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體育中的物理 |
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| 跑的力學 | |
(2004-01-18) | |
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跑是不斷重復的週期性運動。波動的速率與頻率及波長的關系如下式:
速率=頻率×波長
同理,跑的速率與步頻(每秒鐘所跑的步數)和步長(每跑一步的距離)的關系如下式:
速率=步頻×步長
要增大跑的速率,就要設法增大步頻和步長。例如一短跑者平均步頻為每秒4.6步,平均步長為1.8步,早其平均速率為8.28米/秒。如果以此速率跑100米,就要12.秒。
設有體力相同的A、B兩人,分別採用圖(a)和(b)兩種跑步方式:(a)的起步角較(b)為大,則(a)每跑一步由于把身體升得較高,要費較長時間才能著地跑一下步。這樣,步頻自然較小。另一方面,由于(a)的起步角較大,升高身體的分速度較大而水平向前的分速度較小,故步長就較短。故(a)跑得比(b)為慢。
每跑一步的速度,是由前一步保留下的的速度(慣性)以及下一步有力後所補充的速度的向量和。每跑一步所補充的速度,同由腳向蹬地面而獲得,如圖(c)所示。腳後蹬的力為F,則地面也給人體一個大小等于F的反作用力,人體由于這個力在後蹬時間內獲得補充的速度。F與地面的夾角α叫做後蹬角。
F可分解為F1和F2兩分力。F1使人獲得水平前進的加速茺,而F2則獲得垂直上升的加速度。後蹬角α決定F1和F2的分配。後蹬角不應過大,否則力量F用在升高身體太大而用在前進太小,這就減小了步頻和步長。短跑的後蹬角應在52°∼60°之間,視體力與技術而定。
完成後蹬動作之後,人體就向前拋騰一步。接著,另一腿由擺動腿轉為支撐腿而著地,如圖(d)所示,這動作叫做前蹬。前蹬地面的力R和地面的夾角β叫做前蹬角。人腳受到地面的反作用力和R大小相等而方向相反。前蹬時,應腳掌著地,以減小作用力R。
由圖可知,R是斜向後的,會減小前進速度。因此,前蹬角β宜大,也就是腳掌不要太早著地,要擺至接近身體下方才著地,這就要以減小R向後的分力。
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