10对竞走速度的运动学分析--物理与体育系列专题之四
２００５年第２期
物理通报物理与文化
对竞走速度的运动学分析
——物理与体育系列专题之四
李新民
孟然平
（河北化工医药职业技术学院
河北石家庄０５００３１）
走过程．如图１所示，Ａ表示运动员的两脚支撑，身１
竞走速度公式的导出
体重心处在最低点的位置；Ｂ表示当身体处于垂直竞走和普通行走一样，是一脚支撑和双脚交替
单脚支撑时，重心处在最高点的位置；Ｃ表示完成的进行的．竞走规则要求，支撑腿必须伸直，从单脚支移步，再次两脚支撑，运动员重心已经返回最低点的撑过渡到双脚支撑，在摆腿的脚跟接触地面前，后蹬位置．图中连续不断的点线是重心的轨迹，ｔ，和ｔ：的腿的脚尖不得离开地面，这样就能保证用双脚支撑，时间间隔分别是竞走时重心上升和下降所需的时不会出现腾空现象．即运动员必须至少一个脚在地间，并且ｈ是重心上下摆动的幅度．
面上，那就是他必须“走”．竞走的速度取决于步频和在实际的竞走中，ｔ】和ｔ２的时间间隔是近似相步长，并与运动员身体重心上下起伏有关系．
等的．如果ｔ，间隔比ｔ２短得多，易使运动员疲倦，同根据竞走规则要求上身正直、两腿伸直的特点，时运动员的速度又将受到ｔ２的限制．因为从Ａ到口我们可以用三个连续位置的示意图表示运动员的行
的过程中，运动员的身体向前主要是原来的蹬地腿（现已成为摆动脚）的支撑反作用力，此后可以说运
动员身体重心向前的运动主要是靠惯性；而且，如果ｔ，小于ｔ：，运动员向上的加速度将大于重力加速度ｇ，使运动员趋向跳跃或腾空，不仅违反竞走的规则，还会造成运动不得不在ｔｌ加速，在ｔ２减速，使运动员消耗更多的能量．所以，在一般情况下，要求时间ｔ，略大于时间ｔ２，以充分利用ｔ，间隔内身体向前图１
的惯性并减小ｔ：间隔内对速度的制动．
在上述假设ｔ１。ｔ２的前提下，在ｔ２间隔内竞走
证明：Ｂ线方式优于Ａ线，世界级短跑好手大多数是高于其他长跑运动员，这样的技术结构在理论上有按曰线方式分配百米跑中的速度．
否合理性？再如，网球运动的手腕受伤问题可用理论力学中复摆撞击中心原理作分析；跳水运动中压水花问题可用数理方程中拉普拉斯方程分析，在此就不一一列举了．总之，以上的例子仅反映了体育力学在竞技体育中应用的一小部分，还有一些结合医学和现代数学的例子及在健身体育中的应用就不作介绍了，希望读者们能关注这一有发展前景的前沿学科，它必将为体育事业和人们的社会生活体现出更图２百米跑速度分配图
大的自身价值．
（３）其他问题
参考文献
竞技体育中应用力学分析的例子还很多．例如，１忻鼎亮．运动生物力学．上海：东华大学出版社，２００２马俊仁教练训练的女子长跑队，其跑步的步频明显
２
郑秀瑗，等．运动生物力学的进展．北京：国防工业出版社。１９９８
一５６一万
方数据
２００５年第２期物理通报物理与文化
运动员重心向下时，主要受重力．由运动学方程＾＝吉∥２
得到
ｔ咄帕她ｚ＝２√警
（１）
所以运动员的速度口，由图可得
移＝“ｎ口√磊
（２）
或写成
＾：ｇＬ２２ｓ秽ｉ２ｎＺＯ
．（３）
式中Ｌ表示运动员的腿长，０表示运动员的跨角的一半，ｈ表示身体重心上下摆的幅度．一
２分析讨论
竞走时，脚跟着地位置不宜过分远离运动员身体重心的投影点，以免产生过大的制动作用．优秀竞走运动员脚跟着地时小腿与地面约成６０。～６５０角，
取０＝３０。，即ｓｉｎＯ＝｛．再假设￡＝ｏ．８
ｍ（相对
１．７２
ｍ身高的运动员），ｇ＝９．８ｍｓ一．这样式（２）写
为
秽：—Ｏ．；８８－５秽＝——＝－
（４）
Ｌ斗，
￣／ｈ
式（４）表明：竞走的速度秽与瓶成反比，即重心上下摆的幅度ｈ越小，速度越大．一名优秀的竞走运动员，其重心上下摆动的幅度ｈ必须是很小的．所以在竞走训练中应适当地选择后蹬角度和后蹬力的大小，力求使重心上下摆的幅度ｈ越小越好，以加快竞走速度．
竞走项目是我国田径运动的优势项目，女子是
５０００
ｍ和１０
０００
ｍ世界纪录创造者，男子竞走项目
也冲出了亚洲．
现对我国优秀女竞走名将徐永久、王丽萍、陈跃玲、王妍进行下列的运动学分析．据优秀竞走运动员脚跟着地时，小腿与地面约成６０。一６５。角，现假设她们的跨角２８皆为６０。角，由式（３）可写为
ｈ＝ＫＬ２２ｓ口ｉ２ｎ２０＝１．２２５孑Ｌ２
在竞走运动中，由于运动员在非用力阶段放松，在用
万
方数据力蹬地阶段用力蹬伸，因此身体重心上下起伏的幅度（ｈ）约为４～８ｏｍ．
３
竞走速度和步频与步长的关系
又如图１所示，竞走运动员由Ａ到Ｃ，重心上下
摆动轨迹恰为一个周期，所以周期
丁：¨蚰２班２√警
又因为周期与步频“单位时间内所完成的步数）成反比，所以
，＝专＝吉√磊
（５）
将式（５）代人式（２）得
秽＝２ＬｆｓｉｎＯ
（６）
又因为步长ｓ＝２ＬｓｉｎＯ，所以将ｓ代人式（２）得
秽＝专√轰秽２
ｉ￣／赢
（７）ｕ’
再将ｓ＝２ＬｓｉｎＯ代人式（６）中可得
秽＝ｓｆ
（８）
此式表明：竞走的速度等于步长与步频的乘积．从而进一步证明了上述所有公式推导的运动学分析方法是完全正确的．
从式（６）得出竞走速度与步频．厂成正比，步频越大，速度也越大（在０、Ｌ一定时），而且步频取决于神经冲动速度和四肢快速力量．从式（７）得出竞走速度与步长ｓ也成正比，即步长越大，速度越大（在ｈ一定时）．
综上所述，我们得出以下结论：竞走的速度确实取决于步频和步长，而且与步长和步频成正比；但是由式（８）中也可看出，在速度秽一定时，步频与步长成反比．
４
结论
因为竞走技术要受到规则的限制，步频和步长的提高是有局限性的，提高竞走专项成绩应以发展速度和耐力为主．
总之，竞走是速度和耐力的较量，竞走运动员只有在增加耐力的前提下，保证一定步长的条件下提
高步频，才能真正立于不败之地，同时也是培养运动员的条件和目标．
一５７—
对竞走速度的运动学分析--物理与体育系列专题之四
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
李新民， 孟然平
河北化工医药职业技术学院,河北,石家庄,050031物理通报
PHYSICS BULLETIN2005(2)2次
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