冲量公式与动量的关系,冲量公式与动量的关系推导!

在美国秋季的任何一个星期天打开 Twitter(推特),你会看到一连串的图形吹捧比赛中测得的最快最高速度。

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图 1. 在 F***U,我们与大多数其他学校一样,甚至更多地公开庆祝快速的速度和爆炸性的壮举。但是你应该问自己:这些速度的壮举是积极的表现吗?它们和我们想象的一样重要吗?

看看美国橄榄球大联盟和40 码冲刺背后的炒作,以及对不间断对直线跑步的强调。近年来,在力量和体能训练行业,随着速度训练变得流行,我们看到在训练和测试中庆祝和强调的指标发生了变化。体能教练已经爱上了这样一个事实:当运动员的最大速度提高时,他们与防守者分开或更快接近球的能力也会提高。最大速度增加 1 英里/小时会导致距离增加 1 码,这一事实使教练陷入了混乱。这个概念重新聚焦了许多教练的计划理念,并将它们整合到了隐喻的白板上,为更高速的工作进行计划与设计。

然而,高水平运动员在比赛中的减速次数比运动员达到最高速度更频繁地发生。Damian Harper 表示,“更大的制动力可以在更短的时间中更快地实现减速。” 因此,增加制动力和发力率的训练可以给球员带来优势。巴里桑德斯,可以说是比赛历史上最好的跑卫,以他以不真实的速度停止和前进的能力而闻名。由于他出色的减速能力,使他比 QB 更有优势。

从比赛开始

现在的训练的重点似乎是追随潮流,而不是真正地进行逆向工程并观察出色的运动员和比赛本身的需求。如果教练们调查了他们运动的每一个基本生物力学方面,当意识到减速的地面反作用力大约是最大速度 GCT 的一半时,教练会立即看到减速训练以提高表现的必要性并减轻伤害。“在竞技比赛中,快速的水平的减速在防守性压迫动作中,通常与 ***CL 断裂等严重下肢损伤相关的主要情境模式之一,”Della Villa 在题为“在改变方向或减速时发生大量伤害(非接触性)的研究论文中表示”行动。”

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图 2. 上图是减速的 GRF,从机械角度来看,平均而言,它的压力是加速的 3 倍。

我完全赞成当前使最大速度变得重要和流行的趋势,但它只是提高整体运动表现得更大难题的一小部分。考虑到体能教练对最大速度的赞誉程度,你会认为这种能力是运动表现的圣杯;实际上,大多数体育比赛都是以次最大速度进行的。这并不是说我们作为力量和体能教练不应该训练这项技能——无法以更高的速度跑步会使运动员处于劣势,而最大速度暴露带来的训练效果是任何成功准备的主要内容计划。

在休赛期应该强调最大速度,但要理解它不是更好的运动表现所必需的唯一技能。不仅直线速度快而且停止和重新加速的运动员通常是表现出色的运动员。

最好的球员不仅必须非常擅长加速,而且还必须出色的减速能力。可以调节速度并以各种速度进行比赛的运动员比不能调节速度的运动员具有优势。制动力是改变方向的先兆,影响整体表现(除非运动员在赛道上比赛)。训练减速和类似于最大速度的减速练习对运动员具有全局影响,提升了高水平运动表现中的许多理想能力。这就是为什么训练刹车以及最高速度和加速度对于最大限度地发挥每个运动员在特定运动中达到新高度的潜力至关重要。

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“减速可能是近期运动中最容易被忽视的方面。” 这是一个准确的说法——当教练们从生物力学的角度看待运动时,很明显,需要同等重视刹车训练的必要性,即使不是更多的训练量,也可以带来巨大的投资回报。达米安·哈珀 (Damian Harper) 和他的团队最近的研究支持了这一点,该研究不仅从表现的角度,而且从伤病恢复的角度描述了减速训练的必要性。最好的能力是可用性,因为如果法拉利没有刹车,那有什么意义呢?

为什么牛顿定律支配运动表现

如果体能教练不了解运动的基本水平和影响它的因素,他们怎么能开出提高运动动作执行速度和力量的训练?运动员训练的原因是为了更好地适应运动的需求并提高运动的执行率!

