以支撐腳為參考系的輪滑雙蹬技術外刃蹬地動作力學分析

劉 鋒 關汝華

(1.吉林大學 體育學院，吉林 長春130012;2.長春大學 旅游學院，吉林 長春130061)

輪滑運動的雙蹬技術自出現以來在輪滑運動教練員、運動員中備受推崇，在專業(yè)體育期刊和書籍中也有大量運用運動力學分析、評論的文章，一致認為雙蹬技術“將傳統技術中減速的自由滑進階段改變?yōu)橐淮卫幂喭庋氐牡诺?，一個單步中增加了一次積極的加速階段。”［1-4］但我們從“人體內力不能直接引起人體整體運動，人體與外界物體接觸并相互作用時，內力可以引起外力。只有外力才能引起整個人體運動狀態(tài)的變化”的基本原理出發(fā)［5］，根據輪滑運動蹬地方向與支撐腿滑行方向相垂直的特點［1］，以支撐腳為參考系，運用最基本的力學知識分析運動員在外刃蹬地時支撐腿與地面相互作用力的關系，以及支撐反作用力的水平分力方向上身體重心移動的步長、速度、做功和動能變化情況，認為輪滑雙蹬技術的外刃蹬地動作在“一個單步中增加了一次積極的加速階段”的力學方面理論學說還值得商榷。

1 輪滑運動正確的蹬地方向與支撐腿滑行方向相垂直

輪滑運動最基本的技術是運動員的支撐腿向側蹬地，正確的動作是蹬地方向與支撐腿滑行方向相垂直，這是由輪滑鞋的幾何形狀特點不便向后蹬地和向前滑行速度大于支撐腿蹬伸速度決定的［1］。運動力學原理是由支撐腿蹬地的支撐反作用力使身體重心產生向側移動的加速度后在某一時刻把身體重心推到新的支撐腿上，使身體重心具有了向側移動的速度，身體重心向側移動的速度與身體重心在慣性滑進方向的速度合成一個新的速度(所謂“慣性滑進”是指在輪滑運動中運動員的身體重心由于運動而具有動能，當身體重心在運動的方向上不再受到支撐反作用力的時候，利用已有的動能克服運動方向上受到的阻力繼續(xù)滑進。支撐腿滑進的方向代表著身體重心具有的動能克服阻力運動的方向)，身體重心沿著新的速度方向前進(見圖1、圖2)。傳統的直道滑行是這樣，彎道交叉步滑行是這樣，雙蹬技術也不能違背這個基本原理。根據運動的合成與分解的平行四邊形定則:

圖1 輪滑直道前滑運動力學基本原理圖

圖2 右腳內刃蹬地動作結束一瞬間受力示意圖

2 以支撐腳為參考系

在描述一個物體的運動時，選來作為標準的另外的物體叫做參考系。在研究雙蹬技術的外刃蹬地動作的支撐反作用力是否使運動員的身體重心運動的速度增大時要設一個參考系。選擇不同的參考系來觀察同一個運動，觀察的結果會有不同。力是物體之間的相互作用，只要有力發(fā)生，就一定有施力物體和受力物體。在輪滑運動中施力物體是運動員、受力物體是地面。力相互作用的位置即支撐面是運動員的支撐腳(輪滑鞋的輪子)和瞬時支撐腳接觸的地面。雙蹬技術的外刃蹬地動作的支撐面只由一個支撐點構成，即外刃蹬地動作的支撐腳和地面之間的相互接觸點，平衡的類型是下支撐不穩(wěn)定平衡［5］。所以外刃蹬地動作的支撐腳同時起著兩個作用，一個作用是承載著身體重心，另一個作用是人體肌肉工作時骨杠桿的最終支點。運動員外刃蹬地時下肢肌肉遠端固定快速收縮使下肢各關節(jié)伸展，給地面施以力量，其中對地面的正壓力使得支撐腳與地面之間因靜摩擦力在蹬地力方向相對靜止不動，使得運動員外刃蹬地時支撐腿有了一個牢固的支撐點，地面反過來以彈力、摩擦力的合力給予運動員支撐反作用力，施力的效果是隨著下肢各關節(jié)伸展推動身體重心遠離支撐點。因此，研究外刃蹬地時身體重心在支撐反作用力方向的速度是否增大，應該以支撐點為參考系。但是支撐腳承載著身體重心，在整個外刃蹬地動作時間段，雖然在支撐腿慣性滑進方向上身體重心沒有受到支撐反作用力，身體重心相對于支撐點在支撐腳的腳尖方向上速度為零，由于慣性滑進在支撐腳的腳尖方向上身體重心相對于地面上的某一點仍然是向前運動的，支撐腳接觸地面的點不停地在改變，所以，不宜以支撐點做參考系。外刃蹬地動作是一點下支撐平衡、肌肉遠端固定，在蹬地力方向支撐腳與地面之間的靜摩擦力足夠大的情況下，施力的效果絕不是推動支撐腳遠離原來接觸的地面上的某一點，更不是推動支撐腳承載著身體重心在腳尖方向遠離原來接觸的地面上的某一點，以地面上的某一點做參考系更不合理。而作為構成支撐點的兩者之一的支撐腳在整個外刃蹬地動作時間段卻始終在身體重心受到的支撐反作用力的反方向上與地面之間因靜摩擦力相對靜止不動，所以，支撐腳可以代表支撐點，以支撐腳為參考系比較合理。在支撐腳的腳尖方向上身體重心相對于地面上的某一點有慣性滑進速度，設支撐腿慣性滑進方向為y軸。外刃蹬地時支撐反作用力的水平分力的方向與支撐腿的慣性滑行方向相垂直，以支撐反作用力的水平分力的方向為x軸。

