（三）载荷对肌肉收缩力学特性的影响
在肌肉收缩时总会遇到一定的阻力，如肢体的惯性阻力，或者是肢体与加上外界载荷的阻力。
威尔基的实验说明当载荷增大时肌肉收缩力学特性的变化如下：
1.动作潜伏期延长
肌肉激活后收缩元的张力首先使串联弹性元形变张力发生变化，因此，肌肉张力的发展需要一个过程，只有当肌肉张力发展到大于其起止点的阻力时，肌肉才开始进行向心收缩，产生动作使载荷产生位移。所以上述肌肉张力的发展过程的长短与载荷大小有关。载荷增大时张力发展所经历的时间长，肌肉收缩产生动作的潜伏期随着载荷的增大 而延长。
依据肌肉这一特性，在完成需要快速反应和位移动作时，如100米的起跑，在“预备”时使伸下肢的各肌群产生“预张力”，这样可以提高速度和起跑能力。其原因实际上是在起跑前使肌肉处于活化状态，预先提高了串联弹性元及肌肉的张力，因而当运动员听到“跑”的信号时，收缩元的主动张力“不再”被缓冲，而直接用于克服外界阻力了。因此，提高肌肉的预张力可以缩短动作潜伏期。
2.收缩幅度减小
举起轻载荷时比较容易，动作幅度也大。当载荷增加时幅度减小，直至增加到一定分量时，动作不能完成，肌肉不能缩短。
3.收缩速度下降
由实验得出，在零载荷时收缩速度最大，随着载荷的增加，收缩速度跟着下降，加至肌肉恰好不能举起的重量时，收缩速度为零。希尔方程可定量地说明这一关系。
(四）肌肉收缩功和功率
肌肉可以把化学能转化为机械能。人体肌肉收缩是把化学能转变为热和机械能的过程。在能量转变过程中肌肉克服了阻力，使物体位移，因此肌肉做了功。肌肉在做等长收缩的过程中，物体不产生位移，没有做功。但消耗了能量，做了工作，因此说肌肉做了“生理功”。
1.肌肉做功
通常讲肌肉做功，是指肌肉做的机械功。肌肉做功与载荷及速度大小有关，载荷大时做功大，载荷小时做功小。希尔方程说明，肌力与速度以及人体活动时，关节活动幅度及肌肉收缩幅度有一定的关系。
2.肌肉功率
人体活动能力的大小、体育成绩的高低及动作技术质量的优劣，往往取决于完成动作过程中肌肉功率的大小，也就是说取决于肌肉的化学能转化为机械能的速度。由功率的定义P = :=F・V可知，肌肉功率等于力与速度的乘积。所以功率大小可依据“力与速度”关系曲线计算。假定肌肉收缩时力和速度同时达到最大值，那么，这时功率应是最大。但这是不可能的。依据希尔方程可知，实际上功率最大值大约只有这种假想值的十分之一，即肌肉最大等长收缩力的三分之一与最大收缩速度三分之一的乘积。
当载荷为零时，肌肉表现出最大收缩速度，此时功率很小。随着载荷的增加，肌肉收缩速度随之减小，当处于三分之一最大收缩力与速度位置时，功率值最大。然而随着力与速度的进一步变化，功率开始减小。当阻力增大到肌肉不能缩短时，速度为零。不做功，所以功率为零。如果载荷继续增加，那么，肌肉由等长性收缩变为退让性收缩。 此时肌肉做负功。但肌肉的负功率随着退让性收缩速度的增加而加大。这是由于退让收缩时肌力与速度的变化趋势是一致的。
3.肌肉功率的性别、项目差异
男女在形态及机能方面存在着差异，如形态方面女子比男子低3%〜10%,机能方面低20%〜50%,因此，在肌肉功率方面亦存在性别差异（表2-1-2）。另外，由于从事不同专项的运动员，因其先天因素的不同，以及不同项目运动训练的适应性结果，在肌肉功率方面也表现出专项特点。下面引用金子（日）的实验结果加以具体说明。
表2-1-2男、女最大功率、最大肌力和肌肉最大收缩速度上的差异
肌 肉 目

别 最大功率 最大肌力 最大速度
平均值 （瓦） 差异
女
“ X100
男 平均值 （牛） 差异
女
x X100
男 平均值
（米/秒） 差异
女
“ X100
男
肘屈肌 男子 16.3 42.9% 29.41 55.1% 4.7 74.5%
女子 7.0 16.2 3.5
膝伸肌 男子 41.7 51.2% 67.8 62.5% 4.8 98.2%
女子 22.6 42.4 4.2
（依金子材料）

