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中長跑技術分析

  在現(xiàn)代奧運會的田徑比賽分類中,「中長跑」是指 800 米及以上的徑賽項目。800 米及1500 米屬中距跑,3000 米及以上的項目屬長距跑。中長跑一方面要求盡可能減少體力的消耗,維持一定的跑速,但另一方面卻要求在跑的過程中,能按比賽的實際需要有加速跑的能力,所以正確的技術和合理的體力分配對中長跑運動員來說是非常重要。

  中長跑要求運動員要跑得輕松協(xié)調,身體重心平穩(wěn),直線性強,有良好的節(jié)奏,還要盡量提高肌肉用力和放鬆的能力。跑的距離越長,這些要求也就越加重要。各種中長跑的技術基本相同,但由于各種距離的長短和強度有所不同,跑的動作也就有不同程度的差異。一般來說,跑的距離越長,步長越短,前擺與后蹬的用力程度也越小,騰空時間與支撐時間的比值也相對地小。

  中長跑的技術動作

  身體姿勢

  1. 上體正直或稍前傾。

  2. 頭部自然,眼平視,面部和頸部肌肉要放松。

  后蹬與前擺

  1. 當擺動腿通過身體垂直部位向前擺動時,支撐腿首先伸展髖關節(jié),再迅速有力地伸展膝關節(jié)和踝關節(jié)。

  2. 腳掌的小肌肉也要積極參加,最后用腳趾蹬離地面。

  3. 在擺動腿前擺的過程中,小腿保持放鬆而自然下垂。

  4. 后蹬結束時,支撐腿幾乎伸直或伸直,擺動腿的小腿與支撐腿幾乎呈平行的狀態(tài)。

  5. 跑的距離越長,大腿抬起的高度越低。

  騰空

  1. 支撐腿蹬離地面后,小腿亦迅速向大腿靠攏,形成大、小腿邊折疊邊前擺的動作。

  2. 同時,擺動腿以髖關節(jié)為軸,積極下壓,膝關節(jié)放鬆,小腿自然向下伸展,準備著地。

  著地緩沖

  1. 著地位置約在身體重心投影點前的一腳長至一腳半處。

  2. 在中長跑中,可以用腳前掌著地過渡到全腳掌,亦可以用全腳掌著地。(腳著地的技術取決于運動員的訓練程度、跑的速度、與個人特點等。)

  3. 腳著地后,支撐腿迅速彎屈進行緩衝,并為過渡到后蹬創(chuàng)造良好的條件。

  4. 這時,擺動腿亦以大、小腿折疊的姿勢迅速向前擺動。

  擺臂動作

  1. 輕握雙拳,姆指放在食指上。

  2. 肘關節(jié)自然彎曲,以肩為軸前后自然擺動。

  3. 當臂擺到軀干的垂直部位時,肘關節(jié)的角度要大一些,使肌肉得到短時間的放松。

  中長跑的目標

  所有徑賽項目,包括中長跑,就是以最短的時間完成一個指定的距離;而時間與距離、速度的關系見下列公式:時間=距離/平均速度

  影響速度的因素

  影響中長跑表現(xiàn)的因素主要包括:

  反應時間

  (平均)速度度

  技術

  肌肉纖維種類

  訓練

  反應時間(Reaction Time)

  反應時間其實是人腦內資訊處理過程所需的時間,也就是接收到刺激至產生行動前所需的時間。例如,聽到起步槍聲至開始做出起跑動作前所需的時間。

  (平均)速度(Average Speed)

  在整個跑的路程中,跑的速度都有著或多或少的變化。通常會由靜止加速至正常的步速,然后盡可能保持這個速度,直至最后因為疲勞而出現(xiàn)減速的情況。在中長跑比賽的過程中,速度在途中的起伏會更大。

  技術(Skill)

  中長跑的技術目標,首要當然是節(jié)省體能、維持跑速,其次就是防止運動創(chuàng)傷的發(fā)生。

  肌肉纖維種類(Muscle Fiber Types)