为了完成这一使命宣言,体能教练必须了解力量、动量-冲量关系和牛顿三定律,以认识到提高运动表现和表现训练所需的身体能力。

Force 是一个在力量社区中经常出现的词,通常没有完整地理解水平。什么是力量?这是一个非常难以回答的简单问题。正如Dan Cleather在他的著作《》中所说,“力是一种试图描述事物运动的原因。力实际上描述了运动的变化。” 这可以从牛顿定律中看出:

·第一定律(物体保持静止,除非受到另一个物体的作用)

·第二定律 (F=M***)

·第三定律(相等和相反方向)

运动,以某种形式或方式,围绕着身体和与环境的碰撞。在最简单和最基本的层面上,冲量是这种碰撞的描述。冲量测量力和时间的关系。从物理学的角度来看,冲量用与动量相同的公式来描述:

I=m×v

或 p=m×v

动量是体能教练和体育教练理解的一个术语——无数次指出,运动员的动量对防守者来说太大了,这就是他们跑过去的原因。为了增加物体的动量——如果质量保持不变,这将是速度的增加或减少——必须施加一个冲量。

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图 4. 人体通过特定向量中的冲量应用移动。冲量的大小和施加的方向决定了制动和推进。

我们在运动中看到,冲量越大,速度变化率就越高。根据施加力的位置,可以将变化定义为正或负。这个概念在上图中很容易理解:当运动员希望提高速度时,必须在 COM 下用力推动地面,以加快运动员向上和向前的速度。推动越用力,速度的增加就越高。这就是为什么许多人争论举重在提高速度方面的价值。如果在相同的时间内使用,更强壮的运动员可以施加更大的力量并具有更高水平的冲动。

冲量的大小并不是唯一的决定因素,因为在我们的跑步示例中,它的施加方向会导致推进或减速。这意味着,简单来说,冲量可以是负的(制动)和正的(推进),具体取决于施加力的位置。因此,采用相同的概念并将其应用于制动。进入速度越快,运动员的 COM 前方所需的“负面冲动”水平就越高,以减慢他们的速度。

曲线两边的容量

力量是特定于任务的——据此,我是说冲动受力的速度控制,特别是在跑步、停止和改变方向的运动中,因为施加力的时间有限。大多数运动动作将在 400 毫秒的阈值内进行,从而提高力量发展率 (RFD)。力量只与使用它的能力一样好。与运动项目相比,需要 6 秒的 1000 磅硬拉有什么意义?速度在所有动作中都是王道,因此能够以最快的速度和正确的方向施加最大力量的运动员通常会获胜。

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图 5. 冲量曲线的一般示例。冲量的三个分量是峰值力(曲线的高度)、力的速率(曲线的斜率或力“快速”达到峰值的速度)和总力(对应于曲线下的面积)——了解冲量可以是推进(向心)和制动(离心)是至关重要的。

施力的方向也将决定所涉及的主要肌肉收缩。像加速这样的推进动作主要是向心的。由于力的方向,制动动作,如减速,本质上将主要是离心的。当谈到短跑(在最短的时间内施加高强度的力量)和减速时,我们在运动中看到了这个概念,这两种动作都需要极高的冲动来改变速度。在这两个例子中(冲刺和减速),在很短的时间内(50-150 毫秒)向地面施加了高强度的力。

建立制动储备,让运动员能够处理极端力量,以便更好地为低阈值暴露做好准备,这对于表现和伤害恢复能力至关重要。查理·弗朗西斯(Charlie Francis)将速度储备作为一个众所周知的术语,即在疲劳时具有更高最大速度的运动员可以处理更高的速度。将同样的概念应用于减速,因为冲量非常相似:力只是指向不同的方向。从生物力学的角度来看,冲刺和减速在检查动作的冲量或波形时非常相似。

体能教练负责确定主要的运动动作、它们的时间参数、它们是推进还是减速,以及与之相关的共同冲量曲线。在描述身体能力时,冲动训练可以分为三类:

1.峰值力(曲线的高度)

2.力的速率(斜率)

3.总力(曲线下的总面积)

这三类可以看成多少多快总量。通过生物力学镜头查看训练可以简单地理解提高技能所需的能力。韦伯斯特将产能定义为某物可以生产的数量”。

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图 6. 峰值力量、力量发展速度、反应力量和耐力是体能教练必须寻求提高的能力。虽然看起来很简单,但在尝试组织训练时,这些能力会产生非常复杂的问题。在这个例子中,运动员在执行给定技能的同时产生和表达能力。如果能力受到限制,运动员的动作将变慢或改变,因为无法表达足够的力量水平以在该动作中取得成功。

