“小步、高頻”競走技法及相關的力學規律

董俊道

（哈爾濱理工大學應用科學學院，黑龍江 哈爾濱 150080）

競走運動曾是我國的優勢項目，但2000年以后隨著“小步、高頻”競走技法的推廣，我國的競走運動逐漸變成潛優勢項目。雖經努力，第28屆、第29屆奧運會上都未能取得好成績。數據表明（數據采集時間2008年金隅國際田徑聯合會競走挑戰賽中我國前8名運動員錄像解析；問卷調查時間2008-03-13—2008-03-20，河南鄭州），我國優秀男女競走運動員多已采用“小步，高頻”競走技法［1］；數據表明（數據采集時間:2009年無錫國際田聯競走挑戰賽男女20 km競走比賽前6名運動員現場三維拍攝），2009年我國優秀男女競走運動員開始糾正“小步，高頻”競走技法，回歸腳掌著地競走技法。［2］“對于那些已經開展多年的項目來說，之所以再重新回歸到訓練的‘起點’，反映出對項目本身的特征缺乏深入的了解，對項目的本質沒有形成正確的認識，需要在觀念和認識上進行深刻的反思”［3］。

1 兩種競走技法的簡述

1.1 腳掌著地式競走技法

腳掌扒地式競走技法是沒發現競走運動有騰空階段以前就存在的一種技法，它的特點是著地瞬間腳部肌肉放松，腳跟迅速滾動著地，隨后腳掌著地，最后腳掌扒地、蹬伸。著地瞬間雖然也偏于外緣，但不是刻意追求的。且由于著地過程中腳部肌肉放松，可實現腳掌著地。其中扒地是支撐腿積極后擺時與地面相互作用的感覺。發現存在騰空階段并出臺新規定后我國的男競走運動員在很長的一段時間里還采用這種技法。這期間，外國運動員優化了腳掌著地競走技法［4］。

1.2 腳踵滾動著地技法或稱“小步、高頻”競走技法

這是刻意用腳部的外緣著地腳背側弓滾動的競走技法。啟用競走的新規定后，我國優秀女競走運動員首先在教練指導下采用了這種技法，并一度取得可喜的成果［4］。在以后的幾年里，隨著外國人對競走運動研究的逐步深入和我國對“小步，高頻”競走技法的逐步推廣，我國競走運動逐漸變成潛優勢項目［1，5-8］。

1.3 兩種技法的相同之處

兩種技法都要求滾動著地、擺髖、扭髖、腿腳蹬伸等；兩種技法的騰空時間要求相同，支撐腿著地至豎直態時必須伸直等；判罰的條件相同。

1.4 兩種技法的主要差異

采用足踵滾動技法著地瞬間腳掌仰角小，普遍低于20度，較采用腳掌著地技法小10度多［1］；采用足踵滾動技法髖關節向前送的幅度小；采用足踵滾動技法身體重心高度的波動大，直接觀察到的是頭頂的波動幅度大［1］；采用足踵滾動技法著地后軀干的仰角小［1］；采用足踵滾動技法兩腿的夾角小。腳掌著地競走技法的兩腿夾角大，說明其蹬伸充分，有助于提高速度和步長［1］。

1.5 差異的成因

1.5.1 采用足踵滾動技法著地瞬間腳掌仰角小的原因

采用腳踵著地滾動技法時，必須保持腳踝相關肌肉的緊張、保證腳背的側弓狀態，否則著地時腳踝必然受傷。但保持腳部肌肉緊張、腳背側弓時，腳尖勾的角度至多接近20度；而用腳掌著地技法時由于腳部肌肉放松，腳尖勾的角度為30度左右，使得腳跟著地瞬間腳掌的仰角為30度左右。腳部著地后由于腳跟的迅速滾動，使得著地后軀干對地面產生了較大的仰角。

1.5.2 采用足踵滾動技法滾動時送髖角度小的原因

“我國優秀女子競走運動員髖關節最大內旋角左髖平均值15.8°，右髖平均值 16.8°，與世界平均為25°～30°的最大內旋角相比差距明顯［1］。其原因是送髖的力矩小，也導致我國競走運動員腿的擺幅小。用腳踵滾動技法時，腳掌的操控能力差，無法實現有力地送髖、蹬伸。

