引體向上的力學原理(以及為什麼女性絕對可以做到)

作為一名前攀巖教練,我見過很多人為了將下巴抬過單槓而掙扎得面容扭曲。引體向上對很多人來說是一種“體能測試”——一種運動能力的指標——是良好鍛鍊(或良好炫耀)的基石。

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本文發表於大眾科學的前部落格網路,反映作者的觀點,不一定反映大眾科學的觀點


作為一名前攀巖教練,我見過很多人為了將下巴抬過單槓而掙扎得面容扭曲。引體向上對很多人來說是一種“體能測試”——一種運動能力的指標——是良好鍛鍊(或良好炫耀)的基石。大多數人在離開高中體育課後要麼從未嘗試過引體向上,要麼失敗了,但很多人成功了,尤其是女性。

你可以整天做瑜伽,你可以跑步、騎腳踏車或游泳,但引體向上仍然會很難。這並不是說你必須是一個肌肉發達的“笨漢”才能做到;這是一個物理問題。在物理學中,就像引體向上一樣,你需要做功才能影響一個或另一個系統。“功”被描述為將一定質量的物體移動一定距離所需的能量。對於引體向上來說,你的手臂和背部需要做的功是你的質量以及你需要向上移動多遠才能使下巴超過單槓的函式。

下面的公式描述了這種困難


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從這個公式中可以明顯看出幾件事。如果你有更多的質量對抗地球的引力,或者如果你需要移動更遠的距離,你需要做的功就會迅速增加。但就其簡單性而言,該公式也揭示了引體向上對很多人來說如此困難的一些原因。

首先,肌肉男往往因為他們的質量而在引體向上中掙扎。你越重,移動這些體積所需的功就越多。我見過很多次相親在攀巖館戛然而止,因為那些想要給人留下深刻印象的人無法將自己向上拉起六英寸。儘管他們肌肉發達,但正如小丑所說,他們的肌肉“與他們的全部力量無關”。

其次,手臂長度很重要。以兩個質量相同的人為例,比如100公斤。如果一個人必須收縮半米的手臂才能完成一個引體向上,他或她將消耗490焦耳的能量。如果另一個人,一個相當瘦高的人,必須拉動整整一米,他或她將消耗981焦耳的能量——這與四分之一克TNT釋放的能量相同。在我們中間手臂長度只有中等程度的差異的情況下,引體向上就會變得更難或更容易。

最後,引力對於引體向上很重要。我猜至少在幾十年內沒有人會在另一個星球上做引體向上,但可以說在火星上做引體向上——只有地球38%的引力——會容易得多。

所以這裡存在一個權衡。尤其是在攀巖中,你希望足夠輕盈以優雅地移動,但又足夠強大以處理困難的事情。體型較大、手臂較短的人可以做到,瘦高而輕盈的人也可以做到。這兩種組合都適合你將看到的大多數專業攀巖者,或者當地健身房裡那些自豪地做引體向上的人。

透過整個討論,我敢打賭你的心理印象是一個男人在做引體向上;我想改變這種狀況。

為什麼女性可以做引體向上,而且可以做很多

去年,在一篇題為“為什麼女性不能做引體向上”的文章中,Well部落格的Tara Parker-Pope評論了一項研究,該研究發現,在每週訓練普通女性三天、持續三個月後,幾乎沒有女效能夠完成一個引體向上。然後她將這項研究的結果推廣到所有女性,並引用小學體能測試來讓那些想做引體向上的人留在地面上。

這項研究的兩個直接問題是時間和樣本數量。該研究訓練了17名女性三個月,以獲得Well報道的結果。任何科學作家都會告訴你,從17個人推廣到世界一半人口是不可行的。但更重要的是,三個月的時間對每個人來說都遠遠不夠。正如我之前所說,而且正如Well顯然知道的那樣,引體向上很難。根據我作為攀巖教練的經驗,我認識一些男性和女性,他們在經過整整一年的訓練後仍然無法完成一個引體向上,但最終還是成功完成了。

