-田径世锦赛男子100米技术分析图「田径世锦赛男子100米技术分析」

田径世锦赛男子100米技术分析图「田径世锦赛男子100米技术分析」

简介

男子100米决赛和半决赛在8月5日的晚上上演,这是一个良好的天气。鉴于这是尤塞恩博尔特的最后一场个人项目比赛,现场气氛也因此非常热烈。回到比赛中,美国的克里斯蒂安-科尔曼是最热门选手,他是2017年跑得最快的选手,并且在半决赛中排名第一。尽管如此,虽然科尔曼在比赛的前程处于领先,但最终他不得不接受银牌。贾斯汀加特林在后程的追赶使他最终以0.02秒的优势击败科尔曼并获得金牌,同时也使美国队包揽了前两名。尤塞恩博尔特虽然起跑较慢,但最终只落后科尔曼0.01秒,获得铜牌。金牌和铜牌获得者皆跑出个人赛季最好成绩。

研究结果—决赛

下述内容为男子百米决赛的相关数据,包括分段时间分析以及比赛特定阶段的时间与运动学关键数据指标。

身位分析

尽管分束照相机的光轴能够做到与跑进方向垂直,但事实上由于我们只能沿着终点直道只能架设5个机位,因此摄像机之间的实际间隔为20米。虽然其中可能会由于摄影视角的问题而存在误差,但数据分析都是基于运动员个体(当运动员的肩峰经过分段线时开始测量)的,并且通过电视画面(国际田联官方数字馈送)及其他来源进行三角定位。此外,在那些区域所采用的摄影机,频率为250Hz和150Hz,他们被用于对运动员比赛中的身位进行抓捕。

考虑到前述所说的相关限制,同时基于我们现有的摄像机数量,我们觉得这是精确测算分段时间的最好的方法。当然,如果能结合运动员号码布上的计时芯片或者更精密的定位系统技术,那么所获得的分段时间将更为精确。

下图显示的是各个决赛运动员每10米的身位情况。要注意的是:身位分析(图4)所参照的数据届精确到小数点后三位。在将运动员比赛中的身位与分段时间(表2.2)结合进行分析时,要将此因素考虑在内。

图4:决赛运动员每10米的身位情况。前三名运动员以各自奖牌的颜色对他们进行区分。

表2.1:各运动员的每10米分段时间

注:RT=反应时。高亮部分为该分段的最快成绩。分段成绩中也包括了反应时,其他数据则精确到小数点后第二位。

表2.2:各运动员的每10米累进分段时间

注:RT=反应时。分段成绩中也包括了反应时,其他数据则精确到小数点后第二位。

速度分析

图5(下图)所示为各决赛运动员每10米的平均速度。由每10米的分段时间计算而来。

图5:每10米分段平均速度

图6和7(下图)所示为前三名运动员(图6)和其余5位运动员(图7)的分段平均速度。

图6:前三名运动员的每10米分段平均速度

图7:其余5位运动员的每10米分段平均速度

步长分析

下方两个图所示为运动员的平均步长,基于步数计算而来。以绝对步长和相对于身高的步长(1.00=身高)两种方式呈现

图8:各决赛运动员百米全程的平均绝对步长

图9:各决赛运动员百米全程的平均相对步长

冠军运动员相关数据

贾斯汀 加特林

途中跑阶段

以下数据为决赛运动员途中跑阶段的关键运动学数据,经过标准化处理,所选比赛段落为47-55.5米。要注意的是,在这个段落,有的运动员可能仍然处在加速阶段,因此左右侧数据的差异不一定表明双侧下肢存在不对称性,而是速度不断增加所造成的结果。

表3:各决赛运动员的平均步长、相对步长、步频以及两步之间的横向步宽

图10:各决赛运动员途中跑时的着地、腾空及单步时间。单步时间为着地时间和腾空时间的总和。左右两条柱分别表示每位运动员左腿和右腿的数据。

表4:各决赛运动员的平均速度

注:步速由步长和单步时间计算得来,而重心位移速度则是基于整个身体的运动数据计算得来。

图11:各运动员每一步的重心水平位移速度

图12:各运动员每一步的摆动时间。对于有些运动员,所测为左腿,对于另一些运动员,则为右腿。

表5:触地(DCM)和蹬离地面时(DCM TO),重心投影点与触地点之间的水平距离

注:所示数据为距离的绝对值以及相对于运动员身高的百分比。百分比数据精确到整数位。

表6:触地阶段重心的水平位移

注:所示数据为距离的绝对值以及相对于运动员身高的百分比。百分比数据精确到整数位。

图13所示为前支撑期(制动)和后支撑期(蹬伸)相关数据。每位运动员的数据都涵盖了左腿(上方条柱)和右腿(下方条柱)。0%表示触地瞬间,100%则表示蹬离地面瞬间。

