杠杆作用和力矩

如果你将要学习的杠铃训练体系不只是关于这个主题的意见的汇集，那它就必须不仅仅是这项活动的历史、作者的个人偏好和那些从高水平运动员身上观察到的习惯。历史中充斥着有效果但效率低下的例子。个人偏好在很大程度上反映出了一种难以遏制的偏见。人们在不清楚前因后果的情况下经常能够做好一些事情，但如果清楚原理的话他们也许能做得更好。如果杠铃训练与工程学而不是占星术有更多共同点，如果杠铃训练更像是物理课而不是生日派对，如果杠铃训练是基于力学而不是民俗学发展起来的——那么，杠铃的训练和教学也许能进行得更有效率。

为了对杠铃训练中的动作做出精确地分析，理解那些会影响举重者和杠铃的因素是非常必要的。深蹲、卧推、硬拉、推举和力量翻是潜在的多关节复合训练项目，它们构成了杠铃训练的基本动作。因为这些动作都是人体在做负重运动时身体做出的非常自然的行为——当身体和环境相互作用时，骨骼系统怎样把肌肉收缩产生的力传递到运动中去——因此它们并没有那么复杂。但是，如果想要把这些天然的动作作为训练项目，并将其有效且高效地加以运用的话，必须对其进行专门地提炼，以保证它们能够调动最大量的肌肉并在最大动作幅度中被使用，这样我们才能够举起最大的重量，从而产生最有效的力量发展。

每个人在负载杠铃的条件下应该怎样完成动作；怎样通过骨骼将肌肉的收缩力传递给杠铃，从而最有效地完成动作；在每种动作模式下，伴随着能应付的重量越来越大，身体还会发生怎样的适应和改变——如果能精确地描述出以上这些方面，我们就能建立每种练习的模型。

这种模型必须以一个身体系统中动作的支配原则为基础。对每个模型的把握使得每个动作的表现和教学更加直接、有逻辑、易于理解。 经典力学 探究了力对物体运动的影响。对这项科学的深入探究显然不在我们的讨论范围之内，但在这里的杠铃训练方法中，对几个概念的基本理解是为每项练习建立精确模型的关键。理解这些概念是很重要的，因为你用来举起杠铃的杠杆系统——你的肌肉使你的骨骼移动，而骨骼是在一个重力框架中承重——遵循力学法则，在你能够分析举重并优化动作方式之前，你必须了解它们。

因此，我们就从最基本的概念开始讨论并建立模型。就像前面提到过的，是 重力 使杠铃产生了重量。重力由我们生活的这个星球所产生，为了方便我们讨论，我们将其看作是一个规则的球体。每一个未受阻的物体都会以垂直于球体表面的方向下落。“水平”这个术语被用来描述一个平行于星球表面的平面，所以一个物体下落时总会垂直于“水平面”，而我们把这个轨迹描述为 垂直 。因此，作用在一个杠铃上的重力也总是垂直向下的，而唯一能够对抗自由下落的杠铃的重力的方式就是提供一个垂直向上的力。水平方向的力也许会在杠铃运动的过程中作用在它上面，但没有任何一种水平作用力会影响杠铃在垂直方向上的运动。所以，对深蹲、硬拉或者推举一根杠铃的动作来说，是垂直方向的分力在发挥作用——对抗重力做功。这意味着在重力框架中，最有效的杠铃运动路径总是一条垂直线，这不仅仅是因为两点之间直线的距离最短，更在于任何作用在其他方向的力不能对抗重力做功（参考图2-3）。

重力以三种方式在举重者-杠铃系统中以基本力的形式被表达出来：张力、压力和力矩（图2-25）。

张力 指的是沿一个物体传递的能使之拉长的力——如果这个物体可变形的话（在正常训练情况下，不是每一样物体都是可变形的）。举个例子，当训练者将他的身体悬挂在单杠上的时候，他的身体就会产生张力。

