影響武術(shù)旋風(fēng)腳720°完成的生物力學(xué)探析*

陽(yáng)家鵬 向春玉

（1.銅仁學(xué)院體育系 銅仁 554300）

影響武術(shù)旋風(fēng)腳720°完成的生物力學(xué)探析*

陽(yáng)家鵬1向春玉1

（1.銅仁學(xué)院體育系 銅仁 554300）

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小、分布和轉(zhuǎn)軸的位置是決定720°旋風(fēng)腳順利完成的關(guān)鍵。好的身體姿態(tài)能促進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的調(diào)整。騰空高度是影響720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性的重要因素，空中轉(zhuǎn)體的速度能彌補(bǔ)運(yùn)動(dòng)員騰空高度的不夠。在720°旋風(fēng)腳踏跳時(shí)，身體已經(jīng)繞縱軸擰轉(zhuǎn)了一定的角度，這是因?yàn)槠牧卮嬖诙a(chǎn)生的，在適當(dāng)?shù)膬A斜角度內(nèi)產(chǎn)生的偏心力矩對(duì)完成720°旋風(fēng)腳轉(zhuǎn)體非常有利。

720°旋風(fēng)腳；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；空中姿勢(shì)；騰空高度； 偏心力矩

1 前言

720°旋風(fēng)腳是武術(shù)套路中的C級(jí)跳躍類難度動(dòng)作，是跳躍類難度動(dòng)作中最常見(jiàn)且容易失誤的一個(gè)技術(shù)動(dòng)作，其動(dòng)作完成的關(guān)鍵是空中轉(zhuǎn)體與落地的穩(wěn)定性。本文從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、空中姿勢(shì)、騰空高度和偏心力矩四個(gè)方面探討影響旋風(fēng)腳720完成的成因，旨在為教練員的訓(xùn)練提供有益的參考，從而提高武術(shù)套路運(yùn)動(dòng)員在比賽中完成720°旋風(fēng)腳難度動(dòng)作的成功率。

2 影響旋風(fēng)腳720°完成的生物力學(xué)分析

2.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是轉(zhuǎn)動(dòng)物體的慣性，它是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保持原來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)能力的物體量。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)越穩(wěn)定越不容易改變，它是分析720°旋風(fēng)腳一個(gè)常用的基本參數(shù)。利用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)旋風(fēng)腳 720°進(jìn)行分析的理論基礎(chǔ)如下：（1）人體在騰空狀態(tài)時(shí)應(yīng)遵循動(dòng)量矩守恒定律，即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的乘積等于一個(gè)常數(shù)。（2）根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的公式I=mr2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I大小由物體的質(zhì)量m和對(duì)于它的質(zhì)點(diǎn)離轉(zhuǎn)軸的垂直距離r確定。對(duì)于具有同樣大小質(zhì)量的剛體，如果對(duì)于同一轉(zhuǎn)軸，即r相等，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小必定相等。（3）人體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨著身體姿勢(shì)的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，因此，運(yùn)動(dòng)員可以根據(jù)動(dòng)作的需要調(diào)節(jié)身體的姿勢(shì)，改變自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量達(dá)到完成動(dòng)作的目的。由以上分析可知：（1）質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大。（2）物體全部質(zhì)量的分布情況，質(zhì)量越是集中在轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，質(zhì)量越是分布在四周，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大。（3）轉(zhuǎn)軸的位置，轉(zhuǎn)軸在物體的一端，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，轉(zhuǎn)軸靠近身體中心，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。根據(jù)決定物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的三個(gè)因素，來(lái)分析旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體動(dòng)作。