  人體的骨骼肌內分布著兩類不同的肌肉纖維,白肌肉纖維較能適應速度高和力量大的項目要求,而紅肌肉纖維則較能適應耐力性項目的要求。肌肉內紅肌肉纖維的比例越高,越有利于較長距離項目。一般來說,訓練并不能改變肌肉纖維的種類,但卻可以增進肌肉纖維的各種能力。

  訓練(Training)

  雖然部分影響運動成績的因素是先天決定(如身高),但后天的訓練卻可以改善與生俱來的特質,甚至轉弱為強。

  速度的組合成分

  一般所指的速度,其實就是「平均速度」,所以除非特別聲明,否則往后所說的速度都是指「平均速度」。

  速度是由「步長」和「步頻」組成,它們之間的關係可以用下列公式表達:速度 = 步長X步頻

  步長(Stride Length)

  在跑步的運動生物力學研究中,一步( stride)通常是指半個跑的週期(例如,由左腳著地至下一次右腳著地)。假設一個運動員的步長為2 米,而他的步頻是每秒3 步,那么他的速度就是:

  速度=2米/步x3步/秒=6米/秒(相當于用10秒跑60米)

  增加速度的方法

  假設運動員的體適能狀況已得到改善,如果要提升速度,便可透過增加步長或增加步頻,甚至是兩者同時增加而達成。

  例一:

  原來速度=2米/步 x 3步/秒=6米/秒

  新的速度=1.5米/步 x 4步/秒=6米/秒

  例二:

  原來速度=2米/步 x 3步/秒=6米/秒

  新的速度=1.8米/步 x 4步/秒=7.2米/秒

  從例一及例二可見,要有速度上的增進,在提升一項因素(如步頻)的時候,另一項因素(如步長)不能有太大的衰減,否則可能會得不償失。

  步長的構成

  步長是由后蹬距離、騰空距離、著地后距離三段構成。

  Atwater(1981)對 12 名男性 100 米跑運動員(成績由9.9 秒至10.4 秒)進行分析,他們后蹬距離、騰空距離、著地后距離(佔步長百分比)的分布見下表:

最小平均最大
后蹬距離2226

30

騰空距離505764
著地后距離121720

  影響騰空距離的因素

  正如其他投射物(projectile)一樣,影響騰空距離的因素包括:蹬離地面時的初速度、蹬地的角度和空氣阻力。

  影響初速度的因素

  影響初速度的因素主要為蹬地時地面施加于運動員身上的反作用力,這其實是運動員充分伸展髖、膝、踝關節(jié),向后蹬地用力的成果。

  著地時的常犯錯誤

  著地時的一個常犯錯誤就是刻意把小腿踢前,以增加步長,其實這會影響到前進速度,因為腳向前踢出的動作在正式著地時會產生向后的反作用力,形成了「制動」(braking)的效果,反而降低原本向前的速度。

  步頻的構成

  步頻取決于完成一步所需的時間,需時越長,在一指定時間內的步頻越低。完成一步的時間組合可以被分為:接觸地面的時間和騰空時間兩個部分。

  根據(jù) Housden(1964)和 Atwater(1981),頂級短跑運動員完成一步的時間比例為:

接觸地面的時間騰空時間
起跑21
途中跑11.3-1.5

  一些有關步長與步頻的研究結果

  Hoffman(1971)

  研究了 56 名男性短跑運動員(最佳時間由10.0 秒至11.4 秒)后發(fā)現(xiàn):

  平均步長與身高和腿長有關。

  平均步長一般為身高的1.14 倍,腿長的2.11倍。

  平均步頻與身高或腿長都分別成反比,即身材越高,步頻越低;腿越長,步頻也越低。

  最高步長為身高的1.24 倍。

  Hoffman(1972)

  研究了 23 名女性短跑運動員(最佳時間由11.0 秒至12.4 秒)后發(fā)現(xiàn):

  研究結果與Hoffman(1971)相似。

  平均步長一般為身高的1.15 倍,腿長的2.16倍。

  Rompotti(1975)

  研究了 20 名男大學生和12 名優(yōu)秀男性大學生運動員后發(fā)現(xiàn):

