此外,这些美国科研人士也不是吃素的。
曲臂起跑技术还针对博尔特的身体形态,优化了地面反作用力的利用效率。
他们根据牛顿第三定律,得出下肢蹬离起跑器的力量与地面反作用力大小相等、方向相反。
在起跑阶段,运动员的身体前倾角度较大,地面反作用力存在垂直向上和水平向前两个分力。
垂直分力用于对抗重力,保持身体平衡。
水平分力则是推动身体向前的核心动力。
对于身高1米96的博尔特而言,其身体重力矩更大,需要更多的垂直分力来维持平衡……
这意味着水平分力的占比容易被压缩。
而他的曲臂摆动,通过上肢与下肢的协同摆动,形成了一个“上肢前摆-下肢蹬伸”的力偶系统,恰好弥补了这一短板。
力偶的本质是两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系,能够使物体产生纯转动效应。
博尔特的曲臂前摆与下肢蹬伸形成的力偶,具有普通运动员无法比拟的优势。
一是超长臂展带来的力偶臂更长,力偶矩的大小与力偶臂长度正相关,因此他的力偶矩强度更高。
二是曲臂姿态让力偶的作用方向更精准,完全指向髋部的转动方向。
在起跑加速阶段,这个高强度的力偶直接作用于髋部,使髋部产生向前的转动力矩,从而放大了地面反作用力的水平分力效果——
原本用于维持平衡的部分垂直分力,也被转化为驱动送髋的水平动力,让博尔特的送髋动作从“被动跟随”变为“主动驱动”。
而普通运动员的力偶系统,由于臂展较短,力偶臂长度有限,力偶矩强度不足,难以实现垂直分力向水平分力的高效转化。
所以阿美丽卡给博尔特的定制计划,第二点就是——曲臂起跑技术的核心理论支撑:
基于身高臂展优势的神经肌肉控制与动作时序协同定制化适配。
博尔特的曲臂起跑技术能够在0-30米加速区显著提升送髋效能,除了生物力学层面的定制化优势,更离不开神经肌肉控制理论与动作时序协同理论的深层支撑——
而这两大理论的应用,同样是基于他超长身高臂展的个性化适配。
对于博尔特而言,曲臂姿态不仅是力学结构的优化,更是神经肌肉控制与动作时序协同的“校准器”,让他的身体形态优势在起跑阶段得到最大化发挥。
首先就是神经肌肉控制理论。
需要本体感觉强化与肌肉预激活的长杠杆适配优化。
神经肌肉控制的核心,是中枢神经系统通过本体感受器接收肌肉、关节的位置信息,进而调控肌肉的收缩时序和收缩强度。
对于博尔特这样的高身高、长臂展运动员而言,神经肌肉控制的难点在于长杠杆末端的位置感知精度——超长手臂和下肢的杠杆结构,会导致本体感受器的信号传递路径更长,信号延迟和失真的概率更高。
而他现在采取的曲臂起跑姿态,通过改变手臂的关节角度,缩短了本体感受器的信号传递路径,强化了信号输入精度,从而提升了神经对髋部肌肉的控制精度。
肌梭作为肌肉长度变化的感受器,其敏感性与肌肉的初始长度密切相关。博尔特在起跑时,手臂保持90°左右的弯曲,此时肩部的三角肌、肱二头肌处于一个适度紧张的初始状态,肌梭的敏感性被激活至最佳水平。
更重要的是,曲臂姿态让他的超长手臂从“悬垂的长杠杆”变为“折迭的短杠杆”,肌梭感知肌肉长度变化的范围被精准限定在有效区间内。
在直臂姿态下,超长手臂的摆动幅度大,肌梭需要感知更大范围的长度变化,容易出现信号饱和。
而曲臂姿态下,手臂的摆动幅度被控制在肌梭的敏感区间内,信号输入的精度提升了30%以上。当手臂开始摆动时,肌梭能够快速、精准地感知肌肉长度的变化,并将信号传递至中枢神经系统。
中枢神经系统则根据这个高精度信号,同步调控下肢髋部的髂腰肌、臀大肌等送髋核心肌肉的收缩。
这种“上肢摆动-下肢送髋”的神经联动,在0-10米启动阶段结束后尤为明显。
所以当博尔特的曲臂完成第一次前摆时,肌梭的精准信号输入会触发髋部肌肉的快速收缩,使送髋动作与手臂摆动的时序完全同步。
对于普通运动员而言,这种神经联动的延迟时间通常在0.05秒左右,而博尔特通过曲臂姿态的信号精度优化,将延迟时间缩短至0.02秒以内,完全避免了直臂起跑时因本体感觉信号延迟导致的送髋滞后。
此外,博尔特的超长臂展让这种神经联动的“覆盖范围”更广——
上肢摆动的信号能够驱动更大范围的髋部肌肉收缩,进一步提升送髋动作的力量输出。
同时,曲臂姿态还针对博尔特的身体形态,优化了肌肉的预激活效应。
肌肉预激活是指肌肉在主动收缩前,中枢神经系统提前发放冲动,使肌肉处于轻度激活状态,从而提升后续收缩的力量和速度。
对于高身高运动员而言,髋部肌肉的预激活难度更大——髋部作为身体的核心枢纽,需要同时驱动超长下肢和上肢的运动,预激活的肌肉范围更广、强度要求更高。
博尔特的曲臂起跑,在起跑器上的预备姿势阶段,手臂的弯曲角度使上肢肌肉提前进入预激活状态。
这种预激活会通过神经的交叉激活效应,传递至对侧下肢的肌肉群,且传递范围和强度远超普通运动员。
具体来说,就是阿美丽卡的科研人员希望博尔特当右侧手臂曲臂预激活时,左侧下肢的髋部屈肌也会同步进入预激活状态。
反之亦然。
他们的理由是,由于博尔特的手臂更长,上肢肌肉的预激活范围更大,交叉激活效应能够覆盖更多的髋部肌肉纤维。
普通运动员的交叉激活效应仅能覆盖髋部肌肉的60%左右。
而博尔特则能覆盖80%以上。
这种大范围的预激活,让髋部肌肉在蹬离起跑器前就具备了更高的收缩势能,在0-10米启动阶段结束后,能够更快地释放能量,推动髋部向前送进。
而如果采用直臂姿态,博尔特的上肢肌肉预激活范围会大幅缩小,交叉激活效应的强度也会随之降低,髋部肌肉的收缩势能无法达到最佳状态。
再配合动作时序协同理论。
也就是上下肢长杠杆动作的相位同步与能量互补定制化调控。