論杠桿原理在體育實(shí)踐中的應(yīng)用

陳彩虹

(渭南師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院，陜西渭南714000)

論杠桿原理在體育實(shí)踐中的應(yīng)用

陳彩虹

(渭南師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院，陜西渭南714000)

杠桿原理在運(yùn)動(dòng)員選材中的應(yīng)用主要著重于先天性因素中身體形態(tài)的測(cè)量及其比例關(guān)系;力量訓(xùn)練中，可用增加阻力和延長阻力臂的手段來發(fā)展肌力;在不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中主要起到維持平衡、增速和省力的作用.

杠桿原理;運(yùn)動(dòng)員選材;力量訓(xùn)練;運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目

阿基米德曾說:“只要給我一個(gè)支點(diǎn)，給我一根足夠長的杠桿，我就可以撬起整個(gè)地球!”由此足見杠桿的功能之強(qiáng)大.杠桿原理在生活中有著廣泛的應(yīng)用，在體育實(shí)踐中也發(fā)揮著重要作用.從力學(xué)的角度來說，肌肉工作完全是遵循杠桿原理的.運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，骨是運(yùn)動(dòng)的杠桿，關(guān)節(jié)是運(yùn)動(dòng)的樞紐，骨骼肌是運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力.骨骼肌在神經(jīng)系統(tǒng)的支配調(diào)節(jié)下，通過改變長度，牽拉骨杠桿圍繞著關(guān)節(jié)進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng).對(duì)杠桿原理在體育實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，可為運(yùn)動(dòng)員選材、身體素質(zhì)鍛煉、不同項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)提供科學(xué)的理論依據(jù)，增加鍛煉的有效性，提高運(yùn)動(dòng)成績.

1 骨杠桿的組成和特征

骨杠桿由支點(diǎn)(O)、力點(diǎn)(F)、阻力點(diǎn)(R)三點(diǎn)，動(dòng)力和阻力兩種作用力，動(dòng)力臂和阻力臂兩種力臂組成.動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積構(gòu)成動(dòng)力矩，阻力與阻力臂的乘積構(gòu)成阻力矩.

(1)平衡杠桿.支點(diǎn)位于力點(diǎn)和阻力點(diǎn)之間，動(dòng)力矩等于阻力矩.

(2)省力杠桿.阻力點(diǎn)位于支點(diǎn)和力點(diǎn)之間，動(dòng)力矩小于阻力矩.由于動(dòng)力臂大于阻力臂，要使動(dòng)力矩小于阻力矩，則動(dòng)力必然小于阻力，故省力.

(3)費(fèi)力杠桿(速度杠桿).力點(diǎn)位于支點(diǎn)和阻力點(diǎn)之間，動(dòng)力矩大于阻力矩.由于阻力臂大于動(dòng)力臂，要使動(dòng)力矩大于阻力矩，則動(dòng)力必然大于阻力，故費(fèi)力.

當(dāng)杠桿繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，杠桿上各點(diǎn)均作圓弧運(yùn)動(dòng)，各點(diǎn)移動(dòng)的速度同該點(diǎn)到軸心距離成正比，即杠桿各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，離軸心越遠(yuǎn)者越快，又稱速度杠桿［1］.

2 杠桿原理在體育實(shí)踐中的應(yīng)用

2.1 在運(yùn)動(dòng)員選材中的應(yīng)用

優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技能力一部分是通過訓(xùn)練得到明顯改變的，即是可訓(xùn)練的;而另一部分則主要是由遺傳特征所確定的，也就是所謂的先天性.運(yùn)動(dòng)員選材是把先天條件優(yōu)越、適合從事某項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的人才從小選拔出來，進(jìn)行系統(tǒng)的、有目的的培養(yǎng)，以便取得優(yōu)異的運(yùn)動(dòng)成績.一個(gè)運(yùn)動(dòng)員能否攀登上運(yùn)動(dòng)的高峰，是由多方面的因素組成的，但其本身的內(nèi)在因素是最基本最重要的因素，而內(nèi)在因素所包括的形態(tài)、機(jī)能、心理、身體素質(zhì)、健康狀況等都可以用一定的標(biāo)準(zhǔn)加以描述和衡量.杠桿原理在運(yùn)動(dòng)員選材中的應(yīng)用主要著重于先天性因素中身體形態(tài)的測(cè)量及其比例關(guān)系.

(1)在體操運(yùn)動(dòng)員選材中的應(yīng)用

首先，身材不能過高.現(xiàn)在世界體操不斷向高難度發(fā)展，尤其以難度大取勝，比較而言，身材矮小的運(yùn)動(dòng)員比身材高大的運(yùn)動(dòng)員在完成高難度動(dòng)作時(shí)更有優(yōu)勢(shì).很顯然，1米60的男運(yùn)動(dòng)員在單杠上的翻轉(zhuǎn)要比1米80的男運(yùn)動(dòng)員容易得多.事實(shí)上，體操男運(yùn)動(dòng)員普遍身高1米60左右，女運(yùn)動(dòng)員大都在1米50左右，這種身高在體操場(chǎng)上具有先天優(yōu)勢(shì)，軸徑小，骨杠桿短，翻轉(zhuǎn)容易且可以在有限空間多翻轉(zhuǎn).

