2016年12月2日 星期五

運動物理:滑雪時坡度愈陡,體重愈輕

今天在網路上聽了一堂很有趣的物理課,金.凡迪維爾教授(J. Kim Vandiver)在課堂上利用公式來解釋兩個有趣的問題。

第一個問題(第一張圖):「當坡道上的滑車滑下坡道時,滑車上的水面會朝哪一個方向傾斜?是a:保持水平?還是b:跟坡道平衡?或是c:與坡道垂直?」他先讓學生猜,再現場做實驗讓學生們看,最後用公式推導。


答案是b。凡迪維爾教授,用公式解釋是「假想力(fictitious force)」使水面向後移動。假想力事實上並不存在,它是為了方便解釋某些概念或為了方便解題時,所引進的一種概念。例如車子轉彎時車內的人會覺得好像受到一個力(離心力)把自己往外拋,這跟實驗中水面會被某股力向後拉一樣,這股力與離心力一樣都不存在,只是因為慣性所產生的現象。所以離心力、科氏力都是一種方便解釋慣性現象的假想力。

接著他提了另一個問題:「當滑雪選手在滑下角度為θ的坡道時,腳上要承受多少力量?下肢肌肉所花的力量是大於體重(mg),還是小於體重?」

滑雪選手的體重是mg,也就是身體站立在平地上雙腳所要承受的體重。當他開始滑下坡道後,身體總共受到四種方向的力(第三張圖):

一、假設此時雙腳所要承受的力道是N
二、滑下坡道的力是「mg‧sinθ」
三、下滑時所造成的假想力(fictitious force)
四、身體對地面施力為「mg‧cosθ」

在這四道力量中,
跟肌肉有關的是第一道的N,
N = mg‧cosθ = 體重×cosθ →坡度(θ)愈大,N愈小

因此,選手在下滑時,肌肉所花的力氣會小於一倍體重,而且當坡度愈陡時(θ愈大時),選手的腿部肌肉所需支撐的體重就會變得愈小。

跟速度有關的是第二道的mg‧sinθ,坡度(θ)愈大,速度愈快。也就是說,當坡度愈陡時,下滑的速度也就愈快。下滑的速度是從重力加速度(g)來的。

加速度只能從重力來,肌肉只是用來支撐體重(mg)。想要加速移動,就必須把g分配到想前進的方向,分配的比例愈多,腳上支撐的體重就愈少。當坡面變成垂直,失去了支撐,腳上就沒有體重可言了。所以唯有存在「支撐」才能創分前進的分力,這股前進的分力是從重力(g)分配過來的,不是肌肉。肌肉只是用來「支撐」體重。

有興趣的朋友可直接在YouTube上聽講這堂精彩的物理課:

2016年12月1日 星期四

分享〈分享的力量〉

為什麼要把學到的知識整理分享到網路上?這是這次山姆想請我來分享的主題。針對這個問題,四年前的理由跟最近一兩年的理由很不一樣,最近我開始認為:現代所謂的知識經濟,也就是教練和講師透過教學所販賣的物品,並不是知識本身,而是教練與講者的「熱情與時間」。我的工作在節省共同愛好者的時間,讓他們少去摸索與犯錯的時間,早一點找到正確的方向。

因為分享者在某個領域花了時間摸索過了,大家不用再花同樣的時間走同樣的路,這是教育這個行業之所以能成為維生行業的關鍵。不是像中國古代武館一樣在販賣(獨家的)知識,而是在販賣無法重來的時間(比金錢更寶貴的資產)。

因此……品牌商、學員或其他從業人員,花錢買的是「講者的時間」,他們請我來分享,進而縮短其他學員或從業人員掌握與利用這些知識的時間。在網路時代,知識本身已經接近免費的地步了。

教練這種屬於知識經濟的工作,更應該努力把自己的知識化成臉書貼文、圖片、影片或部落格……等任何其他人有興趣的形式,讓更多對運動有興趣的人能從你這個人在網路上所產出的內容獲取新知,我想這是「現代教練」最不一樣的價值,這種價值是十年前的教練做不到的事,因為十年前根本就沒有智慧型手機、沒有臉書、也沒有免費的影音平台。教練們(或所謂的運動知識經濟工作者)都應努力在網路上分享自己所學的知識,才能使整體的運動風氣與文化不斷地往前推動!