我将身体能力分为四个主要类别。训练应该增加:

1.向心和离心峰值力量能力(最大力量生产)。

2.力能力的向心和离心速率(产生力的速率)。

3.反应强度(利用拉伸-缩短周期)。

4.耐力(身体重复某项活动的能力)。

训练必须适用于向心和离心动作,这两种动作都可以在许多体育运动中看到。这个镜头确立了对制动和推进训练的需求。

当对运动的一般生物力学需求进行调查时,对离心训练的需求变得显而易见。看看短跑,Peter Weyand 和 Ken Clark 发现,高水平短跑运动员可以比普通团队运动运动员更快地在两个质量模型中减速下肢。高水平短跑运动员的冲量曲线或波形应该显示出更高水平的离心峰值力和离心力速率。

从生物力学的角度来看,从业者还可以逆向设计这项运动的真正需求,通过提高支撑一般技能的身体能力,使训练能够更好地为运动员做好准备。运动运动取决于所表达的冲动水平,这取决于运动员的身体能力。教练必须考虑运动中表达的消极和积极冲动以及与两者相关的机械压力,因为它们对身体和其他相关适应的影响非常不同。

F=Mx***,所以减速是负加速

为了以更快的速度加速,如果质量恒定,则必须施加更大的力。为了以更快的速度停止,如果质量恒定,则必须施加更大的力。

为什么体能教练明显偏向于加速训练可以对加速和减速产生积极影响?公式可能相同,但训练方式不同。

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图 7. 加速和减速的比较:加速本质上是推进性的,而减速本质上是离心的,这是由于髋关节和膝关节屈曲所需的特定肌肉的快速拉伸。

Damien Harper 将减速定义为:

“能够在限制范围内并根据任务的具体目标熟练地降低全身动量,同时减弱和分配与制动相关的力。”

什么是运动表现的改善?

体能教练都声称,他们设计的计划,如果彻底执行,可以在运动员训练的运动中创造出更好的运动员。体能教练会参加工作面试或向其他教练展示,我们会吹捧我们的成就,但总体力量和速度的提高是否有助于运动员在特定运动中比以前更好?你怎么知道规定的计划导致了更高的运动表现?

体能教练可以争论受伤率、KPI 提升以及胜负,但任何潜在的原因都是有限的,因为它是问题的唯一答案。这个兔子洞让我找到了我为追求力量和体能知识而拿起的第一本书之一:力量训练的科学与实践。这个问题的答案以最简单的形式出现,Zatsiorsky 说:“当运动表现提高时,运动时间会变得更短。”

这满足了最初的问题,即如何衡量运动是否得到改善,但不幸的是引发了另一个问题——与特定运动相关的运动是什么?

这个问题引发了对什么可以定义为运动运动的深入调查。这次知识之旅的共同主题是技能这个词。韦伯斯特将技能定义为“做好某事的能力,专业知识”。

更熟练的运动意味着运动员有能力准确、有效和迅速地控制自己的身体,这将提供更快的运动动作。这实质上意味着技能发展得越多,运动员就越能表达身体能力,从而加快运动速度。如果他们的技巧更高,玩家可以更快地表达力量并获得更高的水平。

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图 8. 我列出的四项技能是成功的橄榄球运动表现的基础。

在某些方面,根据运动,这些一般技能中的每一项都会被展示出来,并且必须进行训练以提高运动速度并缩短运动时间。为了规划和满足所训练的运动的需求,我们需要定义运动中的技能及其分类,以便在训练中准确地提高它。如果教练不能对运动动作的基础技能进行分类,他们如何计划和规定训练以进一步发展这些技能?有很多方法可以定义技能,但我简单的想法创造了两种:

1.一般技能。

2.具体技能。

减速技巧,被遗忘的训练元素

减速动作在大多数运动中都很普遍,可以归类为通用技能。一般技能应该是运动中常见的一般运动特征。每项运动都有其一般和特定的技能,尽管大多数田间和球场运动之间有许多相似之处。

由于必须练习以充分挖掘运动员的潜力和凹槽运动模式的技术要求,这些运动特征被归类为技能。

图 8. 使用分层训练方法,体能教练可以攀登特异性阶梯,以确保将更多的训练转移到运动中。

在观察任何运动中的高水平运动员时,技能为王,但它取决于在这些技能中表达力量的必要身体能力。

来源:季大湿训练文摘(作者季大湿)

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