1.5.3 采用足踵滾動技法時重心高度波動大的原因

用臺燈將自己的身影投射到墻上，你用腳踵著地支撐，當你突然改為腳掌著地時，會發現你的影子降低了。當腳踵向前滾動時影子高度會增加得更多些。

親自體驗也是判斷的好方法。如:筆者在文獻中一再看到我國競走運動員競走腳掌著地瞬間腳掌仰角小時［1，6-7］。為什么一再提醒競走運動員怎么就是不改呢?我用1.5.1中的方法親自體驗后立刻就理解了。

“小步、高頻”競走技法操控性差，蹬伸也乏力，很難與時俱進，在近些年的競技中顯露出多方面的差距［1，5-8］，竟能在全國范圍內推廣、延續，其中的緣由是多方面的。如:我國是最早來用騰空模糊時限理論的國家之一，這是競爭中充分采用規則的指導思想，這種做法也一度起了積極作用。這種作用與“小步、高頻”競走技法是兩碼事。又如:規則本身在發展、權威的影響，等等。本文只從力學角度進行較深入的探索、分析。

2 “小步、高頻”的理論依據

研究競走運動初期筆者向體育老師請教競走技法時，老師們都強調，要足踵著地滾動以減小摩擦。《競走技術標準》中有較完整的敘述:1.……利用人眼模糊觀察時限50～70 ms，把騰空時間加長到50～70 ms，這對增大步長或加快步頻均為有利；2.……“競走的定義”要求競走技術做到前腿著地到垂直部位膝關節必須伸直。因此，前腿“扒地式”全腳著地技術必須改變為“滾動式”足踵著地技術。這種競走著地技術動作將對增快步頻和減小制動作用力產生不利的消極影響……。緊接下來的“競走技術要點”中再次強調:采用足踵“滾動式”著地，盡量減小著地時的制動作用，充分利用直腿足踵著地來增加步長。［4］

這里把全腳著地技術稱為“扒地式”，把腳踵著地叫“滾動式”。并認為足踵“滾動式”競走能減小制動作用，能減小能耗，能增快步頻，增加步長。

針對這些看法可以先提出一些問題研討。如:1）競走中腳掌著地不是滾動嗎?腳踵著地才是滾動?2）“滾動式”足踵著地競走技術能減小制動力嗎?能減小能耗嗎?3）競走中“步幅與步頻”間到底有什么樣的確切關系?4）都想用適度地增大騰空時間來增大步長，相比之下，為什么“小步，高頻”競走技法在追求增大步長方面乏力?

其中的2）問本可以通過實驗檢測，但事實上沒有這樣做。其中的“小步”表明對步長小早有感知，但由于堅信腳踵滾動能減小制動力而能帶來積極地影響，而堅持了這一技法。

“小步、高頻”技法理論依據涉及的主要觀點都是力學方面的問題，不是簡單的技巧問題。下面分別分層次探究。

3 滾動摩擦的特點

物理學中確實提出過“滾動摩擦可以減小摩擦阻力”。其完整的說法:“用滾動摩擦代替滑動摩擦時可以減小摩擦阻力，從而減小物體運動中的能耗”。如:人們搬運巨大的石塊時，底下墊上一排圓木，用滾動摩擦代替滑動摩擦，搬運中減小了摩擦阻力和能耗。

3.1 滑動摩擦與滾動摩擦

兩相互接觸的物體，接觸面間有相互作用的壓力，且兩接觸面相對運動時沿兩接觸面產生的，阻礙兩物體相對運動的力稱為滑動摩擦力。這時兩個接觸面上沒有相對靜止的點、線、面。剛性的正圓柱體沿很硬的水平地面滾動時，正圓柱體與水平地面的接觸部位為與圓柱體平行的直線。該直線的上部與圓柱體上的一條直線對應，其下部與地面上的一條直線對應，二直線接觸瞬間保持相對靜止，而地面上與圓柱體上保持相對靜止的直線與圓柱體同步前進。圓柱體沿平面滾動時由于圓柱體及地面的形變使得接觸處產生阻礙相對運動的阻力，這種滾動摩擦力與同等壓力條件下的滑動摩擦力比較起來要小得多。拖拉機的履帶在地面上的運動也是滾動。拖拉機相對地面運動過程中，接觸地面的履帶與地面保持相對靜止，而地面上與拖拉機履帶保持相對靜止的面不斷地向前運動。產生滾動摩擦時，相互接觸的物體間有相對運動，二物體的接觸處有相對靜止的點、線、面，且地面上與滾動前進的物體上保持相對靜止的點、線、面不斷地向前運動，這些是滾動摩擦的突出特點。

