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本文内容基于NSCA等体能机构的一致性研究,仅代表作者个人观点。
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力量与速度的关系是肌肉最大性能参数关系的典型表现。动作速度会随着外界阻力(负荷)的增加而减小。典型的事例就是运动员在投掷铅球时,投掷的距离会随着铅球重量的增加而减小(铅球初速度减小)。最大力量出现在动作速度最小的时候,相应的,最大速度出现在外界阻力接近于0的情况下。
实验室环境下,单一肌肉的力—速曲线为轴对称的双曲线的一部分,可以用希尔方程(Hill’sequation)进行描述:
(F+a)(V+b)=(Fmm+a)=C
这里,F表示力,V表示肌肉收缩的速度,Fmm表示同个肌肉最大等长收缩肌力,a表示力的量纲常数,b表示速度的量纲常数,C表示功率的量纲常数。
力—速曲线的曲率取决于a/F的比率。比率越低,曲线曲度越大。a/F的值在0.10至0.60之间。对于爆发力项目的运动员来说,比率值通常超过0.30,而对于耐力型运动员和新手运动员来说,这个值会更低一些。
力—速曲线
由于人体运动是多个肌肉作用的叠加产生的,因此其力—速关系(也就是力矩—角速度关系)曲线并不与实验室环境下得到的单一肌肉的力—速曲线完全拟合。但总体来看,人体自然运动的力—速曲线是呈现出双曲线样的。这种近似的方式并不是十分的精确,但能够覆盖大部分运动,可以用于解决运动训练中的实际问题。
力—速曲线对运动训练非常重要。其揭示了以下重要的原则:
1.在保证高速动作的同时发出最大的力是不现实的。如果运动员在动作的首个阶段速度过快,那么在接续的动作阶段发出的力就会衰减。典型的例子就是举重,如果运动员在将杠铃从地面拉起时过快,可能会影响其在最佳加速点(过膝后)发出最大的力。
举重
2.位于力—速曲线中段区域的运动,其运动员的发力水平取决于最大等长肌力水平。换句话说,运动员的最大肌力决定了其动态过程发力水平,即在相对阻力较大和速度较慢的情况下,对最大肌力的依赖性较大。同时,最大力量和速度之间没有参数关系。在力—速曲线的两端区域,同一动作中,产生最大速度和最大力量需要不同的运动技能。
最大力量Fmm与投掷动作之间的非参数关系。
图a为手持8kg哑铃时,最大力量与关节角度存在高度相关性;
图b为不负重状态,此时最大力量与最大速度之间并没有体现出相关性。
3.最大机械功率产生于力—速曲线中段。随着运动速度增加,能量的外泄也会增加(做功及产热)。通过研究可知,当速度为最大速度的20%时机械效率(能量与功的比值)最大,而当速度达到最大速度的1/3时机械功率最高。由于功率是力与速度的乘积,即:
P=W/t=F(D/t)=FV
这里D表示距离,t表示时间,W表示功
在理想的力—速曲线上,当V=1/3Vmm时,F=1/2Fmm,由此:
Pmm=1/6Vmm*Fmm
各种运动变量对于动作速度的依赖性
这也就解释了为什么相较于大重量的杠铃抓举,铅球投掷虽然要求较小的最大力量,但由于其动作速度更快,所以能产生更高的功率。
一旦准确理解了力—速曲线,就可以在某些可以改变外部阻力的运动中(如自行车)通过调整外部阻力和动作频率(速度)来获取最优的功率输出。
不同的运动所呈现出的力—速曲线是不同的,特别是需要快速动作的运动。由于这些运动的发力时间过短,无法产生最大力量,因此真实的力—速曲线会发生“扭曲”。想象这样一个场景,让运动员使用其硬拉50%1RM的重量去做快速硬拉,在不考虑受伤的情况下其可以拉的很快。而如果我们将杠铃的重量增加至%1RM,那么运动员是无法将杠铃拉离地面的,其只能在特定的关节角度下进行等长收缩。
硬拉
运动生理学已经告诉我们,在等长收缩的情况下,肌肉能够产生最大的力量,但这与特定的关节角度相关。而肌肉产生力量需要足够的时间,最大力量的产生通常在ms左右,当运动员进行快速动作时(一般在至ms),肌肉产生的力就会减少。因此,力量训练的负荷强度通常不会低于85%1RM,这样才能提高参训人员的力量水平,但同时也会牺牲速度。
不同训练目标处于力—速曲线中的不同阶段
为了减少时间对发力的影响,可以使用“快速释放”技术(quick—releasetechnique)。
“快速释放”技术的核心是将等长收缩动作和全ROM动作结合。先将参训人员在特定的姿态下进行机械锁定,使其进行特定关节角度的等长收缩发力。然后解除锁定,在一定的阻力条件下进行动作。这种技术使得力的大小决定肌肉收缩的初始条件而非发力率(RFD)或发力时间。虽然等长肌力训练是受益于特定的关节角度的,但从整体来看,只要将等长角度调节至运动员的动作薄弱点就可以达到理想的效果。其原理就是简单的木桶效应,将全ROM力量看作一个木桶,只要弥补其中的短板,就能让整体力量得以提升。
木桶效应
好的训练计划是保证足够积累的同时最大化减少伤病发生的可能。“快速释放”技术使得参训人员能够在薄弱点有足够的肌肉收缩和发力,如果运动员决定使用“快速释放”技术,一定要明确其会引起较大程度的疲劳。在训练计划制定时要满足渐进超负荷原则,牢记“多也是少”。
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