但分享前應該要讓子彈飛一會再下定論,別太急著下判斷,所以在分享時其實可以多提自己觀察的角度,讓網路上的朋友幫忙檢驗,花一點時間沉澱,不要太早下價值判斷。見解與理論要多花一些時間摸索比較不容易出錯,以致在網路上分享出一則錯誤的資訊,那對整體知識的進步反而有害無益,所以要很小心。

不要怕被別人學走。就是要被別人學走,才能再進步。愈怕東西被學走時,自己愈會趨於保守,而且你想守住的是在現代網路社會不可能守住的東西--知識。

既然守不住,就大方分享,人生有限,不斷分享新知,才能一直進步。

對這個主題有興趣的朋友,歡迎前來聽我和山姆對談,最後會留半個小時跟與會的朋友討論,也希望聽聽大家的想法和意見,希望到時會有些激烈的「火花」。

報名資訊請見:山姆伯伯官網

■   對談的大綱如下:
  • 分享之前(理由),
    • 為什麼山姆想要把講者的上課內容公開上網?這樣之後再辦同樣的課程不就很困難了嗎?
    • 為什麼國峰一開始為什麼要答應主辦單位上網分享上課影片,你的理由是?
    • 為什麼要把自己吃飯的「知識」公開上網讓別人免費取得?
  • 分享之後,
    • 自己的生存會變得愈來愈困難嗎?
    • 如何面對批評?
    • 對於經營山姆伯伯這個品牌的影響有哪些?
    • 對於國峰你的「知名度」及「身價」帶來了什麼樣的變化或說是影響呢?包括大陸的部份
  • 分享ing,
    • 如何解讀分享在現代運動產業的意義?
    • 之後想怎麼繼續自己分享知識的工作?
    • 對臉書上發表運動知識文章與影片的看法?
    • 從這幾年的分享經驗中,兩位會給於運動專業人員什麼建議呢?不要只在臉書上寫文!
■ 座談日期:2017年1月13日(五)晚七點半~九點
■ 座談講師:徐國峰&山姆伯伯
■ 講座費用:945元台幣
■ 講座人數:30位
■ 講座場地:台北市中山區新生北路三段65-3號1樓

2016年11月23日 星期三

期待訓練營的訓練模式,可以在台灣遍地開花

所謂的訓練營必須要涵蓋幾個元素:首先必須要設定明確的目標賽事,一群人共同追求這項目標,一起吃課表、一起完成它,一起互相激勵與打氣。

跑步看似是一個非常孤獨的運動,不過一個人訓練卻很難進步與突破,一定要在某一個場域內互相刺激,卻又不能產生競爭意識,而是要創造「合作意識」,互相激勵變強,Garmin Sports 這個平台群組功能與達成率的機制,正是創造跑者們合作意識最適合的系統。

要讓台灣整體的運動實力變得更強,絕對不是仰賴政府、依靠任何人,而是要靠運動員與教練「自立」。從民間的力量著手,「訓練營」與「商業模式」的建立將會是一個非常重要的關鍵。

肯亞與日本跑步實力之所以能如此強大,並非靠著天生的基因,而是靠著長期累積的長跑文化,以及完整的訓練營/俱樂部制度。試著想想看如果台灣同時有 5-10 個類似像 Garmin 這樣的專業跑步訓練營,對台灣的跑步實力將會造成什麼影響?

因此這也衍伸第二個重要的關鍵,也就是商業模式。目前台灣的訓練營都是與行銷活動結合,要連續舉辦數年、能不斷培養長跑人才,這其中有太多的未知數。所以需要人才、制度與商業模式並進。首先要有教練願意做這樣長期耕耘的事,再來要建立完整的訓練營制度,最後是跑者們也要願意為這項專業與課程付費,讓教練們有足夠的資源生存,才能使制度延續下去。

期待以「訓練營」為主的訓練模式,不只能持續下去,也能在台灣多個地點遍地開花。

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PS 謝謝運動筆記禹志的專業採訪〈Garmin 上海訓練營落幕 徐國峰分析突破 PB 關鍵〉

