短跑“高重心”起跑技術(shù)的力學(xué)分析

汪廣茂

（韶關(guān)學(xué)院 體育學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

多年來，為了能夠迅速提高短跑運動員的運動水平，全國各級科研所在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，做了很多努力，為提高我國短距離跑做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn).起跑技術(shù)是獲得短跑比賽勝利的第一步.起跑的好與壞能夠為加速疾跑段創(chuàng)造有利條件，保證在極短時間內(nèi)使身體獲得加速運動，并急速獲得最高速度.它的前提條件是，必須有力作用于運動員本身，來促使它完成這一系列的連貫動作.這個力就是起跑時腿的后蹬力與附加力的反作用力［1］.

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

通過對韶關(guān)學(xué)院體育學(xué)院等12位短跑運動員的研究，重點選中選鄒遠(yuǎn)樂（15.5 s）、譚明建（10.8 s）作為重點對象進(jìn)行了列表分析.

1.2 研究方法

（1）采用高速攝像機從人體側(cè)面水平方向拍攝照片，拍攝時在人體各主要關(guān)節(jié)以及腿部取出比例數(shù)據(jù)標(biāo)尺，通過圖片解讀分析儀分析，疊合成重心法，測定每位運動員身體重心、關(guān)節(jié)角度、丈量出實際數(shù)據(jù)與世界優(yōu)秀運動員進(jìn)行對照比較.

（2）依據(jù)力學(xué)原理，進(jìn)行模擬動作，用測力臺測出各相關(guān)部委的受力部分，對穩(wěn)定角及重心的影響，進(jìn)行運算推導(dǎo)，求出百米跑“高重心”起跑器的安裝方法.

（3）對12名運動員進(jìn)行起跑30米的實驗，分別加擺臂、擺腿，伸驅(qū)干的不同姿勢跑，用模擬試驗，依次求得身體各部位的數(shù)據(jù)，來論證起跑后蹬力與附加力的關(guān)系.

2 研究結(jié)果

依據(jù)照片、圖片以及數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合研究對象的基本情況，發(fā)現(xiàn)合理的起跑姿勢與身體重心的高低，力的分布與起跑器的安裝及附加力有著重要關(guān)系.

表1 研究對象基本情況

2.1 靜力學(xué)分析

（1）測定人體重心.依據(jù)矩合成原理，通過坐標(biāo)從原點至手的支撐點為50 cm左右，在人體中線上找出重心（預(yù)備姿勢），鄒遠(yuǎn)樂和譚明建兩人重心的垂直高度分別為58.32 cm和56.68 cm，與李輝、李晨、史密斯等3人的重心高度接近（用相同照片），通過解析儀分析認(rèn)定，誤差為1.2~2.6 cm（見表2）.

表2 與標(biāo)準(zhǔn)重心及臂肩差距的比較

（2）確定動作時的關(guān)節(jié)角度.通過對照片的測量取得關(guān)節(jié)角度的數(shù)據(jù)，下肢三大關(guān)節(jié)（髖、膝、踝）都處于最佳的發(fā)力角，前膝夾角95°~98°，后膝夾角119°~128°，他們的伸肌處于適宜的拉長和放松狀態(tài)，在蹬伸腿時可使前膝（主力腿）進(jìn)入135°左右的良好角度之內(nèi)，屬于標(biāo)準(zhǔn)擺動范圍.這樣做能盡可能使重心位置前移，身體前傾較大，手、足的支撐力也不一樣.在起跑一剎那，盡快地破壞靜平衡狀態(tài)，進(jìn)入動態(tài)過程，而下肢三大關(guān)節(jié)伸屈，為肌肉作爆發(fā)式工作創(chuàng)造了最有利條件，是“高重心”起跑的最大優(yōu)點（見表3）.

表3 與標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)角度比較

對12名學(xué)生運動員進(jìn)行30米起跑測試，采用兩種不同姿勢各練習(xí)6次，取平均數(shù)，進(jìn)行T檢驗.驗證“高重心”起跑姿勢是否優(yōu)越.

