抗阻训练生物力学基础
生物力学的基本概念
基础公式
- 力量（N）= 质量（kg）* 加速度（m/s^2）
- 功（J）= 力（N）* 位移（m）
- 功率（w）= 功（J）/ 时间（s）
力量（strength）
在任何特定速度下使用力量的能力
最大力量往往和低速运动有关，需要时间才能产生（肌肉募集时间）
功率（power）
力量与速度的乘积，往往和高速动作有关，在体能训练中常与爆发力联系在一起
角位移
物体的旋转角度
角速度
物体旋转的速度，以每秒弧度来表示（rad/s）
旋转功
旋转功 = 力矩 * 角位移
杠杆
一个刚性或半刚性的物体，当受到的力的作用线没有通过支点的时候，对任何能够阻止它旋转的物体施加力
支点
杠杆的中心
力臂（杠杆臂）
力的作用线与支点的垂直距离，力的作用线无限长，与力的方向一致
力矩
即力使物体旋转的程度，力与力臂的乘积
肌力
生化活动产生的力，或者拉伸没有收缩性的组织，将肌肉的两端拉向彼此
阻力
外界物体产生的力（如重力、惯性和摩擦力），作用与肌力相反
机械效率
动力臂和阻力臂的比，因为动力臂*动力=阻力臂*阻力，所以当机械效率大于 1 的时候，动力小于阻力；当机械效率小于 1 的时候，动力大于阻力
骨骼肌系统的三类杠杆
第一类杠杆
肌力和阻力位于支点的两侧（平衡）
第二类杠杆
肌力和阻力位于支点的同侧，肌力力臂比阻力臂长 （省力）
第三类杠杆
肌力和阻力位于支点同侧，肌力力臂比阻力臂短 （费力）
肌力的生物力学因素
神经控制
神经控制影响肌肉最大力量的输出
- 肌肉一次收缩所募集的运动单位数量多少
- 激活运动单位的大小（较大的）
- 运动单位激活的速率（激活频率）
肌肉横截面积
- 横截面积越大，肌肉力量越大（不是肌肉量）
- 同样纬度，身高不同的运动员，肌力相同但身体质量不同，所以身高高的运动员体重更大相对力量更弱，无法更好的对抗自身体重产生加速度
肌纤维的排列
放射状、长型、纺锤形、多羽状肌、双羽状肌、单羽状肌
肌肉的纤维的排列与拉力线之间形成了角度（通常小于30°，少数超过15°），该角度称为羽状角，肌肉缩短时羽状角增加，羽状角越大肌力越大，羽状角度可以通过训练改善
羽状肌是指肌纤维成羽毛状排列，人体有大量羽状肌，但少数角度超过 15°，羽状肌的角度会随着肌肉收缩而增加，羽状肌能比非羽状肌有更大的功率输出（较低的最大收缩速度能够产生力量，可以容纳更多的肌纤维），羽状肌等长、离心和低速向心能力较低
股四头肌群适合产生力量，腘绳肌群更适合快速缩短。这些差异导致在爆发性运动中，双关节的腘绳肌群比单关节的股四头肌群更容易受伤，如冲刺和跳跃
肌肉长度
三种状态：放松、收缩、伸展
肌肉处于放松状态下可以产生最大力量，因为肌肉处于休息时，肌动蛋白和肌球蛋白有最大的横桥连接空间，缩短或拉长时，横桥潜在空间减少，力量减少。所以肌肉被拉得过长或收缩得过于紧张都无法发挥出肌肉的最大力量
关节角度
所有的动作都是身体关节旋转产生的，但运动到不同的角度时力矩改变会使得重量和肌肉收缩力发生变化
肌肉收缩速度
- 向心肌肉收缩中，较高的肌肉速度与较低的力量产生有关
- 等长肌肉收缩中，能产生比所有向心收缩的速度下更大的力量
- 肌肉离心收缩中，可以产生比上述两种收缩都大的力量
肌肉收缩速度的增加会降低肌肉的力量，关系非线性，在某速度范围内，力量下降速度最快
关节角速度
- 向心：收缩力 > 阻力（肌肉缩短）
- 离心：收缩力 < 阻力（过程缓慢且稳定，肌肉拉长）
- 等长：收缩力 = 阻力（肌肉长度不变）
离心动作可产生更大的力量
肌肉与体重之比/肌力质量比（相对力量）
肌力 / 质量，反应运动员身体加速的能力
体重越重，绝对力量越大，力量能力越好。体重越轻，加速能力越好
身体的体积
肌肉的最大力量与肌肉的横截面积，体型小的运动员比体型大的运动员具有更高的肌力和质量比。经典公式是举起的负荷/体重的三分之二次方
生物力学在阻力训练的应用
水平距离
在运动中负荷重量是不变的，但是负荷与关节之间的水平距离在不断发生变化
- 负荷越接近关节水平时，负荷对肌肉施加的力就越小（力矩越小）
- 负荷越远离关节水平时，负荷对肌肉施加的力越大（力矩越大）
运动技术
直接影响训练中不同肌群的发力比例
- 高杠深蹲（离膝更远，屈膝更多膝关节力矩更大，伸膝肌群发力更多）
- 低杠深蹲（离髋更远，屈髋更多，髋部力矩更大，伸髋肌群发力更多）
器械训练对比自由重量训练
器械训练偏向于孤立和单一的肌群，自由重量偏向于自身控制和协调
- 器械训练：安全、易控制，操作简单，不需要自身提供稳定