3.2 競走中腳掌著地的運動過程也是滾動

善走善跳的運動員都有很大的腳弓。這樣的腳著地時，著地之初腳跟滾動，后期腳跟抬起后腳掌相對地面滾動。采用腳掌著地技法競走時，腳跟、腳掌同時著地的時段里腳部做什么樣的運動呢?

從側面觀察競走運動。競走中前腳跟著地滾動后很快轉為腳跟、腳掌著地。起初的某一時刻，見圖1。腳跟Q處受到的支撐力為N1Q，受到的摩擦力為f1Q；腳掌H處受到的支撐力為N1H，受到的摩擦力為f1H。該瞬間腳部相當于受到豎直方向的合支撐力N1（=N1H+N1Q）和合摩擦力f1（=f1Q+f1H）的作用，該二力合力的作用點相當于作用在A1點，在對應時刻，由于Q、H與地面保持相對靜止，對應的合力F1作用點A1與地面也保持相對靜止，且隨著運動員質心的前移而前移。在稍后的瞬間，運動員腳跟受到的支撐力變為N2Q，受到的摩擦力為f2Q；腳掌受到的支撐力為N2H，受到的摩擦力為f2H；此瞬間腳掌相當于受到豎直方向的合支撐力N2和合摩擦力f2的作用，該二力合力F2的作用點相當于作用在A2點。該合力作用點在對應時刻與地面相對靜止，且隨著運動員質心前進而前進，見圖2。當過運動員質心的豎直線剛好通過支點A3，這時腳部受到的前進方向的合摩擦力為零，豎直方向腳部相當于受到合力N3作用，該合力的作用點在對應時刻與地面相對靜止且隨質心的前進而前移，見圖3。稍后瞬間，由于運動員的質心繼續前移，運動員腳跟受到的支撐力變為N4Q，受到的摩擦力變為f4Q；此瞬間腳掌相當于受到合摩擦力f4和豎直方向的合支撐力N4的作用，該二力的合力F4的作用點相當于作用在A4點，它在對應時刻與地面保持相對靜止，且隨質心的前進而前移。見圖4。腳跟剛要離地瞬間，腳跟處受的支撐力減小至零，腳部受到的支撐力移至腳掌處，隨著以后腳掌的蹬伸，支撐點繼續前移。即從力學角度看，競走中即使是腳跟與腳掌同時著地的時段里，也可看成是腳上有一個合力作用點與地面保持相對靜止，且該點隨著質心的前移而前移。即腳弓大的運動員用腳掌著地技法競走時，亦可看成是腳部在滾動前進。

競走中，不論是用腳踵著地技法還是用腳掌著地技法，都要求有足夠的摩擦而不發生滑動。腳部相對地面的運動都可看成是滾動，根本談不上用滾動摩擦代替滑動摩擦而減小摩擦阻力，只不過看起來腳踵著地時其外緣似乎呈圓形罷了。著地過程的能耗主要由著地前后質心的速度決定；著地時的制動作用主要由著地過程的長短決定。

3.3 對競走的動力學分析適用于兩種競走技法

用圖1—圖4說明用腳掌著地技法競走時，腳與地面的相互作用形式為滾動摩擦。因為這種情況下理論上可視腳部受到的總合力的作用點與地面接觸瞬間與地面保持相對靜止，且合力作用點隨運動員質心的前進而前進。實際上腳踵滾動時腳與地面的接觸也為面接觸，用力學方法分析時也要關注接觸面受到的合力，從側面看這個合力作用于一點上，該點在對應瞬間與地面保持相對靜止，并且地面上的這樣的點隨質心的前移而前移。文獻［9］中圖1—圖6中的支撐力、摩擦力都指這樣的合力。本文圖1—圖4中的總合力也是如此。所以文中的分析適用于腳與地面接觸有足夠摩擦時的競走運動，其中的規律既適用于腳踵滾動式競走，也適用于腳掌著地滾動式競走。

圖1 腳掌著地初受力分析

圖2 前支撐中段受力分析

圖3 力學豎直態受力分析

圖4 前支撐初受力分析

3.4 “小步、高頻”技法之“步”小了多少?“頻”高了多少?

