跑步是人類與生俱來的移動模式之一,透過近代運動科學的興起以及持續不輟的研究,有關跑步生物力學機制的論文已相當豐碩,然而卻較少研究探討到跑步訓練時,手臂擺動對於能量消耗的影響,以及不同擺臂姿勢或型態對跑步時能量消耗的影響又有多少?
2014 年一篇名為《The metabolic cost of human running: is swinging the arms worth it?》的研究,實際針對跑步時的不同擺臂姿勢對能量消耗的影響進行研究。
他們研究了 13 位年輕跑者,在跑步機上以 11.5 km/h 的速度(每公里配速5分13秒)進行正常擺臂(Normal)、雙手交叉放背後(Back)、雙手交叉放胸前(Chest)以及雙手交叉放頭頂(Head)等 4 種不同擺手姿勢的跑步,並同步收集他們跑步時的能量消耗與動作變化情形。雖然一般跑者很少會把手放在背後或頭頂跑步,但此研究是希望了解,當手臂不正常擺動時,會對跑步動作及能量消耗有什麼影響,因此設定了不同擺放位置。不過值得注意的是,雙手交叉放胸前的擺臂方式,類似於一些習慣將手緊貼胸前並幾乎不擺動的跑者。
研究發現正常擺臂(Normal)的能量消耗(net metabolic power) (下圖中的灰線) 是最低的,而雙手交叉放背後(Back)、胸前(Chest)以及頭頂(Head)上跑步皆比正常擺臂分別多出3%、9%、13%的能量消耗。
這項研究也發現,當跑步時不擺臂,其肩膀與骨盆左右旋轉的幅度會比正常擺臂來的高。雙手交叉放背後、胸前及頭頂分別增加了10%、44%、8%的肩膀左右旋轉幅度以及63%、102%、101%的骨盆旋轉幅度。
此結果反映出,跑步時的擺臂動作有助於減少身體的旋轉。因為擺臂時所產生的力量可與擺腿所產生的旋轉力量相互抵銷,進而減少軀幹的轉動,藉此達到較少的能量消耗。換言之,當跑速增加擺腿力量隨之增加的情況下,擺臂的幅度自然也需要相應的提高,就如同衝刺跑時,我們會自然加大擺臂動作來穩定軀幹姿勢,避免身體過多的旋轉。
跑步時的擺臂是相當重要的,它可以幫助我們抵消擺腿時所產生的旋轉力量,進而減少軀幹的轉動與能量消耗,讓我們跑得更省力。雖然平常跑步時,我們很少會將手放在背後或頭頂,但值得注意的是,當擺臂過小時容易產生像研究中雙手交叉放胸前的姿勢。因此,適度的擺臂,並隨著跑步速度調整擺臂的程度,才能減少不必要的能量消耗。
參考文獻:
Arellano, C. J., & Kram, R. (2014). The metabolic cost of human running: is swinging the arms worth it? Journal of Experimental Biology, 217(14), 2456-2461.
撰文/董智尚、陳韋翰、相子元
*文章授權轉載自《運動科學》網站,原文:跑步時的擺臂對能量消耗有影響嗎?
在國立台灣師範大學的實驗室裡,一群由相子元教授帶領的研究團隊正全心投入運動科學研究,和你一樣對未知的領域充滿探索熱忱。
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烏干達名將約書亞·切普特蓋(Joshua Cheptegei)本月 14 日在世界田徑總會鑽石聯賽摩納哥站,以 12 分 35 秒 36 打破高懸 16 年、Kenenisa Bekele 所創的 5000 公尺世界紀錄 12 分 37 秒 35。事實上,Cheptegei 在 2018、2019 年連續創下 15 公里公路賽世界紀錄、世界越野錦標賽冠軍,以及世錦賽一萬公尺冠軍;2020年初,他以 12:51 刷新 5 公里路跑世界紀錄;上週更勢如破竹衝破男子 5000 公尺田徑賽世界紀錄。來看看 Cheptegei 在兩年內創下 5000m、5K、15K 世界紀錄的驚人成績,是怎麼訓練來的?
Cheptegei 在烏干達東部高海拔地區 Kapchorwa 的 Kwoti 村長大,他像多數非洲孩子一樣愛踢足球。小學的他有時會嘗試三級跳遠,但仍偏愛團隊運動。一次,教練友人 Benjamin Njia 看到他完美的步態和耐力,鼓勵其投入田徑,於是 Cheptegei 在 2004 年開始認真跑步,並在 2014 年世界青年田徑錦標賽獲得一萬公尺項目冠軍。
現年 24 歲的 Cheptegei 不僅在 5000m、5K、10K、15K 項目都有驚人表現,也參加半程馬拉松比賽。以往在進行田徑比賽訓練時,Cheptegei 週跑量通常為 120-140K 之間,而他在今年初開始準備原本於 3 月舉辦的波蘭格地尼亞世錦賽半馬項目,雖然賽事因新冠肺炎疫情延期,但 Cheptegei 已因應半馬距離,將週跑量提高到 160K,而每週訓練的重頭戲,是在海拔 1800 公尺的連綿起伏丘陵地長跑 30-35K。
2017 年世界越野錦標賽時,Cheptegei 是最有機會代表國家贏得金牌的選手,他的主場優勢和以往在 10K 比賽的優異成績,讓粉絲們都抱有相當大的期待。然而他在比賽開始後不斷掉速,身體逐漸衰弱,最後好不容易「跌」進終點,只得到第 30 名令人失望的成績。
Cheptegei 賽後花了好幾個星期足不出戶調整心情,而這次失敗對他未來的勝利產生巨大作用。不到半年後,他在 2017 年倫敦世錦賽一萬公尺項目獲得銀牌;2018 年,他在澳洲黃金海岸馬拉松一舉摘下 5K 和 10K 雙金,並將 15K 路跑世界紀錄提高了 8 秒;2019 年,他贏得首座世界越野錦標賽冠軍,也在杜哈世錦賽 10000 公尺賽跑男子決賽中奪金;2020年初,他以 12 分 51 秒刷新 5 公里路跑世界紀錄;更在上週締造出 12 分 35 秒 36 的 5000 公尺世界紀錄。
Cheptegei 就讀烏干達的布格瑪大學,在入學兩年後,他退掉教育學士課程,主修語言和文學。他對文學的熱愛顯而易見,會趁空暇時間讀很多書,也成為朋友口中「聰明、懂社交,知識橫跨各領域」的人。雖然文學和跑步沒有實質關聯,但對於文學的學習能力,也自然而然增強了他在「學習技能」上的能力。
資料來源/CANADIAN Running, Olympic Channel, NN runningteam
責任編輯/Dama