- 自由重量：可使用到更多肌群参与，提升全身的协同运动能力，需要自身提供稳定，有助于预防晚年骨质疏松
力学相关名词
惯性
重力只能向下，但是惯性的力量可以作用于任何方向，惯性=质量*加速度。在大部分运动中都涉及到加速的发力，而控制惯性是爆发力训练中必须掌握的部分（如抓举、挺举）
摩擦力
摩擦力是尝试移动两个接触的物体所承受的阻力。摩擦力为主的训练在动作开始阶段需要相对高的力量进行启动。训练强度根据物体重量和场地表面摩擦力而定（如负重雪橇车，拉重物）
摩擦阻力的运动在启动阶段需要的力量大于维持动作阶段（静摩擦系数大于滑动摩擦系数），启动后，滑动摩擦系数维持固定，摩擦阻力不会因为速度而改变
流动阻力（水、空气）
定义：在以水或大气为阻力的情况下进行移动物体或自身（如短跑冲刺，游泳，划船，高尔夫，棒球，投掷类）
通常没有提供离心运动阶段，依靠主动肌与拮抗肌交替向心收缩来完成
来源
- 表面阻力：流动阻力接触到物体表面时的摩擦力
- 形状阻力：流动阻力在接触物体最前端
- 训练缺陷：缺乏离心肌肉动作，对于需要离心收缩的运动无法提供最佳的训练效果
弹性
- 阻力来源：弹力带，弹簧等
- 特性：物体被拉的越长阻力越大（与人体的肌力使用模式相反），所以强度可调控
- 弹力带可以提供垂直跳的阻力，作为发展爆发力的方法，但会增加落地冲击地面的速度，可能增加受伤风险
局限性
- 每次以低张力开始，以高张力结束，这和人体肌群发力模式相反，人体在动作结束时肌肉力量会明显下降
- 弹性阻力的调整受弹性物体数量的限制
关节生物力学
阻力训练
- 团队运动为高风险
- 跑步有氧类运动为中度风险
- 自行车和走路、阻力训练为低风险
- 阻力训练伤害风险重要来源：背肩膝
背部
- 站、坐、走等活动时，椎间盘承受着不同程度的压力，负重时压力更大
- 背部肌群作为力学劣势（费力杠杆），举重时必须产生大于负荷的力量才能保证稳定脊柱，因此 背部容易受伤，脊柱的压力会根据训练姿势的不同而发生改变
- 最容易受伤的是下背部，有 85%~90%的椎间盘突出发生在最后两节（L4-L5）或最后一节腰椎和骶椎（L5~S1）之间
- 腰椎反弓的举重姿势优于弓背姿势，这样能最小化背部压力，而且这样下背部肌群可以产生更大的力量，当下背部出现弯腰时，椎体边缘会挤压椎间盘前部，增加椎间盘破裂风险
腹内压
当膈肌与躯干深层稳定肌群收缩时，腹腔内产生压力，通过收紧膈肌与躯干深层稳定肌群使得腹部流体与组织维持在压力下，称为流体球-腹内压，有助于维持脊柱稳定，减少竖脊肌与椎间盘压力
- 努责现象：大重量深蹲完后狂吐，硬拉后晕倒主要因为采用瓦式呼吸法发力
- 优点：提高躯干整体刚性，提高训练的重量
- 缺点：胸内压升高，血压突然上升，静脉回流减少，心脏输出不足，导致大脑、胃部等重要器官因为缺血引发的眩晕，休克，呕吐等循环不适的症状
- 膈肌和腹肌：可以在不闭气的情况下收紧膈肌与躯干深层稳定肌群，产生流体球，这样不会对胸腔产生压力，同事也能保证脊柱稳定，更适合大众人群
举重腰带
- 优点：正确的使用可以有效增加腹内压，提高躯干稳定和整体的安全性
- 缺点：过于依赖腰带可能会使得自身稳定肌群无法得到充分锻炼，在不佩戴的情况下会出现明显的不适应情况，导致增加训练受伤风险
- 对于下背部压力不大的训练可以不佩戴腰带
- 在次最大重量或最大负荷训练时使用，平时尽量让躯干深层稳定肌群得到训练
- 以渐进式的训练方式逐渐让躯干深层稳定肌群（背部、腹内压肌群）得到训练，可以不佩戴腰带
肩部
肩关节具有较大的活动度，但是不同于髋关节有着更深的关节窝和韧带稳定，肩关节只是由关节盂、滑液囊、关节囊、韧带、肌肉和肌腱包裹和保护，极不稳定，由于活动度较大，容易导致相近的组织相互摩擦，引发组织炎症及退化情况
训练旋转肌群（冈上肌、冈下肌、肩胛下肌和小圆肌）和胸肌有助于稳定肩关节
训练前轻重量热身，以平衡的方式对肩部进行活动热身
膝部
膝盖结构最为复杂，最容易受伤，基本只在矢状面做屈伸运动，通过韧带，软骨稳定
不合适的负荷、训练量或恢复、反复高阻力训练可能导致肌腱炎，主要是不适当的安排训练量与强度导致的
髌腱炎是不适当的训练动作和训练量、强度造成的
髌骨在做伸膝运动时让股四头肌远离轴点，从而主要可以加长股四头肌发力时的力臂
护膝可以增加膝关节稳定，最大化保护膝关节，预防损伤，副作用有皮肤损伤和髌骨软化症，厚重的护膝可以增加 25 磅左右的深蹲重量，举重选手应该减少使用，除非重量很大
肘部和手腕
- 过肩类负荷容易造成肘部和手腕受伤如举重过肩、投掷类、网球发球、
- 肘关节脱臼损伤：体操
- 过渡使用：游泳、潜水、摔跤、曲棍球等
举重和力量举运动员肘部和手腕受伤风险相对较低