当前位置: 首页 > 跑步装备

关注我们的公众号

发布日期:2019-05-07 14:07:45 编辑:跑步平台网阅读次数:

作者:思敏 Susie

Laurie

 

剪切力(shear force)

剪切应力指两股互相平行但方向相反的力,因此,物体的一部分会相对于另一部分移动。之所以称为剪切,是因为它的原理很像剪刀。剪切会引起两个物体的相对滑动。这会导致摩擦。例如一节脊椎相对于另一节脊椎滑动,它们之间就会有剪切应力。

 

行走、跑步时,你会一直承受剪切应力。你每踏出一步,一条腿离开地面,另一条腿承受全身重量,就会在骨盆产生剪切应力,因为地面通过支撑的腿上推身体一侧,重力下推另一侧的悬空的身体。

 

跑步膝

跑步一直是大众参与人数最多、受欢迎程度最高、最简便易行的运动,但令人遗憾的是,研究显示这项运动的伤痛发生率高达85%,这其中又以膝痛最为常见。导致膝痛的原因很多,跑姿问题、体重大、跑量过多、缺乏力量、不重视恢复等等不一而足,当然这些都是膝痛的影响因素,最终这些因素都会以生物力学的形式呈现出来,也即一切因素最终都会归结于反复受力引发应力集中,从而导致慢性损伤。而损伤都可以从力学上给予解释。

 

跑步膝痛根本原因是着地时受到较大冲击力跑步是一项周期性运动,也即蹬地、腾空、摆腿、着地、支撑等阶段周期重复出现,在跑姿的整个环节中,哪个环节受力最大,自然就是最有可能引发伤痛的关键跑姿,处理好这个环节就能在很大程度上解决伤痛问题。

垂直方向的冲击力

只要我们在地球上生活,时刻都会受到重力的影响,而且我们永远都避免不掉它。而跑步时受到的第一个力,就是垂直方向的冲击力。

当你以较快的速度奔跑时,我们会习惯往前伸小腿。当支撑点远离身体的重心时膝关节容易锁死,关节会经历两次冲击(根据牛顿第三定律"作用力等于反作用力",因此落地时的力越大,地面的反作用力越大)。第一次冲击发生在极短的时间内冲击会比较猛冲力高达2.3倍体重;第二次是支撑点在重心下方、体重经过支撑点上方时。当支撑点越靠近身体重心时膝关节不易锁死,小腿和股四的肌肉参与缓冲以保护关节。

那么如何减轻垂直方向的对膝关节的冲击力呢?

加强腿部力量训练!让自己有足够强大的肌肉去吸收冲击力,减轻对膝关节的压力。

水平方向的剪切力---重点来了

摩擦力的方向是水平的,而跑步时人体近似可以看成是垂直于地面的(由于身体前倾,人体与地面不是90度,但基本可以忽略不计),这就构成了剪切力。

过大的剪切力持续作用于人体,就有可能造成损伤,严重的就是骨折。同样,源于摩擦,作用于足踝的剪切力可能对于足踝、小腿、膝关节造成过多应力作用,并引发跑步伤痛。

想象着我们将一只筷子垂直的竖在桌子上一端固定,在筷子的顶端施加向下的力,只要不施加暴力筷子就不容易折断。但如果我们将筷子斜着固定在桌子上,在筷子顶端施加向下的力筷子很容易被折断。

当我们快速奔跑脚落地时会习惯的把脚往前跨,脚的落地点会在身体的前方。这时候髋与脚跟和地面会形成一个角度(触地角度,如图所示),此角度越小说明脚落地时的位置与重心的距离越远,水平的剪切力就越大,膝关节易锁死。我们都知道,链条的坚固程度取决于它最薄弱的环节,而我们在整个下肢动力链当中膝关节处于整个动力链的最薄弱环节,水平剪切力越大对膝关节造成的伤害就越大。当这个角度越接近80-90度,脚落地的位置越靠近身体重心,重心通过支撑脚的速度愈快、阻力的的形成时间越短,水平剪切力越小,膝关节的压力越低,跑步的经济性越高。

大咖选手:

普通选手:

损伤与步频的关系

什么是步频?

步频是指走路或者跑步时,每分钟脚步落地的次数,例如:在1分钟内,左右脚共踏出150步,那么你的步频就是150次/分钟,如果左右脚共踏出180步,那么步频就是180次/分钟。

在既定速度之下,你的步频由步幅决定,道理很简单,相同的速度,你的步子迈得越大,你需要的步数就越少。所以,慢步频是步幅过大的一个指标。

饭后走一走,活到九十九"。可为什么很多人走了一段时间以后膝关节却走坏了?!速度不快的情况下膝关节怎么会受伤呢?