2.1.1 運(yùn)動(dòng)員的身體質(zhì)量

從轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可知武術(shù)運(yùn)動(dòng)員體重是決定旋風(fēng)腳 720°空中轉(zhuǎn)體時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的因素之一。體重重的運(yùn)動(dòng)員相對(duì)比體重輕的運(yùn)動(dòng)員空中轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就越穩(wěn)定，難改變；反之，體重越輕的運(yùn)動(dòng)員空中轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)易于改變。從起跳到騰空轉(zhuǎn)體，體重重的運(yùn)動(dòng)員由于慣性比體重輕的運(yùn)動(dòng)員大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變，所以不利于旋轉(zhuǎn)，體重輕的運(yùn)動(dòng)員則相對(duì)易于轉(zhuǎn)動(dòng)?？傊?，理論上體重輕的武術(shù)運(yùn)動(dòng)員較易完成旋風(fēng)腳720°高難動(dòng)作，同時(shí)這也就對(duì)武術(shù)運(yùn)動(dòng)員提出了體重控制的要求。

2.1.2 質(zhì)量的分布情況

質(zhì)量集中在轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，旋轉(zhuǎn)速度快；質(zhì)量分布在四周，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，旋轉(zhuǎn)速度慢。從圖1中可以看出運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)，身體舒展打開(kāi)，這樣有利于身體質(zhì)量向四肢均勻分布，增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定性，有利于旋風(fēng)腳空中踢腿擊響動(dòng)作，但是身體過(guò)分的展開(kāi)不利于空中的旋轉(zhuǎn)。為了增加旋轉(zhuǎn)，如圖2所示，空中擊響后應(yīng)迅速的并腿、雙臂抱體等動(dòng)作，這有利于把身體質(zhì)量向身體縱軸線即轉(zhuǎn)動(dòng)軸集中，從而減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，利于旋轉(zhuǎn)。圖3顯示的是落地穩(wěn)定階段，運(yùn)動(dòng)員的四肢張開(kāi)，使身體質(zhì)量盡量均勻布增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小旋轉(zhuǎn)速度，以利于落地緩沖，增加穩(wěn)定性。所以旋風(fēng)腳 720°身體各階段的姿態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的分布非常關(guān)鍵。

圖1：運(yùn)動(dòng)員旋風(fēng)腳720度接跌豎叉

圖2：運(yùn)動(dòng)員旋風(fēng)腳720度接跌豎叉

圖3：運(yùn)動(dòng)員旋風(fēng)腳720度接跌豎叉

2.1.3 轉(zhuǎn)軸的位置

轉(zhuǎn)軸在物體的一端，遠(yuǎn)離身體中心，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，動(dòng)作難做；轉(zhuǎn)軸接近身體中心則動(dòng)作易做。運(yùn)動(dòng)員之所以能改變身體的姿態(tài)即改變繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，來(lái)調(diào)控轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，從而達(dá)到對(duì)角速度快慢的控制，順利完成各種高難度空中動(dòng)作。人體在騰空狀態(tài)時(shí)應(yīng)遵循動(dòng)量矩守恒定律，即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的乘積等于一個(gè)常數(shù)。人體處于騰空狀態(tài)的時(shí)候，采用任何動(dòng)作使身體姿勢(shì)發(fā)生改變，都只是在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I和角速度ω之間調(diào)整和變動(dòng)。而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是由質(zhì)量m和轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r決定的，當(dāng)姿態(tài)改變時(shí)，繞同一轉(zhuǎn)軸的半徑發(fā)生了變化，則會(huì)引起轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化。所以720°旋風(fēng)腳空中的各種技術(shù)動(dòng)作都是圍繞增減轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度以促進(jìn)轉(zhuǎn)體順利完成而展開(kāi)的。運(yùn)動(dòng)員里合腿擊響瞬間里合腿和身體向縱軸線即轉(zhuǎn)動(dòng)軸靠攏，使轉(zhuǎn)動(dòng)軸盡量保持在身體的中心線，減小轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，促進(jìn)旋轉(zhuǎn)。

2.2 空中姿勢(shì)

