【知乎專欄】第022期：深蹲的槓桿力學原理

歷史上充斥著有效果但效率低下的例子。個人偏好在很大程度上反映了一種難以遏制的偏見。人們在不清楚前因後果的情況下經常能夠做好一些事情，但如果清楚原理的話他們也許能做得更好。

每個人在負載杠鈴的條件下應該怎樣完成動作；怎樣通過骨骼將肌肉的收縮力傳遞給杠鈴，從而最有效地完成動作；在每種動作模式下，伴隨著能應付的重量越來越大，身體還會發生怎樣的適應和改變——如果能精確地描述出以上這些方面，我們就能建立每種練習的模型。這種模型必須以一個身體系統中動作的支配原則為基礎。對每個模型的把握使得每個動作的表現和教學更加直接、有邏輯、易於理解。

經典力學探究了力對物體運動的影響。在杠鈴訓練方法中，對以下幾個概念的基本理解是為每項練習建立精確模型的關鍵。

1、張力、壓力和力矩的概念

賦予杠鈴重量的是重力，而重力的方向總是垂直向下的，所以對抗重力最有效的方式是給杠鈴施加一個垂直向上的力。

功=力×杠鈴移動的距離。因為重力的方向總是垂直向下的，所以克服重力所做的功只與杠鈴在豎直方向移動的距離有關，舉重者給予杠鈴的其他任何方向的運動，都不能被看作是克服重力做功，雖然這樣的運動也需要外力才能夠產生。

這意味著，最有效的杠鈴運動路徑總是一條垂直線，這不僅僅是因為兩點之間直線的距離最短，更在於任何作用在其他方向的力不能對抗重力做功。

重力以三種方式在舉重者-杠鈴系統中以基本力的形式被表達出來：張力、壓力和力矩。

張力：指的是沿一個物體傳遞的能使之拉長的力——如果這個物體可變形的話。舉個例子，當訓練者將他的身體懸掛在單杠上的時候，他的身體就會產生張力。

壓力：指的是在一個物體上傳遞的能將其變短的力——如果這個物體可變形的話。壓力與張力的方向相反。舉個例子，當訓練者背負杠鈴站立時，他身上就會產生壓力。

力矩：指的是一種傾向於讓物體圍繞著某個軸旋轉的力。比如，用扳手旋轉螺栓時沿扳手手柄傳遞的力。力矩也能被看作是「槓桿作用」或者旋轉力。力矩等於作用在槓桿上的力與力臂長度的乘積。

力臂是旋轉點與力的作用點之間的距離，我們從力的作用點出發，做一條與力的方向垂直的線段至旋轉點，然後計算這段距離。比如，當你使用扳手的時候，在旋轉點（螺栓)和造成旋轉運動的力的作用點（你的手）之間，力臂就是從旋轉點到力的作用方向所在直線的垂直距離。因此，力臂是旋轉力作用的有效距離。當作用力不變，力臂越長，力矩越大。

張力和壓力都被看作是軸向力，因為它們都以平行於重力軸線的方式被表示出來。而力矩是一種切向力，與張力和壓力所屬的軸向力不同。

當杠鈴被舉重者扛在背部，或者在推舉中處於過頂鎖定的位置時，重力的作用形式就是壓力。當杠鈴在硬拉或者翻舉中被懸掛在手臂上時，作用在手臂上的力就是張力。骨骼傳遞壓力，而結締組織和肌肉傳遞張力；結締組織和骨骼共同作用傳遞力矩（即槓桿作用）。如果杠鈴先舉過頭頂並鎖定，然後沿弧形路徑被下放到硬拉的懸掛位置，所有的三種力——頂部的壓力、手臂沿弧線運動相對身體產生的力矩和杠鈴到達並靜止在腿部時的張力——能夠順次被人體感受到。

拉動扳手最有效的角度是垂直於手柄。 這對任何一個使用過扳手的人來說都是顯而易見的。你可以輕鬆地在六角螺栓上調整扳手夾爪的位置——六角螺栓的設計就是為了方便我們轉動——無論扳手以哪種角度卡在螺栓上，你都能以一個垂直於手柄的角度來拉動扳手。

如果你用任何一種不是90°的角度來拉動扳手的話，力的一部分就會轉變成沿著扳手方向的壓力或者張力。90°是轉動螺栓最有效的角度，而對其他角度來說，只有垂直於作用力方向的那部分力臂的長度才是有效的，90°是唯一能把所有的力都用於扳動螺栓的角度。因此，就有了這樣的慣例——以90°角來計算力臂的長度。

作用在螺栓上的旋轉力的大小會隨著力臂長度（垂直於作用力方向，扳手的旋轉點與你握住扳手的位置之間的距離）和作用在扳手上力的大小（你拉動扳手的力量）的變化而變化。你可以通過兩種方式增加旋轉力的大小：更用力或者延長扳手的長度。

2、深蹲的四組力臂

現在，假設我們在進行大重量深蹲（此時忽略舉重者自身重量的影響，將舉重者-杠鈴系統的重心默認為杠鈴桿的重心），如果我們將深蹲的過程比作扳手寧螺栓的過程，那麼深蹲時我們的身體需要對抗的杠鈴的重力相當於施加在「扳手」上的作用力。當我們深蹲至底部位置時，背部、大腿和小腿之間形成角度，杠鈴相對於身體的位置與這些身體部位的端點及腳中心平衡點之間會形成四組力臂：

（1）沿背部（杠鈴桿和髖關節之間）的力臂：杠鈴桿和髖關節之間的水平距離，旋轉點是髖關節。

（2）沿大腿（髖關節和膝關節之間）的力臂：被杠鈴桿與地面的垂直線分割為兩個力臂：一個力臂等於杠鈴桿與髖關節之間的水平距離，旋轉點是髖關節；另一個力臂等於杠鈴桿與膝關節之間的水平距離，旋轉點是膝關節。

（3）沿小腿（膝關節和踝關節之間）的力臂：被杠鈴桿與地面的垂直線分割為兩個力臂：一個力臂等於杠鈴桿與膝關節之間的水平距離，旋轉點是膝關節；另一個力臂等於杠鈴桿與踝關節之間的水平距離，旋轉點是踝關節。

（4）腳中心與杠鈴杠之間的力臂：腳中心與杠鈴杠之間的水平距離，旋轉點是腳中心。在理想的深蹲動作中，這個力臂等於零。

其中，前三組力臂是深蹲動作中固有的、不可消除的，是我們們訓練對抗阻力的來源，也是我們變強壯的條件。而第四組力臂是不良力臂，有害無利，我們必須努力克服消除。

參考書籍：

《力量訓練基礎》——Mark Rippetoe