如果仔细分析快走的技术动作则是大步幅?低步频。大步幅带来较大的水平剪切力,低步频带来较大的垂直冲击力,两者相加自然加速了膝关节的损伤。

为什么步频越慢,剪切力越大?

跑步时,在同等速度下,如果步频较慢,那么就意味着步幅较大,也即跨大步跑;而跨大步跑必然导致着地点距离重心投影点较远,此时小腿与地面(以摩擦力方向向后为准)呈现锐角,则水平剪切力越大。

想要减少水平剪切力,就得让着地点靠近身体重心,增大小腿与地面之间的角度,也即小腿尽可能垂直甚至呈钝角。跑步是持续的耐力运动,如果剪切力作用时间过长过大,久而久之必然带来运动损伤问题。

为什么提倡高步频?

步频训练为什么对跑步训练具有科学指导意义,若想弄清楚,就得明白轮子的物理学原理。轮子是我们现实生活中最便捷的交通工具之一,虽然看起来简单,但其实轮子的构造极其复杂。它在力学上有三种特性对人类的移动具有深远的意义。

1、轮子在移动过程中力学效率最高,它能以最小的垂直振幅往前移动。

2、轮子的支撑点在轮子的重心的正下方,在滚动的过程中两者的相对位置永远固定。

3、不管前进的速度快或慢,支撑点总是持续在改变,滚动速度的快慢与支撑点的转换速度成正比。

跑步通过双脚连续不断的支撑转换,将身体向前移动,移动过程中躯干部分保持相对静止,通过双脚交替转换实现身体水平前移。

在向前移动的过程中人无法像轮子一样无间隙的一点接一点的连续转换支撑点,因为人只有两只脚,无法达到轮子这样的力学效率。但是,我们可以通过步频训练掌握高频技术,这样便能接近轮子的力学效率,以滚动的方式带动身体往前。目前主流跑步资料显示步频维持在 180步/分的状态下,跑步的经济性相对较高。

为什么是180步/分呢?因为很多研究认为每分钟步频在180步以上时,双脚将更接近轮子的效率,落地点更靠近重心的正下方,跑步的效率将会大大提高。

1)根据美国肌力体能协会(NSCA)

耐力训练第八章——跑步运动技术训练,强调高步频的重要性,在1分钟的跑动过程中对运动员右脚着地次数进行统计,并建议运动员每分钟的步频维持180次;

2)根据美国运动医学协会(ACSM)

步幅增加的过程应该是一个自然的过程,而非刻意的形成或跨大步,相反跨大步还会带来很多麻烦。当步频与步幅能以最理想的比例互相搭配,跑步的经济性才能发挥到最佳状态。

3)美国著名跑步教练杰克丹尼尔斯(Running Formula)

在 1977 年的研究调查及著作(Running Formula)发现精英跑者的步频很少低于每分钟 180 下。通过实际的研究报告他将高频技术列入好的跑步技术原则之一。

对于这个神奇的“180”,也有人表示质疑。理由是步频随着速度的增加而增加,你不可能在不同速度下还保持着相同的步频,你也不可能跟速度是你2倍的奥运选手保持同样的步频。

跑步伤病果真与跑步步频有关?

问题来了,步频的快慢真的是让一些人受伤而另一些人不受伤的原因吗?这正是美国两项最新研究要探讨的问题。

艾琳戴维斯的研究组比较了两组跑者:32名健康跑者和93名曾在诊所就诊的受伤跑者。

研究者对于两组跑者的步频做了最简单的对比:受伤组的平均步频是164步/分,竟然比健康组161步/分的平均步频还要快。

他们还研究了“纵向平均负荷率”(VALR)和“垂直瞬时负载率”(VILR),这两项指标主要是测量你的脚落地时的困难程度。结果,受伤组的这两个参数分别比健康组高出28%和16%。

但是,当研究者寻找VALR、VILR和步频的关系时,却发现找不到任何联系。换句话说,步频最高的跑者不是跟研究者预想的那样——承担最低的负载率。

第二个实验规模更小更简单,得出的结论与上面的实验完全相反。

弗吉尼亚联邦大学的研究组在28名跑者练习半程马拉松前后分别测量了他们的步频,并监视了他们的伤病情况。

研究人员得出了步频和伤病的关系:12名步频为162步/分甚至更低的人中,8人受伤了;步频在163至168步/分之间的7人中,有5人受伤了;而步频在169步/分以上的9人中,只有2人受伤。

