1981与2018年的跑动技术研究中都曾提到，在摆动腿前摆时，腿部肌肉的肌电活跃程度相对较低（即发力程度相对不高）所以促进摆动腿前摆的主要推动力其实是后蹬动作完成后获取的的反作用力。因而一个良好的摆动技术更强调减少阻力矩，减少速度损失。

很多跑者在提升跑姿时，经常会听到一个动作改进提示：折叠前摆。那么为什么经常会强调腿部折叠摆动呢？今天我们就来说一说其中的原理。
早在1980年Mann针对13位跑者（2位短跑运动员、5位有多年经验的长跑爱好者，以及6位精英长跑运动员）的走、慢跑、冲刺跑的步态进行了生物力学分析。研究人员发现随着配速的提升，支撑期（stance）在一步中的时间占比从步行时的62%减少到跑步时的31%，冲刺时的22%。随着速度增加、步幅加大，跑者的摆动腿出现髋、膝、踝三关节屈曲幅度增加。

可见在专业跑者中，随着跑动速度的提升强调腿部折叠摆动是一个共识，但该研究并没有对这个现象进行深入分析。

随着速度的提升，专业跑者更趋于三关节折叠摆动，很可能是这种摆动技术更经济、高效。从力学角度分析，更为经济的摆动技术是在生成相同力（F）的情况下获取更快的摆动速度，或是在摆动速度（ω）相同的情况下需要生成的力越小。

摆动技术是指摆动腿以髋关节为轴心在矢状面进行的前后摆动，在跑动时促使大腿向前摆动的力主要为地面支撑反作用力（足蹬离地面时获取的反作用力）与屈髋肌群的主动发力两者的合力。

当跑者从静止状态开始屈髋提膝带动摆动腿前摆时，髂腰肌的力学分析如下：

髂腰肌提供的力矩为M动=L动(股骨大转子到髂腰肌近端附着点的距离)×F动

地面支撑反作用力为摆动腿提供的力矩为M反，默认为固定值

下肢自身重力为M阻=L阻(股骨大转子到整个下肢质心)×G(下肢质量*重力加速度)

由于多个力的方向相反，最终表现出的合力矩M合=M动+M反-M阻

注：

力矩（M）在物理学里是指作用力使物体绕着转动轴或支点转动的趋向。力矩等于径向矢量与作用力的叉积。M=L×F力矩能使物体获得角加速度，并可使物体的动量矩发生改变，对同一物体来说力矩越大，转动状态就越容易改变。

由于人体获取的地面支撑反作用力大小与蹬伸技术有关，此处默认该力不发生变化，而最主要的屈髋肌为髂腰肌，所以文中仅以髂腰肌为例进行简化的力学分析。

在此基础上我们再来考虑经济性问题，由于L动与G不会发生改变，在不改变F动的基础上，只能改变L阻来调整经济性。质心是指质量中心，当腿部折叠时质心相对上移，L值缩小，阻力减少。

接下来我们分析摆动腿摆动过程中所受的阻力，力矩M、角速度W、角加速度α、转动惯量I之间的关系。

M=α×I （力矩不变情况下角加速度与转动惯量呈反比关系）

I=m(质量)×r²（摆动中下肢的质量不变，转动惯量与下肢转动半径成正比）

W=α×t （角加速度与角速度成正比关系）

M不变情况下，r减小 ，I减小，α增大，W增大

力矩不变的情况下，减少摆动半径，摆动腿角速度提升

注：

转动惯量(Moment of Inertia)是刚体绕轴转动时惯性（回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性）的量度。

我们将抽象的力学带入到跑步技术中进行分析时，可以将整条摆动腿看作是一个杠杆，绕着髋关节在做前后的旋转运动。

调整前：由于摆动腿三关节屈曲幅度较小，下肢转动半径较大，因而他的转动惯量较大，在摆腿力度不变的情况下，下肢前摆速度较慢。

调整后：因为摆动腿三关节屈曲幅度增大而减小了转动半径，即使后者在短时间内屈髋肌群力量不变，通过这一细节调整也能增强摆动速度。或在保持同样速度前提下，能量消耗更少，即提升跑步经济性。

此外，1981与2018年的跑动技术研究中都曾提到，在摆动腿前摆时，腿部肌肉的肌电活跃程度相对较低（即发力程度相对不高）所以促进摆动腿前摆的主要推动力其实是后蹬动作完成后获取的的反作用力。因而一个良好的摆动技术更强调减少阻力矩，减少速度损失。

综上所述：跑者跑动时强调下肢三关节折叠摆动的原因：摆动腿折叠后下肢转动半径较小，减少了自身的阻力臂，使前摆动作更轻松，有助于提高跑步经济性。

(作者：沈易弘)

参考文献：

1.Mann, R. A., & Hagy, J. (1980). Biomechanics of walking, running, and sprinting. The American Journal of Sports Medicine, 8(5), 345-350

2.The ALTIS Kinogram Method. Stuart McMillan & Dan Pfaff may 2018

3.Mena, D., Mansour, J. M., & Simon, S. R. (1981). Analysis and synthesis of human swing leg motion during gait and its clinical applications. Journal of Biomechanics, 14(12), 823-832.