图13:前支撑期(制动)和后支撑期(蹬伸)的相对比例

下方的8个图(图14.1至14.8)所示为决赛每一位运动员在他们左腿和右腿触地时,各自的重心垂直位移情况。此外,次轴所示为重心的垂直位移速度。所有数据均经过标准化处理,从0%至100%,0%表示双腿触地瞬间。而100%则表示蹬力地面瞬间。每幅图中的竖线表示前支撑期(制动期)与后支撑期(蹬伸期)之间的转换点,如上图所示(图13)。

图14.1:冠军贾斯汀加特林左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

图14.2:银牌科尔曼左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

图14.3:铜牌尤塞恩博尔特左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

图14.4:第四名约翰布雷克左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

图14.5:第五名Akani Simbine左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

图14.6:第六名维考特左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

图14.7:第七名Reece Prescod左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

图14.8:第八名苏炳添左右脚触地时的重心高度及垂直位移速度

为了从不同的角度研究触地阶段的运动学特征,以下两个表格呈现了每位决赛运动员在高速跑动过程中,双脚触地时的水平速度(图7)和垂直速度(图8)情况。

表7:双脚触地前与触地瞬间的重心水平位移速度。所呈现数据为左右脚触地时各自的位移速度以及它们的平均值。

注:正值表示足部此时处于向前移动

表8:双脚触地前与触地瞬间的重心垂直位移速度。所呈现数据为左右脚触地时各自的位移速度以及它们的平均值。

注:负值表示足部此时处于向下移动

下方所示为运动员摆动阶段的相关数据,要注意的是此处将摆动阶段分为两个不同的时期:“前摆”和“下压”。“前摆”阶段指的是从运动员的一条腿蹬离地面到这条腿的膝关节前摆至重心正下方的时期。“下压”阶段指的是从运动员的该条腿的膝关节前摆至重心正下方开始,到其最终下压触及地面为止。表9和图15中的所有数据都以相对于摆动时间的百分比的方式呈现,0%表示蹬离地面瞬间,100%表示同侧腿触地瞬间。

表9:腾空阶段运动员腿的摆动速度峰值及单步的过渡时间

注:由于此处所记录为单步的完整数据,因此所给出的摆动速度对有些运动员来说是左腿数据,而对另一些人则为右腿数据

图15:摆动阶段足部垂直位移速度峰值。对于运动员来说,该峰值速度出现在蹬离地面后的极短时间内,因此也称之为“足部抬起速度”。

下面两幅图所呈现的为足部位移速度在整个摆动阶段的变化。如上文及表9所述,图16.1中的竖线表示前三名运动员从“前摆”过渡至“下压”阶段的中间环节。正如表9所示,对于有的运动员,此处所测摆动速度为左腿,而对于其他人,则为右腿。

图16.1:前三名运动员的足部移动速度与所处摆动阶段的关系

图16.2:其余5位运动员的足部移动速度与所处摆动阶段的关系

以下部分描述了触地和蹬离地面瞬间相关主要关节角度。图17和18则对这些关节角做了说明。

图17:着地时所测关节角度示意图。此图并非某位运动员的实际技术动作,仅用作说明。

表10:前三名运动员触地时的关节角度

注:对于ε和ζ,正值表示此时大腿位于身体纵轴的前方。对于η,负值表示着地瞬间摆动腿位于支撑腿后方,而正值则表示摆动腿位于对侧腿的前方。此二维示意图并不能作为标准模型,因为在定义各个角度时不同的图会采用不同的标识。

表11:其余五位运动员触地时的关节角度

注:对于ε和ζ,正值表示此时大腿位于身体纵轴的前方。对于η,负值表示着地瞬间摆动腿位于支撑腿后方,而正值则表示摆动腿位于对侧腿的前方。此二维示意图并不能作为标准模型,因为在定义各个角度时不同的图会采用不同的标识。

图18:蹬离地时所测关节角度示意图。此图并非某位运动员的实际身体姿势,仅用作说明。

表12:前三名运动员蹬离地面时的关节角度

注:对于ε和ζ,正值表示此时大腿位于身体纵轴的前方。对于η,负值表示着地瞬间摆动腿位于支撑腿后方,而正值则表示摆动腿位于对侧腿的前方。此二维示意图并不能作为标准模型,因为在定义各个角度时不同的图会采用不同的标识。