这项研究由值得探讨的地方,一是它的研究对象样本量少;二是,在训练期间,跑者的整体步频很有可能会从165 步/分增加到173步/分,特别对于没有经验的跑步新手来说,这种可能性很大。所以实验结果也可以这样解释,开始时步频最低的跑者同时也是最没有经验的跑者,因而他们更容易受伤。

虽然这两项实验结果相互矛盾,但是倒是说明了步频与跑步伤病关系这个话题值得更深入的研究。

最后的结论不是说步频不重要,所有试验者都一直认同的的一点是:步频只是造成跑步伤病的众多变量中的一个,它的重要性因人而异,180步/分仍有参考意义。

虽然说,步频快慢与跑步伤病的关系尚待研究。但是,练好步频,可以有效地提升跑步速度,实现进阶。也就是说,对于一个进阶跑者,想实现PB,你需要提升你的步频。

如何减少剪切力造成的膝关节损伤?

总的来说,我们每分钟的步频提高到180或者更高,落脚点越靠近我们身体重心或在重心下方,这时候除了大大降低了膝关节的冲击力,你还会发现你脚着地的位置已经从后跟变为了前足或中足。大家热论的到底是前足还是脚跟后跟着地已经不再重要,重要的是你触地时脚触地点位于重心的什么位置。当你get到这个技能,成绩自然提升,同时损伤的几率会大幅度下降。

训练来了

1)原地跑(30秒/组)

脚踝放轻松,前脚掌着地后,脚跟轻碰到地面就弹起。外观看起来像踮脚,其实是因为步频或速度提高后,脚掌一点地就离开了。可以用每分钟180步的原地跑试试看,是否脚跟都还来不及落地,就被拉起来了。

小腿的后侧,有一条粗壮的肌腱——阿基里斯腱,它连接着小腿与脚掌,是人类在跑步时其中一个动力来源之一。当脚掌落到地面时,阿基里斯腱会被伸展开来,这时候就会像被拉长的橡皮筋一样充满能量,当脚掌离开地地面时,这条肌腱就会自动释放出能量让身体前进,我们把这个动能称为“弹性能”(Elasticity)。如果跑者懂得善用这种能力,将可以为自己省下不少体力。

2)小马踮步训练:双脚快速以极小的幅度不断反覆向上拉起,脚掌拉起的幅度尽量小,离地不要超过5公分。脚掌几乎是一离地就放松回到地面,只利用前脚掌跖球部像蜻蜓点水般一点地就拉起来。这动作除了快之外,要专心使上半身与股四头肌保持放松,只动用大腿后侧肌群。建议每次练习2~3组,可加入下肢热身动作内。

另外,前足跑法绝不是踮脚跑,只是前脚掌先着地。踮脚跑是指脚跟永不落地,但前脚掌「先」着地,是指脚掌前缘先落地,接着是中足,再来是脚掌后缘。身体本生就有让脚掌慢慢放下(其实是在100毫秒内发生的事)的本能,藉此来缓和落地冲击。所以前足先着地并非踮着脚尖跑,那样谁都做不到。

 

参考资料:

知乎(2017)。拉伸力、压缩力、剪切力、和扭转力。取自:

Lequesne MG, Dang N, Lane Ne. Sport practice and osteoarthritis of the limbs. Osteoarthritis and Cantilage,1997,5(2):75-86.

Felson DT.Risk factors for osteoarthritis:understanding joint vulnerability.clin 0rthop Relat Res,2004,427(1):s16-s21.

卢亮宇, 王予彬. 12周规律性运动对健康成人膝关节软骨体积的影响[J]. 中国运动医学杂志, 2014, 33(12):1144-1148.

 

注:本文为根据国际小组文章归纳总结

本文链接:关注我们的公众号

上一篇:人到中年也能跑到350,跑步带给他不一样的“跑马人生”

下一篇:女孩子每天晚上都坚持跑步锻炼,有什么坏处和好处

热门资讯

友情链接:

佛经大悲咒 心经拼音版全文 大悲咒注音版 大悲咒原文 大悲咒念诵正确方法 金刚经读诵完整版 般若波罗蜜多心经唱诵 般若波罗蜜多心经全文 般若波罗蜜多心经唱诵 心经念诵 金刚经注音 般若波罗蜜多心经白话文 大悲咒注音版全文 手抄心经 心经讲解 佛经大悲咒 大悲咒经文讲解 心经唱诵 般若波罗蜜多心经 心经讲解

Copyright © 2018 跑步平台网 版权所有 All Rights Reserved. 网站地图

苏ICP备18043316号