其次，手臂要直.肘關(guān)節(jié)過伸、彎曲、側(cè)彎都是選材中的大忌，因?yàn)橹怅P(guān)節(jié)的形狀除對(duì)動(dòng)作的完成、造型、質(zhì)量有直接的影響外，更重要的是肘關(guān)節(jié)不直，在完成手臂支撐動(dòng)作時(shí)，形成阻力矩，加重了肘關(guān)節(jié)的負(fù)擔(dān)，易造成肘關(guān)節(jié)的損傷，所以在選材中，應(yīng)注意選擇手臂由正、側(cè)位觀察均較直的運(yùn)動(dòng)員.

此外，體重要相對(duì)較輕.在體操運(yùn)動(dòng)中完成翻轉(zhuǎn)、支撐等高難度動(dòng)作時(shí)需要克服自身重量，自身重量在此構(gòu)成阻力，在動(dòng)力臂、阻力臂不變的情況下，阻力越小，則需要發(fā)揮的肌力也就越小，因而，體重較輕者完成動(dòng)作就相對(duì)省力.

(2)在舉重運(yùn)動(dòng)員選材中的應(yīng)用

前臂的長度是舉重運(yùn)動(dòng)員選材中應(yīng)該注意的問題.舉重運(yùn)動(dòng)員要舉起杠鈴，先要手握杠鈴屈肘，這樣就構(gòu)成費(fèi)力杠桿.肘關(guān)節(jié)作為支點(diǎn)，位于力點(diǎn)和阻力點(diǎn)之間，前臂和杠鈴的重量構(gòu)成阻力，屈肘肌肌力為動(dòng)力，前臂越長，阻力臂就越長，阻力矩就增大，這時(shí)要完成屈肘動(dòng)作，就需要屈肘肌發(fā)揮較大的肌力.反之，前臂越短，阻力臂就越短，阻力矩就減小，要完成屈肘動(dòng)作，需要屈肘肌發(fā)揮的肌力就小.也就是說，在其他條件等同的前提下，要舉起同樣重量的杠鈴，前臂短的運(yùn)動(dòng)員只需發(fā)揮較小的肌力;發(fā)揮同樣大小的肌力時(shí)，前臂短的運(yùn)動(dòng)員可以舉起更大重量的杠鈴.［2］

(3)在短跑運(yùn)動(dòng)員選材中的應(yīng)用

在下肢長度相等時(shí)，小腿長者更具先天優(yōu)勢(shì).以髖關(guān)節(jié)為支點(diǎn)，大腿相對(duì)較短者，能使跑時(shí)支撐階段重心前移速度較快，大小腿折疊前擺快而省力;以膝關(guān)節(jié)為支點(diǎn)，小腿較長者，在角速度相同情況下，“扒地”速度較快，有利于完成支撐緩沖動(dòng)作及縮短支撐時(shí)間.因此以比大小腿長［大腿長/(小腿長+足高)×100］作為選材指標(biāo)，比值應(yīng)力求小些，要求≤100%，最好≤95%.［3］

(4)在其他項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員選材中的應(yīng)用

在要求速度、高度的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，骨杠桿越長，末端的線速度越快，越具有先天優(yōu)勢(shì).籃球、排球、跳高等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，對(duì)身高有很嚴(yán)格的要求;籃球、游泳等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目要求上肢長;跳高、跨欄等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目要求下肢長.

不同的身體形態(tài)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績有很大影響，科學(xué)合理的選材是運(yùn)動(dòng)員和教練員為達(dá)到訓(xùn)練目的、創(chuàng)造世界高水平運(yùn)動(dòng)成績、延長運(yùn)動(dòng)壽命的重要因素之一.

2.2 在力量訓(xùn)練中的應(yīng)用

常見的力量訓(xùn)練中，杠桿原理的應(yīng)用很多.在發(fā)展肌肉力量的練習(xí)中，為增大肌肉所承受的負(fù)荷，既可用增加阻力(負(fù)荷重量)的方法，也可以用延長阻力臂的手段.

克服自身重量的力量練習(xí)中，如俯臥撐可以采用多種不同的體位:(1)手高足低位;(2)手足在同一水平位;(3)手低足高位.三種體位難度逐漸增加，鍛煉效果也逐漸增進(jìn).在俯臥撐動(dòng)作中，阻力點(diǎn)位于支點(diǎn)和力點(diǎn)之間，構(gòu)成省力杠桿.隨著動(dòng)作體位的變化，阻力臂逐漸增大，阻力矩相應(yīng)增大，要完成動(dòng)作，則動(dòng)力矩也要相應(yīng)增大，用以克服增大的阻力矩，而此時(shí)動(dòng)力臂變化不大，所以，上肢必須發(fā)揮出更大肌力才能順利撐起.對(duì)于上肢肌力較弱的練習(xí)者來說，可以先通過手高足低位來發(fā)展上肢肌力，對(duì)于上肢肌力較強(qiáng)的練習(xí)者來說，可以采用手低足高位來發(fā)展上肢肌力，要再進(jìn)一步發(fā)展肌力，可采用負(fù)重練習(xí).