  全速跑步長 = 1.17 x 身高 ± 10 cm。

  Atwater(1981)

  分兩組研究了 23 名男性短跑運動員(最佳時間由9.9 秒至10.4 秒)后發(fā)現(xiàn):

  其中一組的平均步長為2.5米( 于50米處),即身高的1.41 倍,腿長的2.65 倍。

  另一組的平均步長為2.34 米(于60 米處),即身高的1.31 倍,腿長的2.47 倍。

  所得數(shù)值高于 Hoffman(1971)及 Rompotti(1975),主要可能是地面(煤渣跑道與塑膠跑道)及運動員能力的分別。

  技術動作的力學分析

  腿部動作

  腿部動作是一種循環(huán)動作,而且可以分為叁個階段:支撐階段、蹬地階段、恢復階段。

  支撐階段

  支撐階段由腳著地一刻開始,直至運動員的重心向前移過著地點后結束。腳的著地方法是跑的技術環(huán)節(jié)中最具爭議的地方,有些人主張應該以腳跟先著地,然后滾動至腳前掌,再以腳趾蹬離地面。不過,這種著地方法會降低了向前的動量(momentum),因為在腳跟著地的一剎那,腳部仍在向前的動作會繼續(xù)向前(牛頓第一定律),并形成一鼓向前的作用力(action)施加于地面,而地面亦會同時回應一鼓力度相同,方向相反(向后)的反作用力(reaction,牛頓第三定律),減慢了運動員向前的動作。同樣道理,刻意把小腿踢前以增大步長時,腳部于著地的一剎那也正在向前移動,所受到的反作用力一樣會減慢了向前的速度。

  因此,正確的著地方法應該是以腳前掌( 外側)先 著地,然后過渡至全腳觸地,并借此緩衝部分腳著地時因地心吸力所產生的撞擊力;而且腳著地后亦應該繼續(xù)向后移動,用從地面而來的反作用力使身體可以更快地向前推進。至于腳著地的位置,亦應該盡量接近運動員身體重心在地上的投影點。

  當跑的距離增長,速度會相應變慢,腳著地的部位也會向腳跟方向后移。其實大部分短跑運動員(包括頂級運動員),著地后腳跟都會觸及地面(Nett,1964)。Payne(1983)的研究亦發(fā)現(xiàn),在 18 個國際級 200 米跑運動員中,只有一個是全程腳跟沒有觸地。而另一組共有 41 個從事400 米至1500 米的國際級運動員中,亦只有 6個是採用同樣的技術(腳跟不觸地)。由此可見,無論是短跑還是中長跑運動員,都不應刻意禁止腳跟著地。

  為了減低因地心吸力而來的撞擊力,腳著地后,髖、膝、踝關節(jié)都會適當彎屈,以吸收腳撞擊地面時的震蕩。

  蹬地階段

  支撐階段一結束,便會進入蹬地階段,直至蹬地腿的腳部離開地面為止。運動員這時應用力蹬伸髖、膝、踝關節(jié),并向下、向后用力把身體推離地面。蹬離地面時的初速度是取決于髖、膝、踝關節(jié)的肌肉力量,也會影響到實際的步長。

  恢復階段

  恢復階段是指腳部蹬離地面后,被送前并準備下一次著地的一段期間。支撐腿蹬離地面后,小腿應迅速向大腿靠攏,并形成大、小腿邊折疊邊前擺的動作。當小腿向后、向上靠攏大腿的時候,腳部應盡量貼近臀部,從而把腿的轉動慣量(moment of inertia)降至最低和增加角速度(angular velocity),使腿可以更迅速地向前擺出。與此同時,擺動腿亦以髖關節(jié)為軸,積極下壓,膝關節(jié)放松,小腿自然向下伸展,準備著地。

  手部動作

  研究過 10 名跑步人士的手部動作后,Hinrichs(1982)指出,手部動作的主要功用是平衝由于腿部動作而產生的角動量(angular momentum),而且對提升身體重心亦有一定的貢獻(約 10%)。一般來說,手部動作向前不應高于肩膊,向后也不應超過臀部1腳長的距離,而且亦要避免左右扭動,慕求以最大的合力把身體向前推進。