根據(jù)人體在騰空狀態(tài)時(shí)遵守動(dòng)量矩守恒定律，好的身體姿態(tài)能促進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的調(diào)整，使空中轉(zhuǎn)體720°順利完成，且落地的穩(wěn)定性好。旋風(fēng)腳720°空中姿態(tài)在旋風(fēng)腳的騰空至里合腿擊響增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量階段, 具體的身體姿勢(shì)應(yīng)是右腿的里合與反方向的左手盡量拉開(kāi)[2]。擊響至并腿旋轉(zhuǎn)階段,運(yùn)動(dòng)員雙手應(yīng)盡量靠近身體, 兩腳并攏，盡量使肢體靠近垂直軸，減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, 增大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。[2]擊響后擺動(dòng)腿下壓積極,迅速與左腿并攏,更快地減小轉(zhuǎn)動(dòng)半徑,減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,使空中旋轉(zhuǎn)速度更快。[3]在里合擊響腿結(jié)束時(shí)，兩臂快速向身體垂直軸靠攏。右腿也快速向身體靠攏。[9]

根據(jù)人體的狀態(tài)反射，頭部空間位置的改變能反射性地引起四肢肌張力的重新調(diào)整。頭部擰轉(zhuǎn)時(shí)能引起同側(cè)上下肢伸肌緊張性加強(qiáng)，而對(duì)側(cè)伸肌緊張性減弱。[10]因此運(yùn)動(dòng)員完成旋風(fēng)腳擊響后,應(yīng)迅速用力左轉(zhuǎn),以頭帶動(dòng)軀干轉(zhuǎn)動(dòng)720°。頭部左轉(zhuǎn)時(shí)能引起左側(cè)上下肢伸肌緊張性加強(qiáng)，而對(duì)側(cè)伸肌緊張性減弱，有利于身體在空中的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)當(dāng)頭部擰轉(zhuǎn)到一定角度后，由于動(dòng)量矩轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了身體其它部位的旋轉(zhuǎn)。不良的身體姿勢(shì)對(duì)空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性都會(huì)產(chǎn)生不良的影響，比如運(yùn)動(dòng)員在空中完成動(dòng)作時(shí)坐髖,這就增大了身體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,不利于身體的自身旋轉(zhuǎn)。

落地時(shí)如果身體姿勢(shì)沒(méi)調(diào)整好就會(huì)出現(xiàn)落地后身體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)或是前傾、后倒等一系列問(wèn)題。經(jīng)研究表明運(yùn)動(dòng)員在落地時(shí)上體都會(huì)略向前傾，腰背肌處于高度緊張的狀態(tài)，其目的是為了使身體的總重心能夠維持在支撐面內(nèi)。但由于男女運(yùn)動(dòng)員腰背肌的力量方面的差異造成女運(yùn)動(dòng)員上體軀干角偏大。[6]而兩臂的各種動(dòng)作目的是為了調(diào)整重力作用線，使之通過(guò)支撐面，以保持落地時(shí)身體的平衡。[5]

2.3 騰空高度

騰空高度對(duì)旋風(fēng)腳 720°空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性的影響是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。一般認(rèn)為，騰空高度越高，騰空時(shí)間越長(zhǎng)就越有利于旋風(fēng)腳720°的順利完成。不可否認(rèn)，沒(méi)有一定的騰空高度那也就稱不上騰空跳躍動(dòng)作了，所以有人認(rèn)為身體重心上升的高度是完成旋風(fēng)腳720°的前提。[7]

有研究表明從騰空時(shí)間來(lái)看，男運(yùn)動(dòng)員的騰空時(shí)間高于女子，同時(shí)發(fā)現(xiàn)落地穩(wěn)定性女運(yùn)動(dòng)員低于男運(yùn)動(dòng)員。騰空高度高對(duì)于旋風(fēng)腳720°的完成時(shí)好處是毋庸置疑的，重心高度增量增大,騰空時(shí)間延長(zhǎng),使空中轉(zhuǎn)體更充分；里合腿擊響后積極下壓有利于身體重心繼續(xù)升高,有利于加速身體的轉(zhuǎn)速，落地前能更好地調(diào)整身體姿態(tài)加強(qiáng)落地的穩(wěn)定性，并且高飄的動(dòng)作更能體現(xiàn)武術(shù)跳躍動(dòng)作高、難、美的特點(diǎn)。