負(fù)重練習(xí)中，通過增加阻力，加大了阻力矩，要完成動(dòng)作，就要求動(dòng)力矩也相應(yīng)增大，則需發(fā)揮出較大肌力，從而達(dá)到增加肌力的目的.［4］

2.3 在不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的應(yīng)用

(1)在舉重運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

當(dāng)阻力一定時(shí)，通過縮短阻力臂來減少阻力矩，可以達(dá)到省力的目的.提拉杠鈴時(shí)，若想省力，可使杠鈴上升的軌跡盡量貼近身體.

(2)在柔道運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

柔道是利用杠桿原理和借用人體本身重力實(shí)施足技、腰技、手技.足技就是以足為支點(diǎn)發(fā)力，借用對(duì)方慣性和對(duì)方或自己的體重摔倒或壓制對(duì)方，腰技也是如此，只不過發(fā)力的支點(diǎn)是腰.手技類似于擒拿法，即使對(duì)方比你高大有力，依然可以采用“化”的技巧，通過改變對(duì)手進(jìn)攻用力方向，在恰當(dāng)?shù)牡胤胶蜁r(shí)機(jī)利用杠桿原理發(fā)力，反作用于對(duì)手，通過技術(shù)直接將其制服或令其體力耗盡.

(3)在球類運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

當(dāng)杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)角速度一定時(shí)，離轉(zhuǎn)動(dòng)中心越遠(yuǎn)處，線速度越大，在羽毛球、乒乓球、棒壘球、曲棍球、網(wǎng)球、冰球等運(yùn)動(dòng)中，球棒、球桿、球拍等都起著增長阻力臂的作用，達(dá)到加快球的運(yùn)動(dòng)速度的目的［5］.

(4)在投擲類運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

在做投擲或擊打動(dòng)作時(shí)，為了提高肢體末端的運(yùn)動(dòng)速度，應(yīng)當(dāng)盡量伸展肢體，增長阻力臂.

2.4 在維持平衡中的應(yīng)用

頭在頸部的平衡動(dòng)作，依賴平衡杠桿來實(shí)現(xiàn).很多運(yùn)動(dòng)要求保持頭部平衡，若頭部位置不正，就會(huì)反射性地引起左右側(cè)肢體肌肉張力發(fā)生變化，使人體失去平衡，影響動(dòng)作完成質(zhì)量.人體平衡杠桿較少，但從廣義的角度來說，在一切維持平衡的運(yùn)動(dòng)中，都應(yīng)用了平衡杠桿，以動(dòng)力矩來平衡阻力矩，保持身體平衡.在運(yùn)動(dòng)過程中，通過神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)骨骼肌張力的不斷調(diào)整，使肢體的動(dòng)力矩等于阻力矩，維持身體的平衡.例如人體在走、跑、跳中平衡的維持.

3 小結(jié)

運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，杠桿原理的應(yīng)用無處不在，能否合理地加以利用，是非常重要的問題.把一個(gè)不適宜從事某項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的人選拔出來進(jìn)行該項(xiàng)訓(xùn)練，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉時(shí)，不能合理運(yùn)用杠桿原理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，卻達(dá)不到預(yù)期的效果，這些都是我們不愿看到的.在體育實(shí)踐中科學(xué)合理地運(yùn)用杠桿原理，可以取得事半功倍的效果.

［1］盧義錦，姚士碩.人體解剖學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［2］王淑英.對(duì)舉重翻發(fā)力起杠動(dòng)作應(yīng)用杠桿原理的體會(huì)［J］.少年體育訓(xùn)練，2009，(1):30.

［3］中國田徑協(xié)會(huì).中國青少年田徑教學(xué)訓(xùn)練大綱［M］.北京:北京體育大學(xué)出版社，2009.

［4］馬南京.杠桿傳動(dòng)重力式力量訓(xùn)練器械優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.首都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，(5):616－619.

［5］王壽文.淺論杠桿原理在體育教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用［J］.上海體育學(xué)院學(xué)報(bào)，1988，(4):30－31.

Application of Lever Principle in Sports Practice

CHEN Cai-hong
(School of Education Science，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

Application of lever principle in athlete selection mainly focuses on congenital factor about shape survey and proportional relationship;during strength training，the resistance and the resistance arm can increase can be used to develop muscle strength.In the different sports events，it plays the role to balance，speed up and save energy.

lever principle;athlete selection;strength training;sports events

G804.21

A

1009—5128(2011)06—0074—03

2011—03—11

陳彩虹(1975—)，女，陜西渭南人，渭南師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院講師.

【責(zé)任編輯 牛懷崗】