在生物力學中,足部承受的「重量」被稱為地面反作用力(Ground Reaction Force, GRF)。當你運動時,足部承受的衝擊力會隨著運動強度的增加而呈幾何倍數增長。
以下是人體在不同運動狀態下,足部所受衝擊力與體重的倍數關係:
1. 不同運動狀態下的壓力對比表
| 運動狀態 | 足部受力(體重的倍數) | 受力特徵描述 |
| 靜止站立 | 1倍 | 壓力由雙足平攤,每隻腳承受 0.5 倍體重。 |
| 平地行走 | 1.2 - 1.5倍 | 典型的「雙峰值」曲線:後跟著地瞬間和前掌蹬地瞬間。 |
| 慢跑 | 2 - 3倍 | 產生明顯的衝擊波,足弓和腳踝肌肉開始大量吸收能量。 |
| 快跑/衝刺 | 3 - 5倍 | 觸地時間極短,瞬時壓強極高,主要由前中腳掌承受。 |
| 下樓梯 | 3 - 4倍 | 由於重力加速度疊加,對單腳及膝關節的衝擊顯著高於平地行走。 |
| 跳躍著地 | 5 - 12倍 | 極端負荷,取決於著地高度及是否彎曲膝蓋緩衝。 |
2. 為什麼運動時「重量」會變大?
這可以用物理學中的衝量公式來解釋:
F *Δt = m *Δv
其中 F 是衝擊力,m 是你的體重,Δv 是速度變化。
- 速度越快: 身體停止或轉向所需的力 F 就越大。
- 觸地時間 Δt 越短: 力量會更集中地爆發,導致瞬時衝擊力猛增。
3. 體重對足部的「槓桿效應」
一個重要的生物力學觀點是:體重對腳的影響是放大的。
- 減重效應: 如果你減輕 1公斤 體重,行走時每一步能給腳踝減輕約 3公斤 的壓力,跑步時則能減輕 5公斤以上。
- 傷病風險: 當體重超過理想範圍時,足底筋膜、脂肪墊和跟腱需要承受長期的超負荷拉伸,這是導致足底筋膜炎和足弓塌陷的主因。
4. 身體的「減震系統」
為了對抗這些成倍的衝擊,身體進化出了多級緩衝:
- 足弓(Spring): 像彈簧一樣壓縮和回彈。
- 足跟脂肪墊(Hydraulic damper): 類似液壓減震器,吸收第一波觸地衝擊。
- 肌肉(Active absorption): 小腿和大腿肌肉通過離心收縮(肌肉拉長時發力)來緩衝力量。