我國優秀男競走運動員的平均步長為1.20 m；同期參賽的外國優秀競走運動員的平均步長為1.23 m［1］。由于這組數據得到其他分析的支持，這組數據信度較高。如果同一位運動員順次用兩種技法競走時其對應的平均速度都為4.13 m/s（20000 m競走比賽時中途走的可能平均速度）時，對應的步頻約分別為3.36 s-1（腳掌）、3.45 s-1（小步）。

求得步長差距，不應滿足，要刨根，3 cm差在那個環節上了?文獻［10］之圖2中指出腳踝擺動與腳跟滾動就差了近2 cm；另外當時我國運動員的通病是扭髖小［1］，具體表現是著地時保留下來的扭髖S扭2小，也就是說，在著地時段里“小步，高頻”技法的水平位移S前要小2cm多，也可能接近3 cm，目前還沒有S扭2的測量值。但初步的結論是“小步、高頻”競走技法的步主要小在前支撐時段里。或者說腳掌滾動競走技法的前支撐位移至少要比“小步，高頻”競走技法的前支撐位移大2 cm多。

4 能耗、制動力比較的思考

競走中用腳踵著地技法能否減小能耗呢?這個問題的實質和完整的問法是對同一位競走運動員，采用腳踵著地技法競走與采用腳掌著地技法競走時在相同條件下的能耗小嗎?即這個問題的實質是對同一位競走運動員在相同競走條件下比較不同競走技法的能耗。

4.1 競走中的機械能

4.1.1 競走中機械能的損耗與補充

通過競走的動力學分析知，穩定競走運動員每步前支撐時段損失的機械能:

豎直向的損失、水平向的損失、摩擦力功將轉化為轉動動能。

每步的后支撐時段里補充的機械能:

豎直向的補嘗、水平向的補嘗、摩擦力將轉動能轉化為平動能。

4.1.2 同一位競走運動員采用不同的競走技法時能耗的比較

運動員采用不同技法競走時前支撐時段里的能耗都可表述為:

式（1）表明，決定競走中能量損耗的因素太多，涉及的運動參量有v騰、v小、J心、ω心、h等。所以，想用控制變量法理想地進行能耗比較也不易做到。用這個關系式比較能耗還有不科學之處，因參賽的運動員走的路程都相同，但每位運動員的步長不同。故用式（1）比較時還應除以對應情況下的前支撐步長S前（前支撐時段的水平位移）。

即前支撐時段里摩擦力做功過程中，得到的轉動動能等于水平方向損失動能的一半（另一半以內能的形式散失）。所以式（1）寫為:

所以前支撐時段里每米位移上消耗的機械能為

該式表述運動員用某種技法競走時，前支撐時段里每單位位移上的能耗。

4.1.3 更科學細致地比較能耗

用上式直接求出能耗值說明以某種技法競走的能耗仍不夠細致科學。應進一步比較相同條件下每單位位移上豎直方向上的能耗與每單位位移上水平方向上的能耗。在數值上分別為:

用這樣方式比較，方可科學地比較能耗的大小。

競走屬長時間競速項目，動作的向前性或直線性是經濟性的直觀體現，任何背離身體向前性、直線性的偏差都會造成不必要的浪費［1］。在沒有更好的方法比較能耗多少的情況下，將我國競走運動員高度波動大多做的功折算為水平方向能多走的步數。現在可用上述思路通過式（4）來說明競走運動員某段穩定競走中豎直方向耗費的能量值，可用式（5）說明競走運動員同一段穩定競走中水平方向耗費的能量值。

4.1.4 具體比較

比較的前提:同一位競走運動員（質量一定，形體一定，既便是采用不同的競走技法，形體參量也相近），用不同的競走技法以相同的平均速度競走（v-相同。競賽中比的就是平均速度，不加上這個條件無從比較）。

