摆臂之优化

光盐行者
楼主 (文学城)

前一阵琢磨跑姿,被挺髋送髋步频步幅这些东西搞得头昏脑胀。往往看了专家们的讲解似懂非懂,或者实行起来不是那么容易。

昨天又想到了一个问题,就是跑步中的摆臂。关于摆臂,很多人讲的是要注意前不露肘后不露手,不要过多的横摆这类注意事项。今天想讨论一下小臂和大臂之间夹角的问题。

地球人都知道牛顿定理。对线性运动而言,F=ma。如果物体是绕某一点旋转,这个时候牛顿定理是T=Ja。这里的T是力矩,J是转动惯量,a是角加速度。

假设一个人在跑步的时候摆臂是某一个角加速度函数(自变量是时间)。在保持这个角加速度函数不变的情况下,如果能够减少转动惯量,那么力矩就会减少。

对某一个质点来说,转动惯量是质量乘上距离的平方。对整个手臂需要求积分。人手的形状不是很规则,所以真的要计算积分的话是很困难的。

但是其实不需要计算积分,只需要分析不同的摆臂方式时转动惯量的增减。

假设在考虑两种不同的摆臂方式时,大臂保持同样的方式,小臂和大臂之间的夹角可以有变化。从下面这个图可以看到,如果这个夹角减小的话,小臂上的每一个质点对转动惯量的贡献会减少,因为离转动轴心(即肩关节)的距离减少了。

从这个简单的分析,可以得出一个结论:小臂和大臂之间的角度比较小的话,转动惯量就比较小,最后导致力矩比较小。

那力矩比较小有什么好处呢?我首先想到的是,喵儿爸以前说过他有时候跑步时肩膀会痛。减少力矩肯定对这有帮助。

还有一个就是做的功会少。摆臂的功率是力矩乘以角速度。

在角速度一样的情况下,把力矩减少就可以使能量的消耗减少。这肯定与有助于跑步的经济性。

当然具体有多大影响,不是很容易确定,除非你真的用积分去算转动惯量,然后还要估计摆臂的角速度。也有可能花了九牛二虎之力,最后算出来节省的能量可以忽略不计。但至少减少大小臂的之间的夹角不会带来坏处。

当然也不能走极端,如果把这个角度减少到最小,也就是大臂小臂碰在一起了,从上面分析的力矩和做功上来看好象效果最好,但实际上那样会让你感觉很不自然。所以结论是:在感觉不难受的情况下,略微减少大小臂之间的夹角可能带来一点好处。

在看一些马拉松专业运动员跑步的时候,我注意到男运动员大小臂之间的夹角大都比较大,而女运动员大部分夹角比较小。不知道是不是和女运动员步频略高有关。减小夹角可以减小转动惯量,同样的力矩情况下,角加速度可以增加,这应该有助于增加步频。

当然也有例外,以前中国有个女子马拉松选手,跑步的时候手臂垂直向下,样子非常古怪,但一样可以跑得很快,只要她自己觉得舒服就行,牛顿定理可以扔到一边去。还有那个英国的Paula Radcliffe,跑步的时候一直在上下点头。所有的人看了都觉得她这样做在浪费能量。她和她的教练肯定也都知道,但是人家并不去改变。就这样边跑边点头,拿了无数次马拉松冠军,还破过世界纪录。所以牛顿定理也可以看看而已,不必太较真。

这篇文章也一样,看看而已,不必太较真。



更多我的博客文章>>> 摆臂之优化 约旦行(4) 约旦行(3) 绕冰湖,爬雪山,交接力捧 约旦行(2)
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fuz
人不是机械,不能被设计、改造。胳膊的活动靠不同的肌群协调、及关节限制。跑久了,上肢运动会自动趋于省力节能的方式
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printemps
哈哈,博士论文!跑不动的时候,需要摆臂带动腿,增加能量,这时候就需要大幅摆臂
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zhbzhb
孙英杰 (如图)

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zhbzhb
当年参加校友会

为她们参加波马接风

光盐行者
确实是要用摆臂来带动腿。

但我觉得不一定是跑不动的时候。有时不知不觉步频下降,可以加快摆臂频率把步频带上去。而在这个过程中,大小臂夹角会有影响。

光盐行者
谢谢。当时一下子忘了她的名字了,就是她。

这是很久以前的事了,很多年轻人可能都没看过她的比赛。暴露年龄了。

光盐行者
同样的道理,下肢也可以顺其自然。

哪还讲什么跑姿?步频挺髋之类的都可以不考虑。对以健身为目的的人来说,跑得少跑得慢,确实不需要考虑跑姿。

但是如果一概而论,那全世界的教练都要失业了。你不怕教练们跟你拼命?