因此,這項研究真正說明的唯一事情是,這些女性需要超過三個月的訓練才能完成一個引體向上。這是一個完全合理的結論,但我看不到任何從這個結論推匯出“女性不能做引體向上”的邏輯方法。我猜,如果他們的樣本包括更多像上面照片中Sarah那樣的運動型女性,他們的結果就會有所不同。Sarah不是一個違反趨勢的“怪胎”;她是一位專注的女性攀巖者(從未專門訓練過做引體向上),而且是證明規則的反例。不是女性不能做引體向上,而是幾乎沒有人能在沒有訓練、所需的肌肉組織或質量和手臂長度之間的仔細平衡的情況下始終如一地完成一個引體向上。

有些人會爭辯說,女性的重心較低(因為女性傾向於在臀部和髖部周圍儲存更多脂肪),因此處於某種劣勢。然而,物理學告訴我們並非如此。除非該女性的質量或手臂長度明顯不同,以至於引體向上變得更加困難,否則無論她的重心在哪裡,她的重心垂直移動的距離都是相同的。這是對女性體型的又一次站不住腳的攻擊。

儘管受到了批評,但男性做引體向上似乎確實比女性更容易。事實上,如果我們將美國男性和女性的平均身高和體重代入我們的公式,女性需要做的體力活比男性少。那麼,如果這不是因為重心、手臂長度或體重,那又是因為什麼呢?

這歸結為肌肉組織。男性確實往往在上半身有更多肌肉,這些肌肉很容易變得發達。更多的肌肉使工作更容易。但這種相對於女性的優勢是短暫的。女性可能需要更多時間來發展所需的肌肉組織,但一旦發展起來,這些肌肉的功能就和男性一樣。克服這條陡峭的曲線絕非易事。我懷疑,由於我們中很少有人有時間和精力來顯著改變我們的肌肉組織,我們對女性做引體向上的偏見不是因為她們實際上不能做,而是因為男性幸運的生理機能。

得出女性不能做引體向上的結論會產生更陰險的影響。我訓練過很多女性,她們斷然拒絕甚至嘗試一下。女性在手觸碰到單槓之前就已經相信引體向上是遙不可及的。有多少有能力的女性因為這種文化真理而受到歧視?

剝開偏見,對我來說顯而易見的是:如果一個女人沒有在文化上被勸退而不敢嘗試,她絕對能夠拉起身體,並用頭撞擊玻璃天花板,將其粉碎。

很容易接受“溫柔的性別”這種文化刻板印象,但這根本不是真的。如果你把一個女人放在一種她必須一直有效地做引體向上的情況下,比如攀巖,她就會學會做引體向上。當然,我在這裡有偏見,但攀巖是“女性不能做引體向上”這一真理的完美反例。同樣的玻璃天花板也存在於科學領域,在科學領域,對女性的嚴重偏見正在滋生。想象一下,如果不是因為科學和數學是男人的遊戲這種有害的神話,有多少女性可以在科學領域脫穎而出。同樣,健身並不是由世界上的Arnold Schwarzeneggers定義的。如果你給女性一個機會去克服偏見和胡說八道,她們往往會做到。

圖片:所有圖片均由作者提供

Kyle Hill is a science communicator who specializes in finding the secret science in your favorite fandom. He has a bachelor's degree in environmental engineering and a master's degree in communication research (with a focus on science, health, and the environment) from Marquette University in Milwaukee, Wisconsin.
Aside from co-hosting Al Jazeera America's science show, TechKnow, Hill is also a freelancer who has contributed to Wired, Nature Education, Popular Science, Slate, io9, Nautilus, and is a columnist for Skeptical Inquirer. He manages Nature Education's Student Voices blog, is a research fellow with the James Randi Educational foundation. Email: sciencebasedlife@gmail.com

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