表13:其余五位运动员蹬离地面时的关节角度

注:对于ε和ζ,正值表示此时大腿位于身体纵轴的前方。对于η,负值表示着地瞬间摆动腿位于支撑腿后方,而正值则表示摆动腿位于对侧腿的前方。此二维示意图并不能作为标准模型,因为在定义各个角度时不同的图会采用不同的标识。

表14和15所示为左右腿触地阶段膝、踝关节角度的最小值,以及角度的变化程度。

表14:各决赛运动员左右腿触地阶段,膝关节角度的最小值及变化程度

注:此处的膝关节角指的是图17中的β

表15:各决赛运动员左右腿触地阶段,踝关节角度的最小值及变化程度

注:此处的踝关节角指的是图17中的ι

下方所示为每一位运动员的关节角速度图表。对髋、膝、踝关节在整个步态周期内的角速度均进行了测量,即:从一次触地到同一条腿的下一次触地(左-左或右-右)。因此,图示数据以步态周期百分比的方式呈现,0%和100%分别表示同一条腿的两次触地。正角速度表示髋伸、膝伸及足跖屈(即三关节伸),而负角速度则表示髋屈、膝屈和足背屈(即三关节屈)。

图19.1 冠军贾斯汀加特林在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

图19.2 银牌克里斯蒂安科尔曼在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

图19.3 铜牌尤塞恩博尔特在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

图19.4 第四名约翰布雷克在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

图19.5 第五名Akani Simbine在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

图19.6 第六名吉米维考特在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

图19.7 第七名Reece Prescod在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

图19.8 第八名苏炳添在整个步态周期内的髋膝踝关节角速度

比赛冲刺阶段

以下所述为前三名运动员终点前最后两步的关键运动学参数数据

表16:前三名运动员倒数第二步的步长、步频和步速

图20:前三名运动员倒数第二步和比赛中途单步的时间比较。

表17:前三名运动员倒数第二步(PS)和最后一步(FS)的触地时间和腾空时间,以及两步之间的变化程度百分比

表18:前三名运动员倒数第二步和最后一步触地时的关节角度

注:对于ε和ζ,正值表示此时大腿位于身体纵轴的前方。对于η,负值表示着地瞬间摆动腿位于支撑腿后方,而正值则表示摆动腿位于对侧腿的前方。此二维示意图并不能作为标准模型,因为在定义各个角度时不同的图会采用不同的标识。此处的躯干角(α)并不能代表上脊椎的曲度及躯干旋转程度(在冲刺阶段此二者变化均非常明显)

表19:前三名运动员倒数第二步和最后一步蹬离地面时的关节角度

注:对于ε和ζ,正值表示此时大腿位于身体纵轴的前方。对于η,负值表示着地瞬间摆动腿位于支撑腿后方,而正值则表示摆动腿位于对侧腿的前方。此二维示意图并不能作为标准模型,因为在定义各个角度时不同的图会采用不同的标识。此处的躯干角(α)并不能代表上脊椎的曲度及躯干旋转程度(在冲刺阶段此二者变化均非常明显)

为了进一步分析冲线时的身体姿势,图21给出了运动员最后两步及冲线触地时的躯干角度(相对于水平面)。

图21:前三名运动员倒数第二步触地(PS-TD)和蹬离地面(PS-TO)时、最后一步触地(FS-TD)和蹬离地面(FS-TO)时以及冲线后第一次触地时的躯干与水平面的夹角(角α)