用的裝備及測量方法:用文獻［10］中圖5的測量裝備和測量方法。

例說:某男子競走運動員質量55 kg，用腳掌著地技法在跑臺上穩定競走，跑臺皮帶的速度調至4.13 m/s（試驗者某次競賽中途走的平均速度v-），測得步頻f的平均值為3.36 s-1、步長 λ的平均值為1.23 m、支撐位移S支的平均值為0.97 m、后支撐位移S后的平均值為0.52m、前支撐位移S前的平均值為0.45 m、騰空位移的平均值為0.27 m；一步用時t的平均值為 0.298 s、支撐用時 t支的平均值為0.238 s、后支撐用時 t后的平均值為 0.128 s、前支撐時段用時t前的平均值為0.110 s、騰空時間t騰平均值為0.060 s、騰空位移 S騰平均值為0.260 m［10］，質心高度波動h的平均值為0.040 m。可求得騰空速度v騰的平均值為4.33 m/s、支撐均速的平均值為4.08 m/s，通過= S前/t前=（v騰+v小）［9］進而進而求得求得最小速度的平均值為3.84 m/s（也可直接測出，但誤差較大）。于是可用（4）、（5）分別求得:

即該運動員以4.13 m/s的平均速度在跑臺上用腳掌滾動技法競走時，豎直方向每單位位移上損失的能量為48 J，水平方向上每單位位移上能量損失為122 J。

舉例中，不論是位移、時間，都是先測量數值大的量，而后測量數值小的量。再求出所需支撐均速、騰空速度、最小速度。為的是測的準些。從例中可看出，不時行更細致的測量，無法進行能耗的比較。

同一位男子競走運動員在跑臺速度（4.13 m/s）不變的情況下，用“小步、高頻”技法競走時進行同樣的測量、推算，同樣可完成（6）、（7）式的計算，求出用“小步、高頻”技法以4.13 m/s速度競走時豎直向和水平向單位位移上的能耗。從而完成兩種技法能耗的比較。如知用“小步、高頻”技法時知道身高波動為0.050 m，可直接求得用“小步、高頻”技法競走時 ey損=（55kg × 9.8m/s2× 0.050m）/0.43m=63J/m，比48 J/m大許多。當然進行相應的測量和推算后，也能說明用“小步、高頻”技法競走時，水平方向的能耗也大。因為用“小步、高頻”技法競走時前支撐位移要短。例如可推知用“小步、高頻”技法競走時前支撐位移不會超過0.43 m。可估算出該運動員用“小步、高頻”技法競走時水平方向的能耗約為:

如能用文獻［1］中的底片，采集速度相近的中外運動員的平均數據對比，結果會相同。因為“小步”主要小在前支撐位移上。而式（6）分母中的位移即為前支撐位移的值。

4.2 競走中的制動力

再用上節中的條件和具體數據說明一下競走中著地時段水平方向的作用力。令運動員腳對皮帶的水平作用力為沖擊力；皮帶對人腳的反作用力與運動反向相反為制動力，用f'前表示，與文獻［9］中的f'前同義。所以=|=|mv小-mv騰|=m（v騰-v小），所以數值上對平均力有=m（v騰-v小）。

這表明，對實驗者而言，在4.13m/s平均速度情況下，用腳掌著地技法競走時其所受的平均制動力=55kg（4.33m/s-3.84m/s）/0.110s=245N。

對實驗者用“小步，高頻”技法競走時的平均制動力也可如法泡制。相比之下“小步，高頻”競走技法競走時的平均制動力不是減小而是增大。因為其前支撐位移小，對應的支撐時間短（可由==及前支撐位移小推出）。

專家檢驗時如能在同場競技的底片上選速度相近的中外運動員的數據推算對比同樣有說服力。顯然，不進行更細致地測量無法對比。

上述說明的結論是明確的:“小步，高頻”競走技法的制動力及單位位移上的能耗均較大，而不是減小了。現代的科技水平還可以用實驗測量來證明這一點。

5 腳地之間的作用是競走運動的“根”

最典型的例子便是“小步、高頻”競走技法的依據。沒有深入地研究人腳與地的相互作用過程及力學關系，只依據粗淺的判斷就以為腳踵滾動的制動力小、能耗小，從而力挺“小步，高頻”競走技法，以致鑄成大錯。