随园居士
有体会,后半程有时用力摆臂感觉可以带动腿的移动。
光盐行者
坛子里藏龙卧虎,很想听听专家们的见解。
光盐行者
我在跑四百时手臂带动腿的感觉尤其明显。

以前慢跑时步频低,顺其自然,所以慢跑时感觉不到摆臂的重要性。现在即使慢跑也注意保持180的步频,所以慢跑也要靠摆臂控制频率。

光盐行者
她是你的校友吗?
随园居士
我自然状态跑,步频160,现在有意尝试加快步频,争取将来能到180. 但感觉高步频用到hip的肌肉比160时多了
光盐行者
我的感觉,

加快步频后肯定会用到一些原来不太用的肌肉。我一开始练习180时腹股沟随近的肌肉酸痛。后来习惯了就没感觉了。

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fuz
肢体摆动方式,主要受关节滑面的限制
羽绒服
教授,有个学科叫kinesiology,了解一下再说。LOL
光盐行者
我和我们学校Kinesiology 系的教授有不少交流。
广
广陵晓阳
哈哈,名符其实的工程学教授。“我注意到男运动员大小臂之间的夹角大都比较大,而女运动员大部分夹角比较小”,我也注意到了男女

专业运动员在摆臂的稍许不同,除了你提到的步频,我觉得可能与男运动员的步幅比女运动员大也有关。

G
GoGym
这是女的?
G
GoGym
赞工科生思维! 不过这个理论是不是只适用在手臂被动耗能的情况?如果手臂帮助整个身体地的动能呢?
光盐行者
女子长跑精英选手很多这样的吧,瘦瘦的像小男孩。

没记错的话,她好象拿过奥运会或者某个重要比赛的铜牌。看她跑步的样子,一点都不优美。

羽绒服
最根本的是男女生身高腿长不一样?要求160的跟175的步幅一样,感觉有点强人所难
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zhbzhb
读文章的时候我就想到了反例: Kipchoge 的大小臂夹角就很小
z
zhbzhb
不是。当年我们校友会有位老兄热衷跑马,应该是他帮忙促成了接风聚会。
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GoGym
这人脸也像个男的。好像非裔和欧裔长跑女选手,再瘦也不让人觉得是男的
光盐行者
看看这张照片,很不一样,希望不是照骗。

光盐行者
对,我也觉得是这样。

不光是男女,腿长的和腿短的人步幅自然会有差别。为了弥补步幅上的劣势,腿短的人自然要加快步频。我想说的是,夹角小点有利于提高步频。

光盐行者
也跟跑步的能力有关,

女子马拉松精英有些人身高一米四几,那步幅比一米八几的常人要大很多。她们基本上在飞。我也可以那么大步幅,但是只能象三级跳远一样,三步以后就歇菜了。

光盐行者
可能并不是反例。这是不是他跑得快的原因呢?
G
GoGym
哈哈,这张一看就是照骗,脸型完全变了,白脸,削下巴,撑大眼,全面PS :)
光盐行者
手臂在跑步时有几个作用,

我能想到的是:1.平衡,2.影响步频。减少夹角对1应该没什么影响。对2的影响是正面的。

当然这些是简化的分析,象夫子说的实际人体模型应该更复杂。但这并不等于说这种简化模型就没有用。有了一个大概的方向,下面就是要设计实验,采集数据,做统计分析。

我认识一个原来工科的学生,现在在学校研究运动学,和工科很多研究是相通的。至少方法是差不多的。

G
GoGym
连鼻子也修了:)
光盐行者
嗯,很有可能。多年前看她比赛没觉得她有这么好看。跑姿古怪倒是印象深刻。
G
GoGym
那当然,我以前学过一年生物力学,其实都是基本物理原理打底
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zhbzhb
刚刚查了一下,二十年过去了,孙英杰仍然保持10公里,半马和全马中国女子记录!
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Waterchase
这些中国顶尖长跑女将,一旦 退役稍微一打扮就都非常漂亮!判若两人,象王军霞,?慧丽? , 还有网球李娜等等