3 外刃蹬地動作的步長為零

圖3 右腳外刃支撐受力分析示意圖

左右腳著地點之間在運動方向上的距離為步長［5］。以運動員右腳外刃蹬地為例，外刃蹬地動作的支撐反作用力方向與支撐腿的慣性滑行方向相垂直，身體重心受到了向側的支撐反作用力，并在這個側向力的作用下產生了加速度。如果在力作用一段時間后，身體重心向側運動的速度不為零，那么身體重心必然是在這個側向力作用的方向上做直線運動并遠離支撐腳。但是當外刃蹬地動作結束后，并沒有交換支撐腿、把身體重心推到新的支撐腿上形成一步、沿著合速度方向前進，而是進入外刃支撐轉變平刃支撐過程，身體重心又回到了原支撐腳正上方、由原支撐腿繼續(xù)支撐身體重心進入直線滑進階段。所以，從支撐腿開始向外側傾斜到由向外側傾斜轉變?yōu)榇怪边@段時間里，以支撐腳為參考系，步長為零，身體重心在支撐反作用力的水平分力方向上的位移為零，在支撐反作用力的水平分力作用的方向上身體重心的速度為零(見圖3)。

4 外刃蹬地動作所做的功

一個力對某一物體做了功，這個物體必然在力作用的方向上有位移，位移是用來表示質點的位置變動，設質點由初位置A運動到末位置B，從A指向B的有向線段AB，就可以用來表示質點在這次運動中發(fā)生的位移。以運動員右腳外刃蹬地為例，雙蹬技術外刃蹬地時運動員的身體重心在右腳上，因為沒有把身體重心從右腳沿著支撐反作用力的水平分力的方向推到左腳上，也就是沒有交換支撐腳，從運動員的支撐腿開始向外側傾斜到由向外側傾斜轉變?yōu)榇怪边@段時間里，以支撐腳為參考系，身體重心在支撐反作用力的水平分力的方向上相對支撐腳步長為零，位移為零，外刃蹬地動作在支撐反作用力的水平分力的方向上做的功也就為零。

5 外刃蹬地時動能的變化

要增加動能，質心運動的速度就要提高，Ek=1/2mv2。雙蹬技術外刃蹬地時的支撐反作用力是向側的、與支撐腿慣性滑進方向相垂直，雙蹬技術外刃蹬地動作因為沒有交換支撐腳，以支撐腳為參考系，身體重心在支撐反作用力的水平分力的方向上相對支撐腳位移為零，步長為零，速度為零。在慣性滑進方向上，假設各種阻力為零，因為身體重心沒有受到支撐反作用力，相對支撐腳速度為零，相對地面上的某一點速度大小也沒有變化，動能沒有改變。身體重心在支撐反作用力的水平分力的方向上速度為零，在慣性滑進方向上速度大小也沒有變化，雙蹬技術外刃蹬地時身體重心運動的合速度沒有增大，沒有增加動能。

6 結論

在假設各種阻力為零的條件下，以支撐腳為參考系，運動員外刃蹬地時身體重心在支撐反作用力的水平分力方向上位移為零，在支撐反作用力的水平分力作用的方向上身體重心的速度為零，支撐反作用力的水平分力所做的功為零，身體重心在支撐腿滑進方向上的速度大小沒有變化，動能沒有增加。以地面上的某一點做參考系，運動員外刃蹬地時身體重心在支撐腿滑進方向上的速度是利用已有的動能克服身體重心在運動方向上受到的阻力繼續(xù)滑進。

［1］于立強，孫維民，王煥.輪滑教育［M］.長春:吉林科學技術出版社，2008:46，32.

［2］孫顯墀，孫一.對速度輪滑直道雙蹬技術的探討［J］.冰雪運動，2006(6):29-31.

［3］常莉彬.對速度輪滑雙蹬技術結構的分析［J］.吉林體育學院學報，2006，22(1):58-59.

［4］劉靜春，費瑛.對速度輪滑雙蹬技術的認識［J］.吉林體育學院學報2008，24(6):45-46.

［5］體育學院通用教材運動生物力學編寫組.運動生物力學［M］.北京:人民體育出版社，2007:53，97，285.