5.1 送髖的機理

研究表明，我國優秀競走運動員普遍存在的技術缺點:髖關節向前送的幅度小。向前送髖有利于增加步長和獲得向前動力。髖關節的最大內旋角取決于髖關節的靈活性、向前送髖幅度及下肢前擺幅度。與髖關節內旋角度相對應的根源性訓練要素為:髖關節靈活性、大腿前側肌群力量、脛骨前肌力量［1］。

下面著重說明腳掌著地競走技法送髖的機理。前面用圖1—圖4說明了腳掌著地技法腳掌處受力情況的變化和合力作用點的前移。可以設想下面還有個圖5，圖5中腳跟已經離地，腳部受到的支撐力集中到腳掌處。此后運動員用腳掌著地的滾動。從此運動員開始送髖。此前擺動腿已經開始繞支撐腿腳扭動（扭動也是擺動，在這里“扭”代表繞豎軸的擺動），這時扭動的動力由圖1—圖4中腳跟與腳掌處提供的力偶矩提供。即圖1—圖4中的Q及H處還有垂直于前進方向的摩擦力，Q、H兩處垂直前進方向的摩擦力方向相反，大小相等，構成力偶矩。過了力學豎直狀態后隨著支撐腿腳開始蹬伸，擺動腿不斷加速，所需的扭動力矩迅速加大，隨著腳跟離地腳掌對地面的壓力增大，用力扭動身體時可在腳掌與地面的相互作用中得到較大的扭動力矩。最大的扭動力矩產生在腳掌與腳姆指這個三角形著地部位的兩側，扭動的角加速度的最大值也產生在這個時段，最后腳姆指蹬伸時刻扭動的角速度最大。地面提供的外力矩使得擺髖時質心對地產生的扭髖位移為，它等于騰空開始前瞬間運動員質心與支撐腿髖關節中心的水平距離。支撐時段里運動員要積極地扭髖，送髖中的“送”字，反映扭的主動性。必須明確的是，如不在腳與地面的相互作用上下功夫，只注意身上的肌肉怎么動，不能實現有力的送髖。因為扭髖的“根”在腳下，在與地面的相互作用上。扭髖位移S扭1相對其它分位移而言要小許多，但不能忽視它。因為扭髖使質心得到的線速度的向前分量要疊加到質心向前運動的速度上，利于提高質心的水平速度和腿的擺速及擺幅，有力的扭髖有利于提高運動員的騰空速度，但也應適度地追求。

由于運動員的上下體的扭動同步、等大、反向，極積主動地送髖，在表觀上必然表現為上體積極的扭動。所以觀察上體的扭動，也可判斷出是否積極地送髖。波蘭競走冠軍科爾澤尼奧斯基競走中上體的積極扭動［4］，說明了他能積極有力地送髖。

用“小步、高頻”競走技法競走時，支撐腳支撐時段里在垂直前進的方向上也要產生扭動的力偶矩。但由于采用這種技法時腳部與地面接觸的面積有限，且對腳部的活動不易操控，不論運動員如何努力，都無法從與地面的相互作用中得到較大的扭動力矩。這就決定了我國競走運動員采用“小步、高頻”競走技法競走時，普遍存在扭髖的內旋角小，送髖的分位移S扭1小的現象。這是“小步、高頻”競走技法增加步長乏力的一個原因。

5.2 緩沖與蓄勢

競走的前支撐過程是緩沖過程。著地過程中，支撐腿的髖關節扭動的復位、支撐腿的擺動、著地腳踝關節的擺動、腳跟的滾動等動作都起緩沖作用。前面已說明。同一位競走運動員用不同技法競走，當競走的平均速度、騰空時間、騰空位移及著地角相近時，其騰空速度、最小速度相近，因而運動員著地過程中的能耗相近。一則，緩沖的作用并不能降低能耗，緩沖的作用是減小沖擊力的峰值和減小沖擊力的平均值；二則，既然緩沖過程中不能降低能耗，就應追求在緩沖時段里取得更佳的效益。腳掌著地競走技法，在相同能耗和動量損耗的條件下，可得到較大的水平位移［10］，所以這種技法對增大步長有優勢。