山姆第四次邀約:談失重與運動技術

我的講課生涯可以算是被山姆逼出來的,第一次的主題是〈運動生命、體能訓練與跑步技術〉,第二次是〈該怎麼練,才能跑好一場馬拉松〉,第三次是在分享《丹尼爾博士跑步方程式》的理論和訓練方式,這場分享也促成了我翻譯這本書,以及成為後來我規劃訓練營的模板。

現在回想起來,這三次分享對我近幾年的轉變意義重大,沒有山姆的課和他的影片,接下來的很多事情可能都不會發生,我也不會開始愛上分享的滋味……我可能現在還是只會躲在花蓮讀書寫作和翻譯。

我很敬重山姆。他非常有被討厭的勇氣,是一位勇敢、自立、不需要別人的認同而且很有原則的人。他每次向我提出的主題,都是我從沒講過的,所以都讓我很害怕,但同時也很興奮(躍躍欲試)。我也同時很好奇:你怎麼敢辦這麼生硬又冷門主題的講座。山姆的答案我現在不用問也知道,因為他感興趣、也想要聽;或是他想要分享他覺得的好東西。像他賣的各種器材也是他去市場挖出來,真心覺得很好用、有品質之後才上架來賣。所以能被他邀來講課,我備感榮幸。

「分享好知識、好東西」是他辦課程和賣產品的中心原則。這句話誰都會說,但要像山姆這樣徹底實踐自訂的原則,把「分享」奉為圭臬的人是少之又少。也因為很少,所以我對山姆特別有惺惺相惜之感。因為寫作和翻譯就是透過文字分享知識的工作。

我們這幾年來都對「分享」的價值,有了更深的體悟。連接點就是山姆把他辦的這場〈該怎麼練,才能跑好一場馬拉松〉講座紀錄影片上網分享。這個分享影響之具大,連我都覺得不可思議。有太多人跑來跟我說因為看了這個影片破了多少PB、改變了他/對跑步的認識、不再受傷了。除了台灣、還有大陸、馬來西亞、香港、新加坡的跑者都曾當面或私訊跟我說這些影片對他的影響有多大。

近年來,每次與他談話,我都會跟他分享從羅曼諾夫博士那邊學來的新知識。山姆會不斷提問,我也不斷回答。在台灣,幾乎沒有人可以跟我討論這些話題,或是說:幾乎很少人對於「運動哲學」感興趣。

是的。我把它定義為「運動哲學」。因為哲學的基礎在定義概念,以及找到概念與概念之間的(階層)關係。而我因為個性的關係,對於「概念」特別感興。以「動」(movement)這個概念來說,可以外衍成三個運動的核心問題:

什麼是「動」?→移動的定義是什麼?類別有哪些?
為何「動」?→移動的根源來自哪裡?移動的理由?
如何「動」?→移動的標準與偏差為何?

肌力、體能與技術這三個關鍵概念,分別該如何定義?又如何整合在一起?這些是我從二〇〇九年以來就開始在思考的問題。如今,這眾多「概念」開始有了脈絡……這個脈絡,全都要歸功於羅曼諾夫博士,他是一個偉大的運動科學家,但在我來看不只如此,他更是一位偉大的運動哲學家。他以科學為背景把運動的幾個關鍵概念明確的定義出來,而且邏輯化。我每次都覺得自己很慶幸能跟著他學習運動的科學與哲學。

很少人有運動圈子裡的人對「概念」有興趣,但每次都可以跟山姆很坦率地談論,他總是看起來興緻勃勃,而每次聽我談這些東西,最後都會補一句:「該幫你開課了!」這句話我不知聽到了多少次。沒想到明年真的又要開課來談這些事了,一想到就覺得害怕、同時也感到興奮……山姆總是在挑戰我的舒適圈!!我這幾年來在講台上的進步都是被他逼出來的。

這一次山姆要我講「失重」,他常聽我口沬橫飛講整個訓練理論中嚴重忽視這個概念的重要性(教科書裡完全不提)。他覺得我說的很有道理,所以應該要出來分享。

這次分享的主軸全都立基於運動生物力學之上:

「運動生物力學」的研究可以說是所有運動科學研究中起步較晚的學科。晚了運動生理學(也就是肌力與體能)百年之遙。

近代的競技運動一直朝體能與肌力訓練發展正是這個原因。每個人的體能與肌力都有其極限,不可能無止盡的成長,因此若運動員想要再提升運動表現就必須提升技術。從工程的角度來思考:這就像是在有限的資源下如何打造出一台移動最有效率的機器人一樣?每個工程師都會回答:技術。運動員的體能與肌力當然很重要,但它們是有限的資源,想要提升運動表現的關鍵在於用更有效率的技術來善用相同的生理資源。好~~那何謂更有效率的技術,這即是運動生物力學要解決的問題。

在運動生物力學的教科書裡面只談各種力的「現象」(像陸地上的磨擦力、地面反作用力、科氏力、慣性與肌肉力量;流體中的白努力定律、軸流理論等),但這些只談了運動中的現象,卻沒有談到「人是如何移動?」這個核心的問題。換個問法:「我們該如何『定義』各種移動模式?」「是否有某個最高層的邏輯可以定義人類所有運動項目的移動方式?我們假設有的話,是什麼?」

先定義出標準的技術是什麼,才能確定「如何達到標準」。這一堂課的目標是向大家分享:所有運動中都可以通用的力學階層,以及在這個階層中的三個關鍵概念:肌肉、體重與失重的意義。這三個概念是互相綁在一起的,但運動生物力學界長期以來幾乎都忽視了「失重」這個概念,相關的教科書中都沒有深入提到它的重要性。沒有失重,人無法移動,如果不懂得這個概念將無法有效提升動作的效率。本講座將特別說明這個概念,我們將從各種運動模式中去解釋,包括現場實作部分運動項目。

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對這個課程有興趣,可以參考山姆網站裡的簡章:
http://www.unclesam.cc/blog/20170218_unweight_lecture/

2016年11月22日 星期二

跑步科學的另一優秀著作:推薦教練閱讀

一年多前Jamie從美國幫我帶回"The Science of Running"這本書(圖左),我非常喜歡,裡頭的論述很札實,引用許多研究成果來說明他的論點。上個週末在台北教課的空檔,很巧地在誠品發現中文版竟然已經出版了(圖右),翻閱之下,發現翻譯得很好,用語正確、語句通順,而且也經過王順正教授的審訂。馬上就決定購買。

雖然我已經有了原文書,閱讀原文對我來說也沒有障礙,但能看到中文版的問世還是相當開心。我非常了解翻譯此書的困難,所以看到好的譯本當然要支持。


這本書偏重於訓練理論,比較適合嚴肅跑者與教練閱讀。非常推薦跑步教練一讀,會有許多啟發和收獲,也歡迎大家在這邊提出問題,一起討論書中的內容。


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剛拿到書時,首先閱讀的是我最關心的第22章〈跑步的生物力學〉,在這短短的一章中精要地點出各項跑步技術的重點,作者史蒂芬.麥格尼斯(Steve Magness)在書中完全沒有提到姿勢跑法(Pose Method of Running),但他對於跑步技術的觀點,竟幾乎與羅曼諾夫博士的觀點一致。第22章摘要如下:

→「長跑跑者與教練似乎不太喜歡談跑法,大部分認為跑者會自己找最好的步態,而一旦找到之後就不該改變。但就像投擲棒球或籃球一樣,跑步也是一種必須學習的技能。」(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁388)

→「認為跑步是天生的動作,不應加以矯正這樣的想法很容易就被推翻。」……很多跑者現在跑步動作有問題是因為後天學習來的結果,作者說:「學習一個動作時,我們常透過眼睛所見及感覺回饋去模仿。由於大多數人不會帶自己的孩子到運動會場觀看世界級跑者比賽,所以我們小時候的跑步典範常常是「慢跑」的鄰居,或跑步姿勢不怎麼樣但較有名氣的運動選手(如棒球選手)。」(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁388)

→與大部分人所想的不同,最初落地時不應以腳跟著地,即使跑得很慢也一樣。我在前面科學的部分有說過,腳跟著地產生的煞車力較大,會減少彈性能儲存,並拉長觸地時間。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁390)

→腳著地時腳踝要保持自然放鬆,小腿和阿基里斯腱才能妥善利用彈性能。……用前腳掌著地的人,腳跟必須自然下降,才能適當地讓阿基里斯腱和小腿的複合體共同承重。如果腳跟保持離地並一直讓前腳掌觸地(踮腳跑),阿基里斯腱與小腿的複合體便無法發生牽張反射。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁390)

