跑道上有学问

孙世杰

各项体育运动都是遵循一定的法则进行的，而且它们也有各自的动作要求，这些法则和要求又都包含着许多科学原理，并严格遵守自然界的有关规律。了解这些，对青少年体育爱好者尊重科学，发展思维，提高运动成绩，锻炼成才，都是十分有益的。

2012年6月3日，国际田联钻石联赛尤金站110米栏，刘翔以12秒87的成绩夺冠。不过由于比赛时风速达到2.4米/秒，这个成绩并没有被承认为平世界纪录和破赛会纪录，但仍是超风速下的世界最好成绩。

这是怎么回事呢？原来风向、风速对许多田径运动项目都有较大影响，尤其是对短跑、跨栏等径赛项目影响很大。空气阻力在人跑步时总是存在，并且跑的速度越快阻力就越大。但是，当顺风时，风速越快阻力就越小。因此，运动员在顺风中跑，不仅身后加了风力的帮助，而且身前又减少了空气的阻力，这一加一减对运动员的帮助甚大，可使运动成绩提高较多。反之，成绩就会明显地降低。

据研究，如果在静风中运动员用10秒跑完100米，在2米/秒顺风情况下只需9.84秒即可跑完，可逆风2米/秒时则需10.16秒。两者相差0.32秒，而人类100米成绩提高0.32秒需要好几十年的时间。

所以，田径比赛规则上规定：距离200米和200米以下的径赛以及跳远、三级跳远等项目，凡顺风时平均风速超过2米/秒者，所创纪录不予承认。

有位叫奥廉斯的短跑名将在一次国内比赛中获得百米冠军，但成绩提高不快。这是什么原因呢？后来教练发现他的主要毛病是双臂摆动成“八”字形，一直难以纠正。一天，教练严肃地要他与自己的儿子比赛百米短跑。比赛在跑道上分三次进行，第一次要奥廉斯的双臂屈起抬平后，采用同时前摆、后摆的姿势；第二次要他采用屈臂同向左右横摆的姿势；第三次要他采用直臂前后摆动的姿势。而要求他的儿子用正确的摆臂姿势赛跑。三次比赛，结果奥廉斯三次败北。发现问题后，奥廉斯从此纠正摆臂姿势，他的短跑成绩于是突飞猛进，在国际比赛中经常名列前茅。

大家知道，跑的动作主要是靠腿来完成的，即抬腿前摆、落地支撑、迅速后蹬和腾空跨步。但是，人体是个整体，腿的四个动作过程都是为了推动整个人体的运动。因此，两臂必须配合两腿动作协调地摆动，维持身体平衡，确保运动员用全部力量推动身体重心向前迅速移动。

物理学告诉我们，有规则形状的均匀物体，它的重心位置就在其几何中心上；可以用实验方法与计算方法来确定；重心位置将随物体形状的改变而改变，它可以在物体的体内，也可以在物体的体外。

人体在外形上可以做出千姿百态，因此，人体活动时的重心位置是不固定的。运动员要跑得快，就必须使身体重心在跑进过程中沿一定的直线或弧线迅速运动。这样，就需要两腿的跨步动作来推进重心运动，以及用双臂摆动来协调配合。奥廉斯采用第一种双臂同时前摆、后摆的方式，使人体的重心一会儿向前进，一会儿向后移，不仅影响了身体的平衡和重心的前进速度，而且还使腿的后蹬动作紊乱，直接减弱了腿部后蹬的力量；采用第二种双臂同向左右横摆的方式，也会在跑进过程中使人体重心左右晃动着前进，妨碍跑进的速度。奥廉斯用第三种双臂直摆的姿势，这对于重心运动的影响是不大的。实际上人们快步行走时双臂是自然伸直的。但是，当他急跑时双腿的跨步频率较高，直臂摆动的频率会跟不上急跑着的双腿的跨步频率。这样，雙臂摆动不仅不能对加快腿的跨步频率起促进作用，反而会起干扰和阻碍作用。另外，直臂激烈摆动是很费力的，将直接消耗他的体力，所以奥廉斯第三次也败北了。

威尔逊与汤姆都是本国最出色的田径运动员，可是，有一次在地区性的运动会上，两人在拿手的400米竞赛中都名落孙山。他们在总结失败原因时互相埋怨。威尔逊认为，跑里圈弯小，容易发挥速度，几个弯一拐就可以把外圈的人甩下一大段了，因此认为这次汤姆失利是不应该的。而汤姆却认为，跑外圈弯大，容易跑出水平，并且有一定的“前伸数”，起跑时就遥遥领先，可以“先人一步，稳操胜券”，因此认为这次比赛中威尔逊败阵是没有理由的。

两人争执了好一阵子，最后教练帮他们进行了两方面的分析和解释。

先看所跑路程问题。径赛中各个项目只有在相同的距离条件下，才能测量时间，比赛跑速，分出名次。200米以上的分道跑的长度同样需要相等，由于各道的弯道半径不同，才在各道出现了不同的“前伸数”。外圈弯道的弧线最长，因此，它的“前伸数”也最大；并且，从外向里“前伸数”依次减少。跑道上各道直道部分是等长的，因此各弯道部分的实际长度也必然是等长的。从这点看来，跑里圈的人并不吃亏，跑外圈的人也不能“先人一步”。汤姆的观点是没有根据的。

再看弯道跑的要求。运动员在弯道上跑进可以看作是匀速圆周运动。物理学告诉我们，作匀速圆周运动的物体必须受到向心力的作用。同一物体的运动速度越大，所需的向心力也越大；在相同速度情况下，所需的向心力的大小与圆周运动的半径成反比，即半径越大，物体所需的向心力就小。运动员跑弯道的里、外圈时，由于弯道里外圈的半径不同，则所需的向心力的大小是不相同的。他们都是通过跑进时让身体适当倾斜来获得所需要的向心力，这就要求运动员在跑里圈时比跑外圈更要适当倾斜一些，以便获得较外圈大一些的向心力。然而，由于里圈与最外圈的半径相差不是很大，因此，同样速度跑进时，所需的向心力也是相差不大的，对于一般运动员来说，都可以通过自身倾斜后轻松地获得。对于技术熟练的田径运动员来说，跑里圈和跑外圈都不会影响他们跑进的速度，所以威尔逊的观点是一种错觉。

（编辑 孙世奇）