彈跳能力取決于運(yùn)動(dòng)員的相對(duì)力量和肌肉的快速力量（爆發(fā)力），它是完成跳躍類項(xiàng)目的一項(xiàng)基本能力。跳躍能力強(qiáng)的武術(shù)運(yùn)動(dòng)員完成旋風(fēng)腳720°又高又飄，動(dòng)作瀟灑優(yōu)美。然而，彈跳能力的好壞是決定旋風(fēng)腳720°完成的關(guān)鍵因素嗎？這是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。在現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練和比賽中，往往一些彈跳并不出眾，特別是女運(yùn)動(dòng)員同樣也能完成旋風(fēng)腳720°動(dòng)作，取得優(yōu)異的成績(jī)。這些現(xiàn)象說(shuō)明，旋風(fēng)腳720°的完成并不取決于騰空的高度。有研究表明跳躍高度不一定影響旋風(fēng)腳720°的完成率, 通過(guò)加大起跳時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度和減少空中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以實(shí)現(xiàn)加快空中旋轉(zhuǎn)速度的目標(biāo)。通過(guò)提高運(yùn)動(dòng)員身體在空中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度能彌補(bǔ)運(yùn)動(dòng)員腿部力量差,起跳速度小的不足。也就是說(shuō)在有限的高度內(nèi)只要身體在空中的旋轉(zhuǎn)速度足夠，一樣能完成旋風(fēng)腳720°，很多優(yōu)秀的武術(shù)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)實(shí)踐證明了這是可行的。

2.4 偏心力矩

在完成旋風(fēng)腳720°時(shí)偏心力矩的作用少有人提及，根據(jù)生物力學(xué)知識(shí)我們可知，旋風(fēng)腳720°踏跳騰空后，人體在空中的狀態(tài)是既是平動(dòng)又是轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

這是因?yàn)樾L(fēng)腳720°助跑踏跳時(shí)，起跳腿給地面一個(gè)向下作用力F，同時(shí)獲得一個(gè)向上的反作用力F’，向前制動(dòng)的同時(shí)又獲得一個(gè)向后的摩擦力Q,而這兩個(gè)力不能正好通過(guò)總重心點(diǎn)O，那么這兩個(gè)力為偏心力，它們與重心之間的力矩就形成了偏心力矩即F′a和Qa；又因?yàn)槠牧鼐哂蟹较蛐裕挥惺股眢w呈逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力偶矩F′a才是促進(jìn)旋風(fēng)腳720°旋轉(zhuǎn)的根本原因所在，也就是向上的反作用力F＇與垂直軸形成的偏心力矩。向后的摩擦力Q所產(chǎn)生的偏心力矩Qa促使人體向后上方翻轉(zhuǎn)，這也是側(cè)空翻繞矢狀軸翻轉(zhuǎn)的原因之一。

圖4 旋風(fēng)腳720°踏跳力學(xué)分析簡(jiǎn)圖

根據(jù)人體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作不同，偏心力矩方向也隨之變化。如向前做空翻動(dòng)作時(shí)，必須在蹬地起跳的瞬時(shí)形成向前的偏心力矩，此時(shí)蹬地的力量向后下方，動(dòng)支撐反力向前上方，從人體重心的后方通過(guò)，這時(shí)所產(chǎn)生的偏心力矩促使人體繞額狀軸翻轉(zhuǎn)。720°旋風(fēng)腳是人體處于騰空狀態(tài)下繞縱軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)向前平動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，這就產(chǎn)生一個(gè)呈逆時(shí)針?lè)较虻钠牧兀c向前空翻不同的是它繞縱軸翻轉(zhuǎn)。從上分析我們得知要順利完成720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體必須充分利用偏心力矩的作用。因此，要完成旋風(fēng)腳720°這樣的高難度動(dòng)作，必須要在騰空前盡可能獲得較高動(dòng)量矩。運(yùn)動(dòng)員獲得足夠的動(dòng)量矩后，在起跳腳與地面支撐時(shí)，通過(guò)動(dòng)量矩的轉(zhuǎn)移，將動(dòng)量矩轉(zhuǎn)移到身體其它部分，并儲(chǔ)存起來(lái)，待身體騰空后，促進(jìn)身體旋轉(zhuǎn)。根據(jù)力矩的公式M=Fr。加大偏心力F或是力臂r，即可加大偏心力矩M，就能使人體在空中完成一定的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。通過(guò)對(duì)高水平武術(shù)套路運(yùn)動(dòng)員所完成的旋風(fēng)腳720°調(diào)查證實(shí), 女運(yùn)動(dòng)員起跳前的最后一步在步幅上大于男運(yùn)動(dòng)員,這是由于起跳腳需要更大的角度制動(dòng), 從而獲得向上的垂直力。當(dāng)?shù)孛娼o人體起跳的反作用力F一定時(shí)，要想加大偏心力矩M就只能增加作用線與轉(zhuǎn)軸的距離r。