計算 T 值：Z1＝ΣZ1／n1，Z2＝ΣZ2／n2；S1＝；S＝（S1＋S2）／2；t＝

表4 兩種起跑姿勢成績比較

從表4可知，起跑距離為30米時“高重心”起跑姿勢比一般姿時平均快0.1 s，其中兩人成績相等.三人差0.01 s，進(jìn)一步說明高重心起跑姿勢對提高運動成績起著明顯的作用.

（3）起跑器的確定.通過對照片和實際測量分析，兩手臂與地面約成80°~85°，背部自然屈臀部高于肩部平均為17.5 cm，身體重心前移，兩手負(fù)擔(dān)約為體重的64%~65%，都在標(biāo)準(zhǔn)范圍.這樣向前的較大沖擊量，前穩(wěn)定角度小，容易破壞平衡.這種姿勢難度較大，要求手背有較強的支撐力量，而且在一定極限內(nèi)使身體前傾，既不會造成肌肉緊張，又能保證腿部肌肉進(jìn)行爆發(fā)式收縮（見表5）.

表5 全身重力分布情況

通過確定重心關(guān)節(jié)角度后，用正弦定理：a／sinA＝b／sinB＝c／sinC 和余弦定理：a2=b2＋c2－2bccos A 求出前、后起跑起與起跑線的距離，并適合運動員身材高矮推導(dǎo)出起跑器安裝的方法.起跑線至前起跑器的距離是：BH≈L1·1／3（±3）；起跑線至后起跑器的距離是：B′H≈L1·1／2（±3）.

2.2 動力學(xué)分析

對12名試驗對象依次進(jìn)行30米競速得模擬試驗（動量距原理）求出平均數(shù)據(jù)看“附加力”與后蹬力的關(guān)系（見表6）.

表6 附加力對后蹬力影響的平均值

由表6可知“附加力”對后蹬力的影響是很大的，后蹬力的反作用力是推動人體向前的動力，人體由于受后蹬力的反作用力而產(chǎn)生的動量變化，決定于后蹬力的大小和方向，同時還決定人體受后蹬力作用的時間.研究表明，前腿所具有的蹬力僅占全身力量的50%~60%左右.而“附加力”（擺臂、擺腿、申軀等）所增加的后蹬力也是重要因素之一.

（1）擺臂的作用.擺臂不僅能維持平衡，還能增加后蹬力和步幅，擺臂的速度與擺腿是一致的.試驗證明，人站在磅秤上迅速向上擺臂，磅秤的指針上升.從起跑靜止?fàn)顟B(tài)到動態(tài)過程中擺的速度越大，動量矩也就越大.因此，產(chǎn)生的“附加力”即增大了后蹬力.試驗結(jié)果，原地單足跳遠(yuǎn)加擺臂后，可增加14 cm，提高了8%.

（2）擺腿的作用.擺腿動作直接影響后蹬力量，后蹬角度，重心的平衡以及髖、腰的伸展，在擺腿過程中有兩個力（力矩）作用到人體上，一個力沿身體縱軸轉(zhuǎn)動，促使身體的一側(cè)向前轉(zhuǎn)動，另一個力沿人體的橫軸轉(zhuǎn)動，使人體后仰，促使后蹬推的蹬力加大，而前擺的動量則更直接地促使后蹬力量加大.在單足原地跳遠(yuǎn)實驗中，固定擺動推和放松擺動腿兩者比較，前者平均少12 cm，約占7%［2］.

（3）軀干伸展的作用.軀干采取弓的形式，有利于加大起跑的“附加力”，加大了加速運動的幅度，從二隊跑進(jìn)有利.同時，由此而帶來的重心前移更是結(jié)果期望的，其作用是減小前穩(wěn)定角，有利于快速起跑.實驗證明，申軀后可增加11 cm，提高了6%.因此，“附加力”的產(chǎn)生增加了后腿支撐的反作用力，從而加大了推動人體前進(jìn)的動力.

2.3 兩種起跑姿勢的動力學(xué)特點

（1）兩足離起跑線距離的長短.采用測離臺對50名學(xué)生進(jìn)行實驗，每人練習(xí)3次，求出平均數(shù)，看不同姿時期跑時兩腿所產(chǎn)生蹬力的大小進(jìn)行比較（見表7）.