對長時間的周期運動而言，緩沖時段應為后面的蹬伸創造盡量好的條件，這叫蓄勢。蓄勢是為腿腳蹬地創造更好的條件。用腳掌著地技法競走，可保證低姿態（重心低），重心升高的少。有了這種蓄勢，才能有力地蹬伸，使蹬伸的豎直分力較小、水平分力較大，才能取得更好地向前性結果。相比之下，“小步、高頻”競走技法做不到這些（質心升的較高），也是其蹬伸的水平分力小的原因。緩沖期間盡量使腳部的肌肉放松，也是一種蓄勢。可是相比之下，用腳踵滾動技法時支撐腳的許多肌肉在緩沖時段都不能放松（每個人都可以親身體驗）。

緩沖與蓄勢都涉及人腳與地面的相互作用。緩沖與蓄勢的關系也是一個課題，是長期沒有關注的課題，有必要深入研究。腳地之間的作用是競走運動的“根”，是田徑運動的“根”。正確認識腳地之間相互作用的力學規律、生物力學規律是當務之急。

6 競走運動中步長與步頻間的關系

采用腳踵著地滾動競走技法是否增快步頻（增大了點）、增加步長（相比之下增量小許多）已有定論，不再贅述。這里側重談談競走運動中的步長與步頻間關系的力學原理。

6.1 競走的頻率響應曲線是對競走步長與步頻間關系的具體直觀揭示

在不刻意追求步長和騰空時間的情況下，從寬泛的速度范圍（《田徑運動高級教程》表35就滿足這樣的條件）、擺動角度看，對某位競走運動員，在3.25 m/s到4.75 m/s這個速度區間里，試驗者競走中隨著步頻的提高步長的變化情況分為三個階段，開始是迅速加大，并達到一個最大值，以后逐漸減小，最后又增大［10］。該頻率響應曲線直觀地確切地反映了試驗者競走中步長與步頻間的關系。到目前為止，誰也沒給出步長與步頻間的確切關系，只有頻率響應曲線能給出這種確切關系。雖然是一組數據繪圖給出的結果，但筆者相信這個結果。因為它依據的畢竟是一組實驗數據。

6.2 擺動裝置的擺動頻率由裝置本身的結構及性能決定

懸線上端固定，下端栓一小球，這一裝置叫單擺。在固定地方單擺的擺動頻率只由其擺長決定。一條形固體上有一固定軸，使其擺動時，其擺動的頻率由軸線到固體質心的距離及固體上質量的分布決定。即由固體對其懸掛點的轉動慣量決定。如果是用游絲連接的擺輪，它的擺動頻率則要由擺輪質量的分布和游絲的彈性系數決定。即一般的擺動裝置的擺動頻率由裝置本身的結構、性能決定，所以稱其為擺動裝置的固有頻率。

6.3 擺動裝置的擺幅與策動力頻率的關系

擺動裝置擺動時或啟動時要消耗機械能，使擺動裝置擺動需要周期作用的外力來輸入能量，這個周期作用的外力叫策動力。如:大人使小孩子擺秋千時，大人推秋千的力就是策動力。這個力合拍，秋千的擺幅就越來越大。這就是擺幅與策動力頻率間的一種關系，也是擺動體對機械能的吸收與策動力頻率有關。所謂合拍，就是策動力的頻率要與秋千擺動的頻率相等，策動力作用時機要恰到好處。否則秋千就擺不起來，甚至會使秋千停下來。對各種擺動裝置施加策動力，都很有講究。對較復雜的擺動裝置（如人體），探究擺動裝置的擺幅（如步幅）與策動力（肌肉施加的有節奏的力）頻率間的關系要通過一定形式的試驗來探索，這樣的試驗叫頻率響應試驗。對于簡單的機械擺動裝置，物理工作者已通過大量的試驗、測算了解了其頻率響應規律。對復雜的機械裝置如橋梁、汽車、機器、飛機、運動員等，必須通過相應的試驗測量其頻率響應規律。人身上各肢體由關節鏈接，由眾多肌肉提供策動力，決定了人肢體的擺動是復雜的組合擺動，它的頻率響應規律要比簡單機械擺動裝置的頻率響應規律復雜得多。必須通過頻率響應試驗了解其振幅與策動力頻率間的頻率響應規律。一看到“步長、步頻間關系”的說法，就很自然地聯想到頻率響應試驗，帶著這種敏感審視《田徑運動高級教程》時，發現其中表35數據的用途而畫出頻率響應曲線。競走的步長與步頻間的關系是一種力學關系，只能用力學的研究方法解決，用頻率響應規律來表述，從力學角度去認識。

