生活中處處有物理，物理中處處有生活。不知道大家有沒(méi)有這樣的印象，每個(gè)跑步教程都是在教你怎么擺臂、擺腿、如何落地、如何呼吸。可是你知道為什么要這樣嗎？老郭今天就跟大家聊聊跑步中的那些物理知識(shí)，知其然，更知其所以然，助你快速提升跑步水平。

可能有小伙伴會(huì)疑惑，老郭，你一個(gè)學(xué)物理的怎么懂跑步？這里劇透一下，我初中學(xué)校有兩塊牌子，其中一塊是XX市田徑運(yùn)動(dòng)學(xué)校，當(dāng)年那個(gè)培養(yǎng)出世界冠軍的馬俊仁是我的體育老師，別的學(xué)校間操是廣播操，而我們是跑步，我的同學(xué)曾包攬世界中學(xué)生田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)女子中長(zhǎng)跑的前三。

1、內(nèi)力與外力

分析跑步運(yùn)動(dòng)，不能把人作為一個(gè)整體看做質(zhì)點(diǎn)，而是應(yīng)該把人看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系。對(duì)于整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系來(lái)說(shuō)，受到的外力就是地面的支持力、重力、地面的摩擦力和空氣阻力。

由于跑動(dòng)過(guò)程中，人體的各個(gè)部分要發(fā)生相對(duì)位置變化，也就是說(shuō)質(zhì)點(diǎn)系中的質(zhì)點(diǎn)會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，這個(gè)位移是由于保持跑步動(dòng)作產(chǎn)生的，由肌肉提供動(dòng)力，這個(gè)力就是內(nèi)力。

2、垂直方向上的力

包括重力和地面的支持力。跑步是一個(gè)跳躍前進(jìn)的過(guò)程，當(dāng)身體在神經(jīng)的控制下利用內(nèi)力（肌肉的力量）做出一個(gè)蹬踏地面的動(dòng)作之后，地面的支持力與重力的合力，給人體這個(gè)質(zhì)點(diǎn)系一個(gè)向上加速度，合力越大，跳起的高度就越高。

3、摩擦力

腳蹬踏地面的時(shí)候，就會(huì)與地面之間產(chǎn)生摩擦力。我在前文《科普：你走路的樣子很“物理” 》中介紹過(guò)，走路過(guò)程中，摩擦力非常重要，它雖然不做功，但是提供了人體內(nèi)部改變肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)候的沖量。沒(méi)有摩擦力，你就走不了路，當(dāng)然也跑不起來(lái)。

但跑步和走有一個(gè)區(qū)別，就是如果跑步的時(shí)候前腿的落點(diǎn)在重心投影的前方，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻礙系統(tǒng)前進(jìn)的摩擦力，所以正確的跑步動(dòng)作中，要求前腳的落點(diǎn)在重心的正下方。

4、空氣阻力

走路的時(shí)候，如果不是迎著強(qiáng)風(fēng)，空氣阻力很微小，幾乎可以忽略不計(jì)，但是跑步的時(shí)候，空氣阻力就是一個(gè)不可忽視的因素，空氣阻力永遠(yuǎn)都是一個(gè)阻礙跑步速度的力，速度越快空氣阻力越大，其大小與速度的平方成正比，所以短跑時(shí)候的空氣阻力是中長(zhǎng)跑的幾倍。

所謂的慣性就是物體保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力，包括平動(dòng)慣性（用質(zhì)量度量）和轉(zhuǎn)動(dòng)慣性（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）。人體作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系，不同部位的運(yùn)動(dòng)方式不同，所以慣性和轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的影響也不一樣。

在跑動(dòng)過(guò)程中，人體的運(yùn)動(dòng)可以分解為4個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成，垂直方向的上拋落體運(yùn)動(dòng)、前進(jìn)方向上的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、沿著身體豎直中線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、身體的的左右擺動(dòng)。

要想做出一個(gè)正確的跑步姿勢(shì)，肌肉就必須在神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，控制不同的部位做出相應(yīng)的動(dòng)作。而這些動(dòng)作都需要克服不同部位的慣性才能做出，所以慣性的影響非常大，這也是為什么跑步姿勢(shì)不對(duì)，會(huì)感覺(jué)非常累的原因，內(nèi)部消耗太大了。

