第七章
人體內存在“彈簧”嗎
人跑步時，人體重心會上下起伏，同時因為地麵作用力與支撐腿的方向大致相同，所以人體又會時而減速時而加速：前腳落地時，支撐力通過下肢使人體減速；人體重心前移越過支撐點之後，支撐力又會使人體重新加速。由此看來，跑步時能量的使用是很不“經濟”的，好比司機在公路上行車時一會兒踩油門一會兒踩刹車一樣，結果使發動機給車輛的動能大部分變成了無用的熱量。
幸好，實際情況還不至於如此糟糕。曾經有兩位意大利科學家專門研究過這個問題，他們發現，跑步者的實際耗氧量隻有理論計算值的一半左右。科學家認為，若是把跑步者比作彈跳的皮球，也許更加符合實際情況。
皮球落地時速度逐漸下降到零，同時產生一定的變形。盡管皮球失去了所有的動能，但是變形卻使它貯存了相當的彈性勢能，此後彈性力會使皮球恢複原來的形狀並跳離地麵。隨著彈性勢能的消失，皮球又重新獲得了原先的大部分動能，隻有少許能量無可避免地變成了熱能。所以，皮球的彈跳包含了從動能到彈性勢能然後再回複為動能的兩次能量轉換過程。如果沒有摩擦力，理想的皮球無需補充能量也能永遠彈跳下去。
如果把人體比作皮球，那麼人體的“彈簧”究竟是什麼呢？科學家們認為，腿部的肌肉以及連接肌肉和骨骼的肌鍵就是一種彈簧。各部分肌肉總是和相連的肌腱承受同樣的拉力，兩者之中伸長較多者貯存的能量也較多。有兩位英國科學家經過計算得出了這樣的結論：肌纖維較長而肌腱較短時，肌肉貯存的能量要比肌腱為多；肌纖維較短而肌腱較長時，情況就剛好相反。
肌肉和肌腱具有彈簧的功能，它們在受到張力作用時伸長，張力消失時又恢複原狀。科學家們曾經對跑步者作過若幹研究。他們根據肌電流的變化確定人跨步時各部分肌肉的發力情況，又從關節的轉動角度計算出肌肉和肌腱的伸長量，最後得到結論是：位於小腿的腓腸肌和比目魚肌以及與它們相連的跟腱作用最大。這些肌肉由長度僅有20～60毫米的肌纖維組成，而跟腱全長約為370毫米，因此可以認為，人體內部最重要的“彈簧”就是跟腱。
精確的實驗表明，拉伸肌腱所耗用的能量之中，約有93％可在彈性恢複過程中重新釋放出來。這就是說，肌腱的彈性可與優質橡膠相比擬。肌腱不僅彈性優良，能量貯存密度也與優質橡膠相近。跑步過程中，支撐腿受到的作用力在人體重新開始加速的瞬間達到最大值。據測算，人體以每秒45米的中等速度奔跑時，地麵最大作用力約為人體重量的28倍。而跟腱承受的最大張力大約等於人體重量的7倍。具體地說，如果跑步者體重70千克，跟腱張力便將達到480千克！假定跟腱與已經做過試驗的其他動物肌腱性質相同，那麼它的伸長量應在5％上下，貯存的彈性勢能約為35焦耳。