頻率響應曲線上有擺幅的極大值，從振動角度看，它對應的狀態就是共振狀態。這不是想象出來的，這是在有相關知識情況下看出來的。

6.4 頻率響應規律反映的問題

許多文章找我國競走運動員與外國競走運動員競走的差距。筆者覺得我國在選材上也有差距。我國競走界在選材方面的研究不夠［11］，因為沒有找到了解運動員形體結構隱含因素的方法。人體的結構，肌肉的分布、性能也和人的臉一樣有這樣那樣的區別。競技運動是極限運動，應當在各種差異中選擇最理想，最合理的。外在的形體差異可直接觀察到，但人體內部肌肉、肌腱的性能及分布的細節差異是看不到的。復雜裝置的頻率響應規律只能通過實驗繪制頻率響應曲線的方法來認識，它雖然不能給出肌肉、肌腱的具體分布和具體性能，但它能用量化的相關力學參數將它們反映出來。如:競走的頻率響應曲線可量化身體內部的粘滯阻力、腿擺動的固有頻率、極限擺幅、極限擺頻、加速能力等等；如通過實驗繪制出扭動的頻率響應曲線，還可給出扭動的固有頻率，扭動的極限角度及扭動與擺動的最佳配合等等。只有對自己的運動員的能力特點了解細致入微，對運動員的訓練才能達到極致，才能使他們的發揮達到極致，才有可能在殘酷的競爭中取得勝利。

7 結論

1）從理論上說，用腳掌著地競走技法競走時著地腳也是沿著地面滾動。

2）例說了兩種競走技法的制動力與能耗的一種比較方式。對同一位競走運動員而言，采用腳掌著地技法競走時其單位位移能耗要小，平均制動力要小。此項研究使對競走能耗、制動力的比較進一步科學化。

3）“小步、高頻”競走技法擴步乏力的多種原因。緩沖時段里的效益低；送髖無力；蹬伸的水平分力小、操控能力差。

4）競走運動涉及的是“人—地”系統，而不止是人。力學規律告訴我們，只有外力、外力矩才能改變身體對地面的運動狀態。各種運動技巧與一系列的肌肉有節律的運動有關，但最終要落實到腳與地面的相互作用上。當前應注意研究人腿腳與地面相互作用的力學規律，應注意研究緩沖與蓄勢、送髖的原動力和追求騰空速度等的技巧。

5）競走的步長與步頻間的關系是力學規律，必須用力學方法進行實驗探究。競走中的頻率響應規律本身有待于深入研究。研究頻率響應規律對多種競技運動有重要意義。

6）競走教練缺乏力學知識是競走運動走彎路的根源。如果當時的競走教練中哪怕有一位懂些力學知識，講得出道理，也不會采用腳踵滾動競走技法，我國的競走運動也就不會走這么些年的彎路。

7）競走的動力學規律不但適用于各種類型的競走，還可用于分析跑步運動。因為跑步運動也可分為前支撐時段和后支撐時段、騰空時段。相關力學規律有待進一步研究、拓展。

8 結語

競技運動是機械運動的一種形式，運動員及教練員應懂點力學［12］，相關的專家應對相關的力學知識有深入地理解。應該吸取競走運動走大彎的教訓。由于近二十多年力學在競技領域里的應用進入低潮［13］，要改變這一狀況尚須時日。

力學方法研究競技運動進入低谷，并不表明力學在競技領域沒有用武之地，而恰恰孕育著競技力學的發展機遇。研究的尚不深入不完善，對其持懷疑態度很正常，但應用實測數據肯定或否定之。

專項特征是指一個運動項目在比賽規則的允許下，以獲得最大的運動效率為目標，在力學、生物學等方面的主要運動特點。在競技訓練中，如果不能準確地認識項目的運動特征，運動訓練將失去目標和方向，如不能正確把握規律，就不可能保證高效率的持續發展。［3］

［1］胡好，王林，駱學鋒，許占鳴.優秀競走運動員技術訓練結構與訓練實施研究［J］.中國體育科技，2011（2）:8-20.

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