Hardcore Running Diary: Physical Collision Dynamics

二つの物体が衝突すると、その結果は純粋に物理的なものとなります。これは、高速道路を猛スピードで走る自動車であれ、フェルトテーブルの上を転がるビリヤードのボールであれ、毎分180歩の速さで走るランナーが地面に激突する時であれ、同じです。

地面とランナーの足との接触の特定の特性によってランナーの走行速度が決まりますが、ほとんどのランナーは「衝突ダイナミクス」の研究に時間を費やすことはほとんどありません。ランナーは、毎週の走行キロメートル数、長距離走の距離、走行速度、心拍数、インターバルトレーニングの構造などに注意を払いますが、ランニング能力はランナーと地面との相互作用の質に依存し、すべての接触の結果は物体が接触する角度に依存するという事実を見落としがちです。ビリヤードをするときはこの原則を理解していますが、ランニングでは見落としがちです。通常、脚と足が地面に接触する角度にはまったく注意を払っていませんが、一部の角度は推進力を最大化し、怪我のリスクを最小化することに大きく関係していますが、他の角度は追加の制動力を生み出し、怪我の可能性を高めます。

人々は自然な歩き方で走り、これが最良のランニングモードであると固く信じています。ほとんどのランナーは、地面との接触時に力を加えるポイント（かかとで地面に触れるか、足の裏全体で地面に触れるか、前足で地面に触れるか）を重視していません。ブレーキ力と怪我のリスクを高める間違った接触ポイントを選択した場合でも、脚を通じてより大きな力を生み出します。硬さは衝撃力のパターンに重要な影響を与えるにもかかわらず、接地時に脚の硬さを考慮するランナーはほとんどいません。たとえば、地面の硬さが大きければ大きいほど、衝撃を受けた後にランナーの脚に伝達される力は大きくなります。脚の硬さが大きければ大きいほど、地面に押し付けられたときに生成される前力は大きくなります。

脚と足の接地角度、接地点、脚の硬さといった要素に注意を払うことで、ランナーと地面の接触状況を予測し、再現することが可能になります。さらに、ウサイン・ボルトでさえ光速で動くことはできないため、ニュートンの運動法則は、ランナーのトレーニング量、心拍数、有酸素能力に関わらず、接地の結果に当てはまります。

衝撃力と走行速度の観点から、ニュートンの第三法則は特に重要です。それは、ランナーの脚が地面に接地した際に比較的まっすぐで、足が体より前に出ている場合、この足は前方下向きに地面に接地し、地面はランナーの脚と体を上方後方に押し上げることを示しています。

ニュートンが言ったように、「すべての力には大きさが等しいが、向きが逆の反作用力がある」のです。この場合、反作用力の方向はランナーが期待する動きの方向と正反対です。つまり、ランナーは前進しようとしているのですが、地面との接触後に生じる力によって、ランナーは上方かつ後方に押し上げられてしまうのです（下の図を参照）。

ランナーがかかとで地面に着地し、足が体の前に出ている場合、最初の衝撃力（および結果として生じる推進力）の方向は上向きと後ろ向きになり、ランナーの予想される移動方向とは大きく異なります。

ニュートンの法則によれば、ランナーが間違った脚の角度で地面に着地すると、発生する力が最適でなくなり、ランナーは最速のランニング速度に達することができません。そのため、ランナーは正しい接地角度を習得する必要があり、これは正しいランニングパターンの基本要素です。

地面との接触における重要な角度は「脛骨角度」と呼ばれ、足が最初に地面に接地したときに脛骨と地面の間に形成される角度によって決定されます。脛骨角度を測定する正確な瞬間は、足が最初に地面に接触したときです。脛骨の角度を決定するには、膝関節の中心から地面まで脛骨に平行な直線を引きます。別の線は、脛骨に平行な線と地面の接触点から始まり、地面に沿ってまっすぐ前方に引きます。次に、この角度から 90 度を引くと実際の脛骨角度が得られ、これは接触点における脛骨と地面に垂直な直線との間に形成される角度です。

例えば、足が最初に地面に着いたときの地面と脛骨の間の角度が100度（下図参照）の場合、実際の脛骨の角度は10度（100度から90度を引いた値）です。脛骨角度とは、実際には接地点における地面に垂直な直線と脛骨の間の角度のことであることを覚えておいてください。