压力 指的是在一个物体上传递的能将其变短的力——如果这个物体可变形的话。压力与张力的方向相反。举个例子，当训练者背负杠铃站立时，他身上就会产生压力。

张力和压力都被看作是 轴向 力，因为它们都以平行于重力轴线的方式被表示出来。

力矩 是指在力的作用下使物体围绕某个轴旋转的趋势。就是用扳手旋转螺栓时沿扳手手柄传递的力的作用方式。力矩也能被看作是“杠杆作用”或者“旋转力”。

当杠铃被举重者扛在背部，或者在推举中处于过顶锁定的位置时，重力的作用形式就是压力。当杠铃在硬拉或者翻举中被悬挂在手臂上时，作用在手臂上的力就是张力。骨骼传递压力，而结缔组织和肌肉传递张力；结缔组织和骨骼共同作用传递力矩（杠杆作用）。如果杠铃被举过头顶并锁定，然后沿弧形路径被下放到硬拉的悬挂位置（图2-26），所有的三种力——顶部的压力、手臂沿弧线运动相对身体产生的力矩和杠铃到达并静止在腿部时的张力——能够顺次被人体感受到。

力臂 是旋转点与力的作用点之间的距离，我们从力的作用点出发，做一条与力的方向垂直的线段至旋转点，然后计算这段距离。比如，当你使用扳手的时候，在旋转点（螺栓）和造成旋转运动的力的作用点（你的手）之间，力臂就是从旋转点到力的作用方向所在直线的 垂直距离 。力矩是一种沿刚性杠杆传递的、作用在一个枢轴或者支点上的力。力臂（与“杠杆力臂”同义）是计算杠杆所产生的力矩的必要条件： 力矩等于作用在杠杆上的力与力臂长度的乘积。 在整个运动系统的一边，力作用在杠杆上。而在系统的另一边，被旋转的物体对抗着旋转力。所以沿着刚性的杠杆，力作用在两个方向上。（因此，力矩是一种切向力，与张力和压力所属的轴向力不同。）“力臂”是旋转力作用的有效距离。力臂越长，实际作用在杠杆上的力所产生的旋转力就越大。

拉动扳手最有效的角度是垂直于手柄。这对任何一个使用过扳手的人来说都是显而易见的。你可以轻松地在六角螺栓上调整扳手夹爪的位置——六角螺栓的设计就是为了方便我们转动——无论扳手以哪种角度卡在螺栓上，你都能以一个垂直于手柄的角度来拉动扳手。 如果你用任何一种不是90°的角度来拉动扳手的话，力的一部分就会转变成沿着扳手方向的压力或者张力 ——90°是唯一能把所有的力都用于扳动螺栓的角度。因为90°是转动螺栓最有效的角度，而对其他角度来说，只有垂直于作用力方向的那部分力臂的长度才是有效的。因此，就有了这样的惯例——以90°角来计算力臂的长度（参考图2-27）。

作用在螺栓上的旋转力的大小会随着力臂长度（垂直于作用力方向，扳手的旋转点与你握住扳手的位置之间的距离）和作用在扳手上力的大小（你拉动扳手的力量）的变化而变化。你可以通过两种方式增加旋转力的大小——更用力或者延长扳手的长度——使用一个更长的扳手或者借助“延长套管”来增加扳手的长度。

在杠铃训练中，旋转力是重力作用于杠铃而产生的，而力臂则是杠铃与力沿着相应的身体部位所作用到的关节之间的水平距离。当膝关节和髋关节没有锁定，深蹲时背部、大腿和小腿之间形成角度的时候，杠铃相对于身体的位置与这些身体部位的端点及脚中心平衡点之间就会形成力臂。重力总是竖直向下的——转动这根特殊“扳手”的那只“手”其实就是重力，它总是把杠铃竖直地向下拉。所以，我们需要在一条与杠铃运动路径垂直的线段上计算力臂。

这意味着深蹲中沿背部的力臂长度始终等于杠铃杆和髋关节之间的水平距离（图2-28）。对我们的大腿来说，力臂会是杠铃杆与髋关节之间，以及杠铃杆与膝关节之间的水平距离。因为股骨被重力矢量分成了两部分，所以我们需要分别考虑髋关节和膝关节上的力臂。髋部伸肌能“看见”处于髋关节和杠铃杆之间的股骨力矩，而膝关节伸肌能“看见”膝关节与杠铃杆之间的股骨力矩。（实际上，髋关节与杠铃杆之间的水平距离对背部和大腿来说都是一样的，因此作用在这两部分的力矩是一样的。）同样，沿膝盖与脚踝之间的小腿上的力矩可以分别看作是杠铃杆与踝关节之间的力矩和杠铃杆与膝关节之间的力矩。