（1）性别差异：在最大瞬时功率方面，男子约大于女子50%。产生差别的原因，一方面是女子产生肌力比男子低40%〜50%,另一方面是肌肉收缩速度女子也比男子低。在阻抗载荷大时，这种差别愈显著。相反，阻抗载荷越轻时，其差异也越明显缩小。
（2）专项差异：不同距离赛跑运动员的测试材料说明，短跑选手的伸膝功率最优。若以短跑选手的最大功率为100,则中距离跑的选手为80,而长距离跑的选手为70。
由力——速度曲线看出，曲线由高到低的排列顺序是短距离跑、中距离跑及长距离跑。它们的最大肌力比为100 ： 80 ： 70,最大速度比为100 ： 75 ： 70。
短距离跑与跳高选手的实验材料说明，两组受试者的最大功率接近，但其最大瞬时肌力和速度则有差异。短跑组的特点以发挥速度占优势，而跳高组则以发挥力量占优势。
以上功率指标的专项性差异进一步说明，运动员进行专项运动素质练习（用于提高运动技术和基本动作的运动素质的练习叫专项运动素质练习）时，如果这一类练习的生物力学特征同比赛动作相接近，就能较好地起到它们的作用。从运动生物力学观点来看，这些练习必须遵循所谓动态适应性原则（据维尔霍山斯基），在以下方面都必须与比赛动作相适应。
①动作的幅度与方向；
②运动的有效幅度及重点区；
③作用力（或肌力）的大小；
④最大作用力的发挥速率（或叫力的梯度）;
⑤肌肉工作形式。
例如，在田径运动训练中，假如采用站立姿势用抬腿举杠铃片发展屈大腿肌力，那么，在这种练习中无论动作幅度，还是动作重点区，都不符合跑、跳项目的技术要求。实际上跑、跳当中大腿屈肌的工作重点区在大腿前摆的开始阶段，此时的髓关节角度为 210。。但在站姿做抬杠铃片练习时屈髓重点区在100。左右。因此，采用仰卧抬腿练习， 更加适应上述要求。
（五）肌肉的生物力学性能对运动的影响
完成体育动作时的力、速度和动作的经济性，因运动员成功地运用自身运动器官的生物力学性能而得以改善。动作的力和速度因利用肌肉弹力而得以提高，而动作的经济性则依靠机械能的再利用和减少耗散性损失来达到。
在肌肉中，可以储存足够多的形变势能。但在做动作之前，必须给予“预张力”，这样就使肌肉中的弹性势能达到足够大的值。因为给予肌肉一个最佳拉伸力和拉伸速度，后继动作才能达到理想结果。现以从不同高度跳下后做立即向上跳起（跳深练习）所测得的高度作例子来加以说明：从不同作者的实验结果来看，在60厘米左右的高度跳下的跳深练习可达到最好的结果。可见在这种情况下，建立了储存形变势能及再利用的最佳条件。此外，形变势能的再利用程度，除取决于肌肉拉伸力和速度外，运动员力量素质的发展水平也是一个重要因素。如果力量速度素质好，利用的程度就会高。跳下的高度可以增高，使跳下后获得更大的弹性势能的可能性更大，从而跳起的高度更高。
表2-1-3肌肉的弹性形变势能
作者 研究对象 运动项目 例数 储积的能量（焦耳）
肌肉 肌腱 总计
卡瓦纳 1970 腓肠肌 和跟腱 直腿 足尖跳 5 — 一 45
亚历山大等
1977 下肢肌 和跟腱 3.9米/秒 定速跑 1 4.1-8.3 42 46-50
泰斯等 1975 腓肠肌 和跟腱 向上跳 1 一 — 62.7
1 一 一 44.1
阿鲁因等 1970 下肢肌 负重下蹲 5 一 一 730
不负重下蹲 5 一 一 394
1.增加动作的力和速度
众所周知，做纵跳时，若下蹲到最低点稍事停顿，跳起的高度要低于不停顿立即起跳所达到的高度。这是因为第二种做法运用了肌肉预拉伸和预加载荷所产生的形变势能（阿斯穆先等，1974 ）。第一种做法跳起的高度低是由于稍事停顿，使肌肉产生松弛的结果。
2.提高动作的经济性
在周期性运动中，肌肉及腱形变势能的再利用，大大地节省了能量消耗（泰斯，1972；A.C.阿鲁因等，1977）。
如运动员在做基本动作之前，往往有一个反向动作作为前导（向上跳之前做下蹲、向前投掷前的向后预摆等）。前导动作使得即将完成的基本动作的肌肉被拉伸，从而积累了形变势能。这份能量在后继的基本动作中转化为动能。这种非代谢能对于保证基本动作所需的总能量贡献愈大，代谢能的需要量愈少，因而完成这一动作的经济性愈高。有充分的根据认为，人类的跑动和袋鼠的跳跃具有高度经济性的原因，是弹性能的再利用（道森等，1973）。丘巴（苏联）的实测材料说明，在蹬地过程中踝关节的活动幅度 虽然很大（34~38。角），但小腿三头肌的收缩幅度却很小，在缓冲阶段只被拉长3~4厘米，而在蹬伸阶段其长度几乎不变。因此，跑步的蹬伸与缓冲时，踝关节的活动是由小腿三头肌腱的弹性形变与复原进行的。它可以在跑的制动阶段，通过肌腱的形变而储存能量，它能储存制动阶段人体能量损失的75%~90%。
怎样证实在肌肉的拉伸（退让式收缩）及后继动作中发生了弹性势能的储存和再利用呢？如果能测得肌肉工作时的耗能，那就可以回答这个问题。实验是这样进行的：令受试者以不同形式做4分钟连续跳。一种是下蹲到最低点后立即做蹬伸动作，另一种是下蹲后稍事停顿再做蹬伸动作。测定这两种情况下的能耗。实验结果说明第二种连续跳的肌肉工作效率（做机械功对能耗之比）为13.75%,而第一种连续跳的肌肉工作效率 为31.45% （ A.C.阿鲁因等，1977 ）。玛格丽特（ 1963 ）的实验也曾得出类似结果。

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