研究结果—半决赛第一组

下方所示为男子百米半决赛第一组运动员,基于他们的分段时间所获得的相关参数情况。入围决赛的运动员在此处用蓝色标出。

身位分析

图22:半决赛第一组运动员每10米的身位情况

注:身位分析结果基于运动员各自精确到小数点后三位的分段成绩

速度分析

图23(下图)所示为半决赛第一组运动员每10米的平均速度。数据基于运动员的每10米分段成绩。

图23:每10米分段平均速度

步长分析

以下两幅图所呈现的是运动员的平均步长,分别为绝对步长和相对于身高的步长(1.00=身高)。

图24:各运动员的平均绝对步长

图25:各运动员的平均相对步长

研究结果—半决赛第二组

下方所示为男子百米半决赛第二组运动员,基于他们的分段时间所获得的相关参数情况。入围决赛的运动员在此处用蓝色标出。

身位分析

图26:半决赛第二组运动员每10米的身位情况

注:身位分析结果基于运动员各自精确到小数点后三位的分段成绩

速度分析

图27(下图)所示为半决赛第二组运动员每10米的平均速度。数据基于运动员的每10米分段成绩。

图27:每10米分段平均速度

步长分析

以下两幅图所呈现的是运动员的平均步长,分别为绝对步长和相对于身高的步长(1.00=身高)。

图28:各运动员的平均绝对步长

图29:各运动员的平均相对步长

研究结果—半决赛第二组

下方所示为男子百米半决赛第三组运动员,基于他们的分段时间所获得的相关参数情况。入围决赛的运动员在此处用蓝色标出。

身位分析

图30:半决赛第三组运动员每10米的身位情况

注:身位分析结果基于运动员各自精确到小数点后三位的分段成绩

速度分析

图31(下图)所示为半决赛第三组运动员每10米的平均速度。数据基于运动员的每10米分段成绩。

图31:每10米分段平均速度

步长分析

以下两幅图所呈现的是运动员的平均步长,分别为绝对步长和相对于身高的步长(1.00=身高)。

图32:各运动员的平均绝对步长

图33:各运动员的平均相对步长

教练评述

历史分析与教练评述—Pierre-Jean Vazel

教练简介:

Pierre-Jean Vazel,法国Athlétisme Metz Métropole俱乐部的短跑及投掷项目教练。PJ执教共经历了2届奥运会、9届世锦赛,并参加了超过300场会议报告。2004年以后,他共执教过6个国家的全国冠军,其中包括非洲纪录保持者Olu Fasuba(百米个人最好成绩9.85秒),曾获得过室内世锦赛60米冠军。PJ教练还是ALTIS“基础课程”体系的制作者之一,做过多场关于短跑科学训练发展史的讲座。

Leeds Beckett大学为国际田联所做的数据报告非常有深度。它既对伦敦世锦赛的比赛结果做了阐述,也对当今世界顶级短跑运动员的技术情况做了及时追踪。在对运动员做技术分析之前,首先要强调的是:考虑到比赛时的风速为顺风0.9m/s,本次男子百米决赛的成绩并不快。预赛中跑出10秒07以内成绩的运动员共9人,而半决赛跑出这一成绩的只有5人,决赛仍然只有5人。在决赛中,只有两名经验最为丰富的运动员跑出了自己的赛季最好成绩,分别是贾斯汀加特林和尤塞恩博尔特,他们两人参加世锦赛(WC)或奥运会(OG)的次数累计达到19次。他们能够在更重要的比赛中跑出自己的最佳状态,这使他们最终赢得了金牌和铜牌,而银牌运动员则归属于本届赛事最年轻的短跑运动员—克里斯蒂安科尔曼,他从起跑就一路领先,前30米跑了3秒77(表2.2),这追平了有记录以来的前30米最快成绩(另两位是1996年奥运会时的迈克尔格林和2000年柏林赛时的Jon Drummond)。然而,他还是在最后几米输掉了比赛(图4)。但所有决赛选手的成绩都远低于他们的个人最好成绩,差距最小的为0.12秒(Akani Simbine),最大的则为0.37秒(博尔特)。读者们在阅读分析报告时一定要意识到这一点,因为报告中的内容可能无法代表这8名运动员的最高水平。

最高速度及维持速度阶段

报告中用了很大的篇幅描述途中跑阶段,运动员在该阶段往往能够达到自己的最高速度。过往的50年,对百米跑分段时间的分析发现:在百米全程各个阶段所记录的速度中,途中跑阶段所达到的最高速度与最终成绩的相关性最高。最能体现这一点的199年的田径世锦赛,当时共有31名运动员在60-70米处达到个人最高速度,且与100米的最终成绩的相关性最高(Kersting, 1999)。但2017年伦敦世锦赛决赛的数据则与以往不同。自1972年以来,在所有有记录的世锦赛或奥运会男子百米决赛途中阶段数据中,这是第一次最高速度最快的运动员没有赢得最后的冠军。Simbine可能是比赛中最高速度最快的,为11.9m/s(他最快的10米跑了0.84秒),但这不能弥补他在20-40米段落是所有运动员中最慢的这一事实,也因此最终只名列第五。另一个有意思的发现是:第七名Prescod在比赛中的最高速度与冠军加特林相同,其最高速度出现在50-70米段落,为11.6m/s。

