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NSCA基础教程(4-3)人体的力量和功率

运动医学2021-04-29 17:58:10阅读15

不能用一个值来简单说明力量。不仅身体各部分的相对力量存在个体差异,不同速度力量也存在个体差异。

关于功率的一般定义和科学定义可能会产生混淆,因为功率的一般定义指的是“有力的,有能量的,产生机械力或进行运动的能力”。因此,“力重”和“功率”经常可以互换来描述产生力的能力。但是,在自然科学和工程学中,“力量” 和 “功率”却具有不同的含义。私人教练应该了解功率的明确定义以及功率与人体各种运动之间的关系。这个部分给出了力量和功率的科学定义,并且说明各种因素如何对其产生影响。


力量、功率和功的定义
一般来说,力量指的是产生力的能力。有很多方法能够测量力量。最明显的也是最原始的方法就是看一个人能够举起多重的物体。其它从质上来测量的方法包括两个人之间进行较量,例如摔跤或者拔河。现在技术提高了,发明了电子力量传感器等仪器,极大地发展了力量的测定方法。

生活中的所有运动都包含加速度(速度增加)或减速度(速度减小、也叫做负加速度)。根据力量和速度关系,当运动速度增加的时候,肌肉产生的力将会减小。但是,每个人随着运动速度增加而使肌肉力减小的程度不同。因此,在肌肉进行等长收缩或低速度收缩的时候进行测量,不能评价一个人在大速度需要加速时的运动能力。所以,Knuttgen 和Kraemer 对力量下了一个更加精确的定义:在一定的速度下运动所能产生的力。在各种不同的速度下对力量进行直接的测量,需要利用复杂的仪器,但是间接测量可以提供相似的信息。测量方法不管是简单的还是复杂的,是直接的还是间接的,这种测试所提供的信息都会比静力性测试或最大举重测试多很多。

一些运动训练专业人员喜欢用“功率”这个词来描述在相对较高的速度下产生力的能力,用“力量”这个词来描述在低速度或等长运动下产生力的能力。因为等长力量和低速度力量的测量值意义不大,所以人们把更多注意力集中到大速度力量测试上。像自然科学和工程学所定义的一样,功率的意思是 “单位时间内所做的功”,而功的意思是对物体施加的力与物体位移的乘积:

功 = 力 X 位移
功率 = 力 X 位移 / 时间 = 功 / 时间
对指标进行重新排列,可以得出下面的公式
功率 = 功 X 速度

例如,如果利用滑轮将一台重800磅的钢琴提高20英尺,到第二层的窗口,那么对抗重力所做的功就是20英尺X800磅,等于16000尺磅,与上升过程中钢琴所做的水平运动和速度的的变化无关。如是提升钢琴的时间用了40秒,那么平均功率就等于16000尺磅除以40秒,等于400尺磅每秒。1马力等于550尺磅每秒,所以平均功率就等于400 / 550 = 0.73马力。如果间接拉动滑轮,使得每秒钟都做400尺磅的功,这样在实际的上拉过程中的功率就比较大。由于这个原因,在人体的大部分活动中,最大输出功率往往大于平均功率。

在国际单位制(简称SI)中,力的单位时牛顿(N),位移的单位是米(m)。因此,功的单位就是牛顿米(N*m),也就是所谓的焦耳,功率的单位是焦耳每秒,也就是所谓的瓦特(W)。在美国,我们结合了传统和国际的单位制。很多电器(例如微波炉和一些运动器械)的单位通常使用瓦特,汽油发动机的输出功率通常使用马力。1马力等于746 瓦特。1尺磅乘以1. 356等于1焦耳,1.356尺磅每秒等于1瓦特。

进行这种单位转化,就可以对采用不同单位系统的仪器进行比较。不幸的是,一定要注意区别功率消耗和输出功率之间的差别。因此机器的工作效率不是100%,一个发动机的功率捎耗大于输出功率。因此,应该比较不同仪器的输出功率,而不是功率消耗。表格4-1列出了从传统美国单位制向国际单位制转化的其它因素。





身体活动中的功和功率
输出功率用于短时间科长时间的人体活动。有氧运动 (例如跑步、游泳和自行车)依赖人体通过氧化功能来维持输出功率的能力。在跑步运动中,大部分机械功都用于身体的上升阶段,少部分功用于产生水平加速度。每一步中,肌肉所做的垂直功等于体重乘以竖直位移,在一段时间里,平均输出功率等于体重乘以每步的竖直位移,再乘以步数,最后再除以所用的时间。

当运动持续几分钟或更长时间的时候,输出功率的限制因素是循环系统向运动肌肉的供血能力。线粒体内的能量产生机制也必须能够利用组织中的氧。机体的工作效率不是很高,所以在运动中所产生的很多能量都以热能的形式被消耗。通常,肌肉活动的工作效率只有20-30%。因此,能量消耗是所做功的4倍左右。

在非常短暂的运动中,输出功率也是非常关键的。很多运动项目都需要运动员在短时间内发出最大力,例如跳跃、投掷、网球发球、击垒球或打高尔夫球(图4-6),相同的,在进行自我保护动作的时候,例如打苍蝇、甩温度计、钉钉钉子和跑楼梯,需要在短时间内快速发力。很明显,在短时间内产生的功率远远大于耐力运动。如果一个人在跑步或骑自行车的时候将输出功率维持在200瓦特,那么在纵跳中输出功率能够达到1500 瓦特。