表7 兩種不同姿時期跑時

由表7可知，兩足與起跑線距離的長短和兩腿蹬力起跑器的力量是相關(guān)的.在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，兩腿蹬力是隨距離加長而增大的.因為距離加長時，兩腿膝關(guān)節(jié)開放角度較大，能使蹬起跑器時發(fā)揮出較大的蹬力，同時兩足離起跑線距離大時，可使人體重心更多的前移，器跑時后蹬角度小，能產(chǎn)生較大的水平分力.

（2）兩腿膝關(guān)節(jié)開放角的大小.一般姿勢，膝關(guān)節(jié)開放角度小，前腿膝關(guān)節(jié)開放角度約90°，后腿膝關(guān)節(jié)開放角度約120°.后蹬力較小，同時伸直膝關(guān)節(jié)時所需要的時間較長，而產(chǎn)生蹬力起跑器時間也較長，較費力，使步頻減慢，但兩臂較省力.

而“高重心”姿勢兩腿膝關(guān)節(jié)開放角度大，前腿膝關(guān)節(jié)開放角度約90°~100°，后膝關(guān)節(jié)開放角度約130°~140°，伸膝動作幅度小，蹬地時間短，便于提高頻率，但是要有強有力的臂腿力量作前提.

（3）臀部位置的高低.一般姿勢起跑時重心較低，蹬離起跑器時重心上升幅度較大，過多的損失了推動人體向前的力量.發(fā)揮水平速度較慢，不利于提高速度.

“高重心”姿勢起跑時重心上升幅度較小，可使運動員在起跑時蹬力擠中在推動人體向前運動上，發(fā)揮水平速度較快，同時減少兩腿不必要的負(fù)擔(dān)，起跑時省力，對提高動作頻率有利［3］.

從兩種起跑姿勢的力學(xué)特點看，“高重心”姿勢優(yōu)越于普通姿勢，能夠從技術(shù)上保證在極短時間內(nèi)快速運動，使身體由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到動態(tài)，并形成正常、合理的疾跑要求［4］.

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

短跑的起跑技術(shù)是在大腦高度統(tǒng)一支配下，使身體各環(huán)節(jié)按指令所進(jìn)行的活動.其產(chǎn)生的內(nèi)力，按一定的時間、方向、速度、幅度等要求，集中作用于后蹬腿上.后蹬腿的角度、速度、幅度所處的時空位置越趨于合理，人體才越能獲得地面給人的反作用力.通過實地測量計算和照片圖片分析，證實“高重心”起跑姿勢是短跑特別是100米的一種符合力學(xué)結(jié)構(gòu)特點的最佳姿勢.

3.2 建議

（1）在實際操作過程中，“高重心”起跑的難度大于普通起跑姿勢，要求先不作起跑的蹬離起跑器動作，而反復(fù)練習(xí)靜姿，并調(diào)試前后起跑器的距離直至達(dá)到最佳姿勢狀態(tài).

（2）在練習(xí)過程中，先由學(xué)生自己體會，待掌握好最好的姿勢后蹬離起跑器跑出.反復(fù)試驗至熟練后，再統(tǒng)一聽信號作完整起跑30米距離的起跑.直至蹬出的第一步自然銜接整個加速過程而不失誤到熟練為止.

［1］張衛(wèi)紅.振動訓(xùn)練對肌肉力量和爆發(fā)力短期效應(yīng)的研究［J］.吉林體育學(xué)院學(xué)報，2010，26（4）：65-66.

［2］汪廣茂.幾種不同姿勢的跳遠(yuǎn)教學(xué)流程特點及分析［J］.田徑，2010（10）：46-49.

［3］汪廣茂，歷祥英.程序控制模式在挺身式跳遠(yuǎn)教學(xué)中的運用［J］.韶關(guān)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，33（2）：61-64.

［4］宋德海，巢曉春.力量訓(xùn)練方式發(fā)展研究［J］.貴州體育科技，2011（3）：50-54.