然而,加特林是所有人中速度节奏最为流畅、后程维持速度最出色的运动员,从途中阶段开始直至终点,他几乎始终保持同样的速度,各10米分段的时间差异仅为0.01秒(0.86-0.87s)。通常认为,优秀短跑运动员应具有出色的维持速度能力,但这一观点或许应该进行重新审视。尽管在与一些组群的运动员比较时 (Türck-Noak, 1996; Kersting, 1999),这个观点是正确的,但其实这种特征在任一水平的运动员身上都可以发现。如在很久以前的一场国家级比赛中,冠军运动员Detlef Kübek的成绩为10秒39(德国,德累斯顿,1977),但在他所跑的更快的两场比赛中(10秒36和10秒37),他的减速程度更为明显(Hess, 1978)。其他类似的高水平短跑运动员的例子还有Eugen Ray(德国,10秒30,柏林,1977)、卡尔刘易斯(美国,10秒02,1993年斯图加特世锦赛)以及Churandy Martina(荷属安的列斯,9秒93,2008年北京奥运会),但他们在自己所跑出的个人最好成绩的比赛(10秒12,9秒86,9秒91)的后程同样出现了显著减速的情况。值得注意的是,在历史上所分析过的所有男子百米世界纪录或那些跑得较快的比赛中,没有发现任何一次运动员在后程表现出出色的速度维持能力。在2009年柏林世锦赛所创造的现百米世界纪录9秒58的比赛中,尤塞恩博尔特在38米处就达到了其最大速度的98%(Nixdorf,2009),却不如其在2011、2012年布鲁塞尔的两次比赛跑出的9秒76和9秒86时的表现出色(分别为38米和46米,数据源自Delecluse, 2012)。但是,在2015年北京田径世锦赛中,维持速度能力却是主导胜负的关键因素。当时美国的加特林在比赛的最后阶段输给了博尔特。

博尔特是怎么输的?

在伦敦的比赛中,博尔特和加特林之间的差距为0.03秒,使博尔特最终无缘冠军。而这0.03秒的差异其实可以在比赛的任一阶段弥补:如他相对糟糕的反应时,本次比赛的反应时为0.183秒,是他历次世锦赛决赛中最慢的;又如他的最高速度段落(本次最快的10米分段时间为0.85秒),而他在前一天的半决赛中最快的10米分段速度为11.9m/s(0.84秒),是所有运动员中最快的。并且这仍然远不如他跑出世界纪录时的速度,当时为12.34m/s,这也是在合规风速以内有记录的最快速度,相当于10米分段成绩为0.81秒(卡尔刘易斯在1991年世锦赛半决赛时的成绩为9.80s,当时他的10米分段成绩0.80秒,相当于速度为12.50m/s,但当时的风速为顺风4.3m/s;Ae, 1994)。对柏林世锦赛时DLV和JAAF生物力学团队所做的分析报告,与这次的报告做比较,有助于我们更好地理解为什么博尔特此次比赛无法像在柏林时跑得那样快。在比赛的47-55.5米段落(即:加速阶段后期,此时基本接近达到最大速度),博尔特在2017伦敦世锦赛时的速度为11.8m/s,而2009年柏林世锦赛时的速度则为12.1m/s。由于速度可以通过步长和步频的计算得出,因此研究二者之中哪一个对速度的影响更大很有意义。博尔特在伦敦时的步长略大于柏林(2.70m vs 2.67m),但步频却明显较慢(4.39Hz vs. 4.55Hz)。

步频慢意味着触地时间或腾空时间过长。博尔特这两项数据的时间都较长,在伦敦世锦赛(2017)时,其右脚的触地时间为0.092秒,左脚为0.104秒;而腾空时间则分别为0.124秒和0.136秒(图10)。但在柏林世锦赛(2009)时,其触地时间为0.092秒和0.098秒,腾空时间为0.120秒和0.132秒。触地时间长意味着伦敦世锦赛时,博尔特没有能够尽可能快地从地面获得反作用力。触地时间的长短也是衡量短跑运动员水平高低的重要指标之一。过去对百米途中跑阶段运动员触地时间的研究中,触地时间最短的运动员如泰森盖伊,0.077秒(发生在2009年柏林世锦赛时,当时百米成绩为9.71秒;Böttcher, 2010),以及Harvey Glance,0.078秒(1986年德累斯顿,当时百米成绩为10.09秒;Müller, 1988)。但2017年伦敦世锦赛的数据则显示,即便是决赛运动员,他们触地时间的差异也很大,从Simbine的0.084秒到博尔特的0.104秒。这也表明我们在研究触地时间时要对不同情况进行区分:一种是对上百名运动员进行趋势统计,即:跑得更快的运动员往往触地时间更短;还有一种是对特定运动员群体进行研究时,因为特定群体内的触地时间往往可能有一定的差异性。类似的,本次决赛有两人的步长,是有记录的10秒内水平的短跑运动员中最为极端的,步长最大为博尔特的2.70m,最短为苏炳添的2.26米。确实,高水平短跑运动员之间的体型及动作技术差异较大,运动员会根据自己的情况选择最合适的步频步长。以下参数范围取自百米10秒以内水平的运动员的真实数据:

身高:1.65米(Trindon Holliday)-1.96米(尤塞恩博尔特)体重:67kg(Mark Jelks)-96kg(Ryan Bailey)平均步长:1.98米(Trindon Holliday)-2.44米(尤塞恩博尔特和Kemar Bailey-Coyle)相对步长:1.15(Quentin Butler)-1.30(Mike Marsh)平均步频:4.13 Hz(Kemar Bailey-Coyle)-5.05 Hz(Trindon Holliday)。

这些数据给教练的启示是:尽管高个运动员从统计学意义上确有一定的优势,但任何体型的运动员都有成功的可能性。博尔特的出现使人们更加认为短跑运动员应该越高越好,但如今有必要揭露真相:上世纪80和90年代百米前20名运动员的平均身高为1.78米,而如今百米跑进10秒以内运动员的平均身高则为1.80米。事实上,关于身高的争议始终存在于体育圈,正如一位前世界纪录保持者在一个世纪前所写的:

“在我们之中,有的优秀男子短跑运动员的身高接近6英尺(1.83米),但过去这些年以来,短跑运动已经在某种程度上发生了变化,现在我们会发现大部分短跑运动员的身材都相对较矮”—Duffey(1905)。

早在18世纪,就有一场短跑比赛被认为可能是史上运动员身高最高的一次,“身材夸张”的人最终输给了“瘦小的人”,因此“不能盲目崇拜高大身材”(体育杂志,1794)。

双侧不对称性

观察运动员的外形可以发现:最优秀的运动员跑动时往往动作流畅且双侧发力平衡。但是,在伦敦世锦赛中却发现有的决赛运动员存在动作不对称的情况。如前所述,博尔特双脚的触地时间有明显不同,左脚触地时间较长,这也与该条腿的落地点相较于身体重心更远有关(表5),因此需缩短这段距离(Mann, 2013)。图13进一步反映了触地时的情况,由图可知:他在左脚触地时所需的制动时间较之右脚更长。但这种下肢触地时间及步长的不对称性在他跑出9秒58世界纪录时(JAAF, 2010)、2009年于圣丹尼跑出9秒79时(Vazel, 2011)、2011年于萨格勒布跑出9秒86时(Antekolović, 2013)以及2012年奥运会前的训练测试中(Miracle body, NHK, 2012)同样存在。因此,不能说博尔特在伦敦跑得较慢是因为双侧存在不对称。毕竟在博尔特之前,卡尔刘易斯曾在1988年的首尔奥运会中创造了12.04m/s的前最高速度纪录,当时他左脚的触地时间比右脚显著更短,分别为0.081s vs. 0.086s(Hlina, 1990)。然而,博尔特在伦敦世锦赛时左右脚的差异程度比以往研究所发现的更大。在19世纪,双侧对称性是一个评估运动员健康水平的客观指标,那时塑胶跑道还未普及,只需通过黏土或煤渣跑道上的脚印测得步长,便可评估对称性。前1英里纪录保持者Walter George是有记载的第一个将“对称性”概念运用在训练中的人:

“在平时训练时就应该在田径场的不同位置进行测量,并对数据进行仔细比对。如果数据一致或接近,并且每天都如此,那就能够确定你的跑动技术很好;如果数据不一致,则表明肯定有哪里存在问题。”—(George, 1902)。

虽然医学问题超出了本报告的讨论范围,但博尔特的脊柱侧弯、长短腿及伤病史其实早已被公众所熟知(L’Equipe magazine, 2012)。其实,在他的整个职业生涯中,左腿问题始终困扰着他,早在2010年,他就曾因跟腱伤病使赛季缩短,而在他的告别战—伦敦世锦赛的接力比赛中,他又“拉伤了左腿股二头肌近端的肌肉-肌腱接合处”(Bolt, 2017)。前世界纪录保持者、奥运会冠军多诺万贝利的教练Dan Pfaff的教练曾说:“每一位运动员都存在双侧不对称;我们的工作就是明确他们双侧不对称的安全范围,并在运动员的不对称性超出这个范围时对其加以干预”(Athletigen ACP conference, 2018)。

对于教练员,哪个角度更有意义?