杠铃和髋关节之间的力臂，会随着杠铃杆在背部的位置和背部倾斜角度的不同而变化（图2-29）。如果杠铃杆处于我们建议的较低的位置，那与杠铃处于较高位置的情况相比，髋关节和杠铃之间的距离会更短。但因为杠铃杆必须始终处于脚中心平衡点的正上方，所以杠铃位置越低，要求举重者采用的背角就越接近水平。同样的，如果杠铃杆的位置比较高的话，杠铃杆和髋关节之间的距离就比较长，这就要通过更加接近垂直的背角加以补偿。如果膝关节保持在同一位置的话，髋关节与杠铃之间的水平距离——力臂，在这两个姿势中 也许是相同的 。我们并不是因为低杠位姿势能够减少背部的力矩而采用低杠位姿势； 我们采用低杠位姿势是因为更加接近水平的背角、封闭的髋角和打开的膝角能使髋关节位于距离脚中心平衡点更靠后的位置，从而创造出一个更长的力臂来调动更多的肌肉参与其中，并举起更大的重量。 运用这种身体结构增加了参与移动负重的肌肉的量，也就使举重者能够进行更大重量的训练。

我们可以通过另一种方式来考虑作用在举重者-杠铃系统上的力矩。在每一种情况中，力臂都牵涉到作用在一端的力、另一端的旋转点和在两者之间传递力的距离。我们要考虑一下肩部的杠铃杆对脚中心平衡点可能造成的影响：如果杠铃杆的位置向前或者向后偏离了位于脚中心平衡点正上方的理想位置——比如，对杠铃施加任意方向的水平力。我们可以把脚中心的平衡点看作是旋转点，然后在杠铃和脚中心点之间就会产生一个作用于整个系统的旋转力。这个水平力在脚中心和杠铃之间形成了一个力臂，它沿着身体竖直地表达出来。

现在你要知道这样一个事实——脚底是一个平面（你的鞋底），它与另一个平面相接触（地面），并且距离地面最近的旋转点是我们的踝关节。但在踝关节被小腿肌肉稳定的情况下，当你的身体或杠铃杆向前或者向后移动时，负重就会相对于脚中心点移动。而举重者-杠铃系统就会出现以脚中心平衡点为旋转点的一个力臂，重量越大、距离越长，这个力臂的效果就越明显。当杠铃杆相对于平衡点向前移动时，这个系统就需要举重者付出更多的力量来对抗杠铃的重量。

因为人体结构的一些特点——脚踝位于脚中心点之后、膝关节是向前的、眼睛是向前看的，所以当我们的身体失衡时，我们往往会向前倾倒。大多数人在训练了几个星期之后，就不会肩膀上扛着杠铃、使自己处于一个向后移动的别扭姿势中了。另一方面，当身体处于深蹲或者硬拉的底部时，训练者通常做出的是一种不对称的姿势——更多的身体部位处于杠铃杆的后方。所以我们很容易总结出：杠铃相对脚中心点向前和向后的移动，对这个动作系统的影响是对称的、程度相同的。比如，杠铃向后偏移3英寸（7.6厘米），与杠铃向前移动3英寸相比，你需要使出的力是大小相同的（但是方向相反）。

在这种情况下，“失衡”这个术语意味着杠铃和脚中心点之间存在一个力矩（旋转力），举重者必须发出一定大小的力来抵消其产生的效果，以控制它（图2-30）。如果杠铃处于平衡状态，这种对抗失衡力矩的力量就能更高效地被用于举起更大的重量。所以，控制杠铃杆和脚中心点之间力矩的能力——保持杠铃杆位于脚中心点正上方的能力——就是你在举重过程中运用良好技术的能力（图2-31）。想着这一点并重读2　深蹲的内容。

当我们深蹲时，我们必须考虑两个杠杆系统的作用。沿身体部位水平作用的力矩是由作用在杠铃上的重力所产生的。在你背负沉重的杠铃时，无论蹲下还是站起的过程，它们都是固有的存在，并构成了我们练强壮所需要对抗的阻力。不过，在杠铃杆和脚中心平衡点之间，垂直方向上作用的力矩必须保持为 零 ，以避免浪费能被用于举起更大重量的力量。在分析这个系统的生物力学时，你必须考虑这两种力矩（图2-32）。