  空氣阻力

  在所有跑的項目中,部分的能量會被浪費于克服空氣阻力(air resistance),因而降低了運動員的動能(kinetic energy),影響了速度。

  空氣阻力是與運動員跑速的「平方」成正比,所以速度越高,要抵抗的空氣阻力越大。跟據(jù)Dyson(1986),在靜止的氣流下,若運動員的跑速為10.67 米/秒(一般優(yōu)秀短跑運動員的最高速度),作用于運動員身上的空氣阻阻力便有15.93牛頓(3.58 磅)。因此,特別在大風的日子,中長跑運動員都應該避免領先跑。

  速度與年齡

  根據(jù) Anderson(n.d.),美國北愛荷華州大學(University of Northern Iowa)的 Nancy Hamilton 博士發(fā)現(xiàn),跑步成績和跑姿會隨著年齡的增長而產生戲劇性的變化。雖然許多研究人員都把速度隨著年齡增長而下降的現(xiàn)象歸因于心臟輸出的能力、肌肉質量和肌肉力量的損失等生理因素,但Hamilton 博士卻將這些現(xiàn)像歸因于跑姿的轉變。

  Hamilton 在 1989 年間,共攝錄了162 名國際級跑步運動員(83 男,79 女)的比賽片段,并將其數(shù)碼化后進力學分析,她把表現(xiàn)較佳和表現(xiàn)較差的運動員進行比較,亦把年齡較大和年齡較小的運動員進行比較,她深信運動員之間表現(xiàn)上的分別主要在于力學上的因素,特別是髖、膝、踝關節(jié)的活動幅度。Hamilton 的論據(jù)是這些關節(jié)的活動幅度會影響到步長與步頻,而增加步長或步頻,甚至是兩者同時進行下,都是跑得更快的先決條件。

  就以一個5000 米跑18:30 的運動員為例,如果她目前的步頻是 180 步/分鐘,而步長則是 1.5米,那么她完成5000 米共需要跑:5000 米 &pide; 1.5 米/步 = 3334 步

  假設該名運動員在體適能上有所改善,而且使到步頻有1%的增進,那么她5000 米跑的時間便可降低至18:20左右。如果步頻保持不變,而步長方面有1%的增進,同樣能夠把時間降低至18:20左右。如果步頻和步長兩者都同時有1%的改善,那么時間就更可以降低至18:10左右。

  Hamilton 的研究發(fā)現(xiàn),隨著年齡的增加,步頻的下降并不明顯(80 歲與 35 歲的相差只不過是4至5%)。另一方面,雖然步長在35 至55 歲間仍會有些微增長,但自此以后,步長便會逐漸下降( 90歲的比35歲的下降了40%,由每步2.36米縮短至1.42 米)。由此可見,自40歲過后,步長會明顯下降。

  Hamilton 發(fā)現(xiàn)年齡較大的運動員,腳接觸地面的時間較長,這主要是髖和膝等關節(jié)的活動幅度下降所致。例如,膝關節(jié)在跑步時的活動幅度自35 歲至90 歲間竟減少了33%(從123度下降至95度),這使到膝關節(jié)于腿向前擺動時折疊不足,腳與髖關節(jié)的距離變遠,力矩(moment)增大,影響了前擺的速度,也就影響了另一腿及時蹬地用力,把身體前送的速度。此外,髖關節(jié)在跑步時的活動幅度比膝關節(jié)下降得還要厲害,自35 歲至90 歲間減少了38%,這些都影響了步長。

  因此,Hamilton 主張應該改善髖關節(jié)的活動幅度,并且加強四頭肌(大腿前方肌肉)的柔軟度,令腿前擺時可以折疊得更好,使到腳能夠貼得更近臀部,減少力矩,加快前擺的速度;而且臀部附近的肌肉亦要加強向后用力,把人體迅速推離地面。此外,腳著地后要避免膝、踝關節(jié)的「過分」彎屈,好使盡快從支撐階段過渡至蹬地階段,縮短兩腳與地面接觸的時間。

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