別人教你跑步可能都是先說(shuō)腿，但我要先說(shuō)擺臂，因?yàn)閿[臂是跑姿的真正核心，是跑步的控制器，是跑步的節(jié)能系統(tǒng)。

短跑有一種原地步頻訓(xùn)練，就是在原地做出跑步動(dòng)作，隨著擊掌的頻率不斷提高步頻，你會(huì)發(fā)現(xiàn)只有提高擺臂頻率，腿的頻率才能跟上來(lái)，所以步頻其實(shí)是靠擺臂來(lái)控制的。

擺臂的另外一個(gè)作用是平衡和節(jié)能，它的作用是為了平衡送髖。很多跑步教程都強(qiáng)調(diào)送髖這個(gè)動(dòng)作，這個(gè)動(dòng)作能增加步幅，從而增加跑步速度。但如果你做一個(gè)送髖動(dòng)作試試，會(huì)發(fā)現(xiàn)，下身繞身體的豎直中軸發(fā)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)。兩腿交替，下身就做出一個(gè)交替旋轉(zhuǎn)。

前面我們說(shuō)了，旋轉(zhuǎn)要克服轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，需要給旋轉(zhuǎn)這部分身體一個(gè)外力矩，而擺臂恰好讓另外一部分身體向相反方向旋轉(zhuǎn)，這樣對(duì)于人的整體來(lái)說(shuō)，就可以產(chǎn)生一個(gè)盡可能小的合力矩，不需要腳與地面摩擦來(lái)提供。正因?yàn)槿绱耍瑪[臂不僅僅是讓跑步動(dòng)作好看，同時(shí)也減少了額外的能量消耗。

如果把胳膊固定，你會(huì)發(fā)現(xiàn)想跑起來(lái)很困難。跑步的時(shí)候，依靠脊椎的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，擺臂配合下肢形成一個(gè)非常協(xié)調(diào)的動(dòng)作，跑起來(lái)才輕快。這就是為什么跑步需要人有良好的協(xié)調(diào)性的原因。

說(shuō)完了胳膊（擺臂），現(xiàn)在可以說(shuō)說(shuō)腿了。前面我們提了一句，前腿的落點(diǎn)要在重心的正下方。如果前腿落點(diǎn)太靠前，你會(huì)感覺(jué)到，腳在接觸地面的瞬間受到一個(gè)向后的摩擦力，這會(huì)對(duì)人這個(gè)質(zhì)點(diǎn)系產(chǎn)生一個(gè)向后的沖量，從而降低跑步的速度。

前腿落地后，開(kāi)始向上向后蹬踏地面，地面給人向前的摩擦力產(chǎn)生向前的沖量，而向上的力則使人騰空躍起。我們知道，向上的分力，對(duì)跑步的速度沒(méi)有直接貢獻(xiàn)，所以如果垂直分力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)跑步過(guò)程中，重心的起伏太大。而重心起伏對(duì)跑步速度沒(méi)有貢獻(xiàn)，你反而會(huì)消耗更多的能量。

有研究表明，專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)員的垂直重心變化會(huì)控制在6厘米之內(nèi)，而一般的跑步愛(ài)好者要遜色一些，平均在10厘米左右。

如果腳的落點(diǎn)在重心后方呢？我只能說(shuō)，這樣的話(huà)你會(huì)摔倒，因?yàn)榕懿胶妥呗芬粯樱_落地的時(shí)候，都是人體以支撐腿為軸的一次轉(zhuǎn)動(dòng)跌落。如果腳的落點(diǎn)都在重心后方，每一次跌落你的重心都會(huì)更靠前，結(jié)果就是摔倒。

我們一般大眾跑步愛(ài)好者當(dāng)然不需要復(fù)雜的物理計(jì)算，但是在跑步中懂得這些知識(shí)可以更好地理解跑姿的要求，運(yùn)用科學(xué)的跑姿，順應(yīng)自然力，利用自然的力，會(huì)讓跑步更輕松。而且能有效避免不必要的力，減少跑步運(yùn)動(dòng)損傷。

相似的靈魂總會(huì)相遇，關(guān)注@郭哥聊科學(xué)，用物理指導(dǎo)跑步，讓跑步更科學(xué)。