在各个身体部位中,博尔特的双侧不对称程度最大的为两大腿之间的夹角,发生在触地瞬间,此时一条腿做髋屈,另一条腿做髋伸。确实,在他左腿触地时(图17;表10),摆动腿(右腿)位于左腿的后方;而当他的右腿触地时,左腿则位于右腿的前方。在苏联大量关于世界优秀男子短跑运动员的文献中,触地瞬间双腿膝关节之间的距离一直被认为是一项评价跑动效率的关键指标(Kornelyuk, 1978; Maslakov, 1981; Levchenko, 1987, 1990; Breizer, 1989)。Dyson(1962)表示:“将腿的重心尽量贴近髋关节轴,从而减少下肢的转动惯量,并使速度提高”。Piasenta(1988)认为:如果摆动腿在身体垂直轴的后方距离过远,则也会影响对侧腿的运动效率,“此时支撑腿所处的位置,不利于减少支撑腿所受到的冲量”。此外,Kunz(1981)的研究也发现:大腿间的夹角(η)越小,触地时间也会越短,进而跑速得以提高。但是在本研究报告中却发现,相较于大腿间的夹角,触地时间的长短似乎与触地瞬间触地点和重心的水平距离关系更大,水平距离越短,触地时间越短(表5)。然而,我们经常能看到短跑运动员在训练或准备活动中的大腿间夹角为负角度。另一个有意思的发现是:本研究中大腿间夹角(η)数值最大的运动员是金牌和银牌获得者加特林与科尔曼,这再次表明,运动员之间存在个体差异,即便是最被普遍公认的关键运动表现指标,也无法完全用于预测比赛的结果。确实,运动表现能力无法取决于一个单一因素,而往往是多个因素共同交互作用的结果。尽管大腿间夹角(η)在统计学层面是个非常重要的指标,但教练员要注意:不应追求改善一个单一的指标,而造成其他方面能力的下降。

膝关节抬起高度一直以来都被认为是评价短跑能力的重要指标,早在公元前4-3世纪的古希腊,就有资料表示膝关节高度是短跑与长跑技术差异的特征之一。然而,在2017年世锦赛百米决赛的研究报告中,并没有发现膝关节抬起高度越高的运动员能够跑得更快,如前三名运动员和其他决赛运动员的角度ζ(大腿和垂直轴之间的夹角)以及角度δ(髋屈程度,大腿和躯干之间的夹角)没有差异。这与1991和2007年世锦赛研究报告(Ito, 1994, 2009)的结果一致,即运动员的膝关节抬起角度与最大速度之间不具有相关性;此外,70年代末Zatsiorsky教授对107名苏联世界级及国家级短跑运动员所做的研究(Tjupa et al., 1978)也得到了相同的结论。相比之下,支撑期的膝关节屈曲程度则显得更为重要(表14)。本届伦敦世锦赛,前三名运动员较之其他运动员的膝关节角度变化更小,即:他们的膝关节角度更大,这与1991年世锦赛时的研究结果一致(Ito, 1994, 1998)。相反,蹬离地面时的膝关节角度(β)则应为最小,这一点在2017年世锦赛的研究中以及1991、1997、2007年世锦赛的研究结果同样形成了一致(Ito, 1994, 2009; Kersting, 1999; Ryu, 2011)。在过去,膝关节充分伸直一直被认为是完美技术的体现,直到Zatsiorsky的研究发现:当膝关节伸的角度超过165°时,肌肉需要额外参与做功,也由此不再建议运动员充分蹬地。在伦敦世锦赛决赛运动员中,膝关节平均角度(β)为154°,略小于触地瞬间的角度。这对于教练员来说是一个简单且实用的评价运动员技术合理性的指标,不仅仅是对于短跑项目,也包括那些疲劳状况下的冲刺跑项目,如400米。

从少年到成年最高水平的发展之路

技术越高效,力量越出色,那么运动员对地面产生的蹬力越大、蹬力的方向越合理、力的作用时间也会更短。要想做到这一点,运动员的步长和步频都需要进行提高,但是由于步长很大程度上取决于下肢长度,而下肢长度则更多取决于先天因素,因此速度能力的提升主要取决于步频。在对2017年世锦赛决赛运动员比赛中的平均步长、步频,以及他们在跑出个人最好成绩时的步长、步频做比较之后,也印证了上述这一点。