→不同於許多人的認知,「別想」特意用前腳掌推蹬而獲得更多推進力。在跑步週期中這時候已經太慢,(推蹬)無法獲得任何向前的推進力。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁391)

→基本上(腳掌在支撐期)的複雜動作就像彈簧,因為接觸到地面可以儲存能量,離地時可釋放能量。當見的錯誤是不讓腳跟著地(踮腳跑),這會使阿基里斯腱與小腿的複合體無法完全伸張,因此會喪失反彈的彈性能。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁391)

→髖伸展(也就是「臀部向前落下」)之後,就開始進入恢復期。當髖部正確地伸展,就會發生牽張縮短機制。最好想成一個彈弓,當你把彈弓往後拉然後放開,彈子會非常快的向前射出。髖部的運作方式幾乎一樣;髖部伸展了之後,就是進入牽張的狀態。使用彈弓時,如果後拉的手不放開,而是往前移一點,貝彈弓的彈繩往前彈的速度會慢很多。同樣的道理也適用於髖部。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁392)

→另外兩個常見錯誤是在恢復階段末期嘗試抬高膝蓋,以及在恢復期特意將小腿踢向臀部:這兩種作法基本上都像在把彈弓的彈繩往前移,而不是只是放手讓彈繩彈出去。……膝蓋輪流擺動是牽張反所造成的。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁392)

→腳接觸到地面後,小腿應與地面呈90度垂直,這是理想的力量生成姿勢。若把小腿往外伸會導致步伐過大,產生煞車的效果。另一個常見的錯誤是大家會稍微把小腿往外伸然後在碰到地面前像爪子一樣往回收。這種順勢扒地(paw back)的跑法是想讓腳動得快一點,並產生負加速度;這麼做是不正確的,無法縮短觸地時間或更有效率的產生力量。扒地的動作,反而需要動用更多腿後肌和其他肌肉,因此浪費體力。其實雙腳只要自然的展開,落下至跑者身體下方就好了。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁393)

→這種扒地動作會流行,一開始是因為想產生向後加速的效果。但這個概念站不住腳,因為腳著地時產生的煞車力一樣;而且順勢扒地的動作其實是誤解了科學資料。教練發現在恢復階段騰空晚期,腿後肌很活躍,因此假設這時候腿後肌是收縮的,會將小腿往回拉。但事實上腿後肌之所以活躍,是因為肌肉-肌腱單元要為著地做準備才會變硬,且要協助小腿展開時的減速。(史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁393)

→落下前腿部肌肉剛性提升的機制出於兩個原因,首先,是為了吸收彈性能,剛硬的肌肉對彈性能的利用效率較高。其次是為了肌肉調適,這是身體準備著地的方式;基本上就像一個內健的避震系統,可降低落地時的肌肉振動。(國峰註:支撐期的腿部愈剛硬,能承擔愈多體重,向前落下的速度才能愈快,這也是跑者肌力訓練的最重要目的) (史蒂芬.麥格尼:《跑步的科學與實務》,頁394)

→擺臂是以肩膀為支點,因此肩膀不應轉動或擺動。前後擺動的動作其實就像鐘擺一樣,但肩膀不可擺動,或雙手不可超越身體中線。手臂往前擺時,角度不要太大,雙手輕鬆握拳。手臂往後擺時,大部分的跑速下,只需要往後超過髖關節即可。當跑步速度加快,手臂往後擺的角度會更大,最後就像短跑時一樣前後擺動。(史蒂芬.麥格尼斯著;田昕旻譯:《跑步的科學與實務》(The Science of Running),台中市:晨星出版,2016年11月30日出版,頁394)

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作者史蒂夫在過去是一位專業跑者,目前還是德州高中的1英里紀錄保持人(成績4分01秒02),也在越野賽項目中以個人取得NCAA全國賽資格。目前是教練,也是運動科學家。2007年從休士頓大學運動科學系畢業,2010年取得喬治梅森大學運動體適能與健康促進-運動碩士學位。

我也相當佩服這本書的譯者田昕旻先生,護理系畢業。我不認識他,也不確定他是否有在跑步,但這本書譯得非常好。感謝他的努力,造福對跑步科學化有興趣的跑者和教練們。

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