大部分健身运动,例如健美搡、力量训练、游泳和瑜伽,速度相对比较小,所以这些运动需要利用一些器械来提高速度和功率。输出功率较大的运动包括短跑、跳跃、“爆发性”举重训练、跆拳道和武术。“功率举重”这个词不恰当,因为尽管需要很大的力量,但是并不需要快速运动。其它一些体育项目 (例如跳高、掷铅球、击棒球) 更加依赖功率。

有关力量和功率的科学定义使人们将“功率”作为高速度下的发力能力,将“力量“作为低速度下的发力能力。但是,”力量“指的是在任何速度下的发力能力。因此,“高速度力重” 和 “低速度力量” 能够更准确地表述一般意义上的 “功率” 和 “力量”。

全面了解一个人在某一特定动作的力量需要进行多个测试,得出不同运动速度下的力量测试值。这种测试能够对一个人的力量进行全面的了解。它能够对适合在低速度力重下运动的人和适合在高速度力量下运动的人区别开来。这种测量能够用于鉴别从事各种运动的优势、不足和潜在能力。例如,一个擅长在高速度力量下运动的人具有高速跳跃的基础能力。低速度力量在很多运动中部很重要,例如举重和移动重物、负重远足或者在战斗机中抵抗重心引力。



计算抗阻训练的功
习惯上用重物和次数和组数的乘积来对一次举重练习所做的功进行量化。为了准确评价一次举重练习所做的功,需要测量每次举重过程中物体的垂直位移。每组运动所做的功等于:

功 = 重力 X 垂直位移 X 次数

对子自由举重运动来说,可以分别测量杠铃在运动中的最低点与最高点与地面之间的垂直距离,两者之差就是重物的位移。对于配重块训练器来说,在测量配套块在运动中的最低点和最高点(图4. 7)。可以采用最轻的配重块进行测量,因为在运动中,不管所采用的重量是多少,配重块的垂直位移都是一定的。一定要采用统一的单位。在采用传统美国单位制的时候,重量的单位应该采用磅,位移的单位采用英尺。在国际单位制中,重力的单位应该采用牛顿(千克乘以9. 8),位移的单位应该采用米。

另外,还应考虑体重。例如,在侧向举哑铃的运动中,除了哑铃的重量,胳膊的重量也被举起了。因此,总功包括举起哑铃的功加上举起胳膊的功。在身体环节参与的运动中一定要考虑到这种问题。例如,在蹲举运动中,大部分体重都升高了,而在腿举运动中,只有腿产生了移动,在有些特殊的仪器上,腿可能不发生垂直移动。因此,为了比较蹲举和腿举的难易程度,必须了解机器的几何学,在蹲举运动中,大致可以将全都体重算进去,因为身体的大部分都升高了。如果腿举仪器需要举起配重块,那么阻力就等于配重块的重量加上腿的重量。然而,在使用橇形腿举仪器时、橇按照弧度旋转,而不是垂直的,一定要测量真实的阻力。例如,如果重物沿着45度角被椎上去,那么实际的阻力就等于撬和配重块总重的70%。如果巧遇地面的角度是30度和60度,那么实际阻力分别是撬和配重块总重的50%和87%如果想要进行精确的计算,可以使用使用下面的等式:

实际阻力 = 地板与轨道角度的正弦值 X (橇的重力 + 配重块的重力)

大部分计算机都含有正弦公式,用量角器可以测量轨道和地面的角度t 如果重力是在垂直方向运动的,那么轨道的角度就是90度,正弦值就是1,因此,对于垂直上推运动来说,不需要做额外的考虑。





旋转运动中的功和功率
前面关于功率和功率的讨论针对的是力量将物体从一点移动到另一点的直线运动情况。当物体旋转的时候,也会产生功和功率,就算空间上没有产生位移也是如此。叫位移就是物体旋转通过的角度,通常用度来表示。角度的国际单位是弧度(rad),等于57. 3 度。一个物体的旋转速度叫做角速度。尽管可以用度每秒来表示,但是需要将它转化成弧度每秒(rd/sec),为的是计算旋转功率。

力矩的单位用牛顿米(N * m)来表示。这个单位似乎和功的度量单位一样。但是,力矩中所使用的牛顿测量的是使物体围绕轴心进行旋转的力(其作用线不通过轴心)。相比而言,对于功来说,牛顿测量的是使物体产生空间位移的力。对力矩来说,米测量的是力臂的长度,对于功来说,米测量的是物体在力的方向上产生的位移。和线性功和功率一样,旋转功和功率分别采用焦耳(J)和瓦特(W)。公式4-6 用来计算旋转动。然后可以用公式4-2 来计算旋转功率。

功 = 力矩 X 角位移

在日常生活和体育运动中,维持特定速度所需的力量大小不一定。一些运动由于受到很大的阻力所以速度相当低。例如,,当一个人推动一台损坏的机动车时,那么机动车的重量就对加速度产生了阻力。当一名橄榄球前锋推对手的时候,对手的体重和力量都变成了阻力,在这些例子中,低速度力量都是关键的。

另一方面,在很多身体运动中,阻力很小,运动能够在短时间内达到较高的速度,这时高速度力量是最重要的。例如,当一个人推阻或拨动来进行自我防卫的时候,只有胳膊的重量对加速度形成了阻力,所以在很短的时间内达到较高的速度。当手握较轻的器械时也是这样,例如乒乓球拍、羽毛球拍或者苍蝇拍。轻器械的惯性阻力很小,很快达到较高的速度。因此,高速度力量就变得异常重要。

作者:运动医学

(忙碌和早睡是治疗心疾的良方。)

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