对于其中的大部分运动员,他们的速度差异主要取决于步频,除了维考特,当时他正处于腿伤的恢复期。将运动员与其青少年时期的成绩做比较,能够给教练员提供更多有价值的信息(Vazel, 2008),而对伦敦世锦赛决赛运动员的研究则进一步确认了这一趋势:即步频改善是成绩提高的关键:更短的触地时间,同时在正确的方向上对地面产生足够的蹬力,从而使提高或至少维持步长。

有意思的是,加特林和科尔曼在从少年成长为高水平运动员的整个过程中,步频的提高却伴随着步长的减小,这种情况很少见。类似地,步长提高的同时步频却下降的情况同样少见,在百米跑进10秒的运动员中,步频显著下降的同时步幅却获得大幅提高的运动员,有记录的只有James Dasaolu(PB 9.91,2013年)以及Lerone Clarke(PB 9.99,2012年),他们是在技术及放松能力改善后出现了这一变化。统计学研究发现,从U20到成年最高水平的成长过程中,2/3运动员的提高在于步频,而另1/3的提高则在于步长。然而,2017世锦赛决赛运动员的表现再次证明:竞技体育中不存在“定律”。生物力学报告通过对大量运动员的数据分析及对个体运动员的纵向研究,同时结合力学定律,为我们提供了客观的结果,以帮助分析运动员们的优势与不足。教练员则需要接受这一从大量样本中所得出的趋势,并根据每个运动员的情况,为其制定个体化的职业生涯发展规划。

教练评述——Ralph Mouchbahani

教练简介:

Ralph Mounchbahani是一位全球大师,负责各协会高水平运动队项目建设。他是国际田联教练培训认证体系的编写者之一,国际田联和DOSB高级讲师,在运动技术领域知识渊博,对体育研究有着浓厚的兴趣。在他的职业生涯中曾执教过大量的高水平运动员,也包括短跑运动员,并帮助他们在多场国际赛事中充分发挥出自己的运动水平。Ralph还是Athletic-Solutions公司的股东,该公司旨在架起运动科学与实践之间的桥梁,帮助教练员提高工作效率。

伦敦世锦赛所获得的这些数据验证了当前国际田联教练员培训体系中所使用的模型。似乎前三名与其他决赛运动员之间、决赛运动员和非决赛运动员之间,彼此的差异主要在于比赛关键阶段重心的最高水平位移速度。此外,步频快、触地时间短似乎也同样是成功的关键因素。

第五名Akani Simbine没能获得一枚奖牌,其主要问题出在过渡阶段,即:从加速到最高速度,以及从最高速度到维持速度之间的转换阶段。前三名运动员在过渡阶段都能够尽可能地维持速度,因此他们全程的速度曲线都较为平滑。

在比赛的途中阶段,约翰布雷克是前五名运动员中唯一一位重心水平位移速度低于11.60m/s的运动员。尽管如此,却仍然要高于所有运动员的平均速度。他似乎在靠步长来弥补速度的不足。观察运动员每一步的速度,可以发现加特林是前三名中唯一一位明显通过蹬力(步长)而非步频驱动身体向前的运动员。而科尔曼相对于另外两名奖牌获得者,则是步长最短的。这主要是因为受限于他的身高,使得科尔曼主要通过提高步频来加快速度。如表9所示,步长、步频和重心位移速度之间的平衡优化,能够给身体带来最佳的向前推进速度。下肢前摆速度与膝关节角度(即:脚跟紧贴臀部)高度相关。运动员膝关节摆动与蹬地协调配合,就能够产生最大的平均速度,并且以重心水平位移速度的形式呈现。

训练建议

1. 加速能力训练

蹬地力的产生源自髋伸肌群,而非膝伸肌群。各关节的发力顺序应是:髋-膝-踝-脚趾脚跟位置低,膝关节积极摆动,专注于蹬伸,从肩到髋关节呈一直线。

2. 过渡能力训练,促使膝关节积极摆动

蹬伸之后,踝关节快速折叠前摆(两大腿之间的夹角尽可能小)膝关节积极摆动,从而高效、流畅地着地(剪铰动作训练)

3、途中跑训练

剪铰类动作训练,以促使身体在着地阶段快速前移。做了多少练习并不重要。重要的是动作质量,以及将多个练习进行整合从而逐步进阶至更为复杂的练习动作。动作时间与动作模式应和技术模式一致训练方法:单腿跳-跨跳;直腿踏步接冲刺跑;单腿小步跑(脚踝-小腿-膝关节联动);快速后踢腿跑;小步跑

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