力;其次,时间只是决定着地冲击力的一个因素,肌肉离心收缩能力、关节位置都会极大影响缓冲效果,所以精英运动员虽然着地时间短,但由于腾空高度低、肌肉能力强、跑步技术好,其着地阶段的缓冲效果要优于大众跑者。
六、总结
着地时间是反映跑步效率的重要参数。总体而言,速度较慢时,着地时间较长;而速度加快后,着地时间会缩短。太长的着地时间容易产生明显的减速刹车效应,降低跑步经济性,所以缩短着地时间有助于提高跑步效率。对于大众跑者而言,适当加快步频,加强力量训练,特别是加强肌肉快速伸缩复合训练,有助于缩短着地时间,提高跑步效率。

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