垂直跳的物理學:力量與下蹲深度
跳得更高是多數人的夢想之一。但要如何才能跳得更高?
很多人都知道肌力很重要、體重輕一點也有差,但是很少人告訴你,到底它們的影響的程度有多少?究竟有多重要?
在分析前我們需要先建立幾點假設,才有辦法使用我們國高中教的基礎物理公式來證明它們之間的關係。
假設身體的重量都集中在一點,人被濃縮視為一個點(aka. 重心位置)。因此重心移動的距離就等於我們跳躍移動的距離
假設空氣為真空,不受到流體力學影響。因此能量守恆只要單純考慮位能與動能,也省略摩擦力造成的能量喪失
上圖為整個垂直跳的動作過程,我將動作從原本的蹲下轉換成往上走的那個轉折處稱為【轉換點】。
在轉換點時,是重心位置的最低點,且速度為0,一切都重新開始,因此我們可以省略「開始動作下蹲」到「蹲到轉換點」的這段過程,將動作都視為從「轉換點」開始。
接下來要幫大家複習一下基礎的物理公式
假設一個力量的產生造成加速度,則物體速度的改變與位移的改變可靠兩個公式計算
而這個加速度如何而來?
因此我們離開地球表面的瞬間,速度與位移各自為:
因為能量守恆的關係,任何時刻的總能量都相等*,所以【在地面時的動能+位能】等於【在最高點的動能+位能】。
(*不考慮流體阻力、摩擦力...等)
現在我們再回到最一開始的F=ma的公式,來計算我們離地前創造的加速度為何
接著我們將這些公式結合在一起,
所以得到我們最後的結論,
不知道大家是否跟我一樣,當我第一眼看到這個公式的時候,我馬上注意到我們的相對肌力有多重要。當我們總是談論深蹲幾倍體重時,在運動表現上原來真正的意義在這邊。
但有一點需要提醒的是,這裡的F是離地瞬間對地面施力的F,所以並不是我們的最大力量。所以再一次地,我們要強調發力速率的重要性。當你無法在觸地時間(0.2秒內)產生出更大的F,做再重的深蹲也沒有用。
從公式來看,還有另一個因素-S,一樣可以影響到我們的垂直跳高度。
按照物理的原理,蹲得越深(S越大),你能跳得越高。但不要忘記,當我們蹲得太深,我們的F可能會因此受到損失。因此,由降低重心(增加S)所得到的優勢,可能被較弱的加速力量所抵銷。
不過,這條式子已經很明確地告訴我們,原來蹲深一點真的有可能跳更高,而且是可以透過科學來證明這件事的。
當你了解這些公式,再搭配一塊測力板看IMTP、CMJ的時候,所有數據又變得更好玩了。