3 小 結(jié)

3.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是分析720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性首要參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小、分布和轉(zhuǎn)軸的位置是決定720°旋風(fēng)腳能否順利完成的關(guān)鍵。

3.2 空中姿勢(shì)是影響720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性又一關(guān)鍵因素，好的身體姿態(tài)能促進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的調(diào)整，使空中轉(zhuǎn)體720°順利完成，加強(qiáng)落地的穩(wěn)定性。

3.3 騰空高度是影響720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性的重要因子，騰空高度越高，騰空時(shí)間越長(zhǎng)就越有利于旋風(fēng)腳720°空中轉(zhuǎn)體的完成。而空中轉(zhuǎn)體的速度能彌補(bǔ)運(yùn)動(dòng)員騰空高度的不夠，促進(jìn)720°旋風(fēng)腳的順利完成。

3.4 偏心力矩是運(yùn)動(dòng)員能夠在空中完成720°轉(zhuǎn)體的重要因素， 在 720°旋風(fēng)腳踏跳時(shí)，身體已經(jīng)繞縱軸擰轉(zhuǎn)了一定的角度，這正是因?yàn)槠牧氐拇嬖诙a(chǎn)生的，在適當(dāng)?shù)膬A斜角度內(nèi)產(chǎn)生的偏心力矩對(duì)空中完成 720°旋風(fēng)腳轉(zhuǎn)體非常有利。

1 楊乃靜，林小美，尹燕強(qiáng)，張?jiān)侔?，?jìng)技武術(shù)套路中騰空擺蓮B和C級(jí)跳躍落地穩(wěn)定性的研究【J】.天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,23(3)：259-262

2 朱東、郭志禹，競(jìng)技武術(shù)C 級(jí)跳躍難度的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征研究【J】.體育科學(xué)2006 , 26 (9)：48-50

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7 李玉剛,嚴(yán)發(fā)本,肖紅征,梅漢超，我國(guó)優(yōu)秀武術(shù)運(yùn)動(dòng)員旋風(fēng)腳720°三維圖像特征分析【J】.武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,40(2)：39-42

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9 高麗，武術(shù)套路優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員旋風(fēng)腳轉(zhuǎn)體720°接馬步動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析【J】.體育學(xué)刊，2008 ,15 (8 )：106-111

10 王瑞元，運(yùn)動(dòng)生理學(xué)[M] . 北京：人民體育出版社,2002

11 全國(guó)體育學(xué)院教材委員會(huì)編，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)【M】.人民體育出版社，2000

Analyses the Factors That Influence Tornado kick Turn 720 °

Yang Jiapeng，etal.
(1.Department of P.E., Tongren University, Tongren ,Guizhou,554300 )

Tornado kick turn 720 °,is the one of difficult WUSHU jump movements of C grade and WUSHU difficult movement of the C grade is the key to win WUSHU contest. To enhance the ability of finishing WUSHU jump difficult movement is very important to WUSHU trainer and athlete. Based on the literature and the biomechanics, the paper analyses the causes that influence the turning and stability of Tornado kick turn 720 °from four aspects including movement of inertia, posture in air, height of jumping, eccentric moment.

Tornado kick turn 720 °；movement of inertia；posture in air； height of jumping； eccentric moment

貴州省教育廳立項(xiàng)課題，課題編號(hào)：11ZC153。

陽(yáng)家鵬（1979 - ），男，湖北荊州人，碩士，講師，研究方向：民族傳統(tǒng)體育學(xué)。