不同助跑速度起跳時(shí)支撐階段動(dòng)力學(xué)分析

常春芳，孫言銘

（畢節(jié)學(xué)院 體育學(xué)院，貴州 畢節(jié) 551700）

跑、跳著地緩沖技術(shù),是國(guó)內(nèi)生物力學(xué)界和田徑界多年來(lái)都在不斷探討和關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，從查閱的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料來(lái)看，國(guó)內(nèi)外學(xué)者雖然對(duì)人體在走、跑、跳等運(yùn)動(dòng)過(guò)程中著地支撐階段做了很多研究，但他們的研究較多集中于運(yùn)動(dòng)學(xué)方面。本研究試圖用動(dòng)力學(xué)的方法，全面的揭示二級(jí)運(yùn)動(dòng)員的跑、跳技術(shù)。運(yùn)用測(cè)力臺(tái)對(duì)運(yùn)動(dòng)員以不同速度跑、跳完成動(dòng)作時(shí)著地支撐階段支撐腿進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究，獲得運(yùn)動(dòng)員以不同速度跑、跳著地支撐階段支撐腿的力-時(shí)間變化曲線(xiàn)、力值變化特征、力-時(shí)間的變化曲線(xiàn)及力值變化特征之間的關(guān)系，找出運(yùn)動(dòng)員存在的薄弱環(huán)節(jié)，為基層教練員和運(yùn)動(dòng)員今后的訓(xùn)練提供一份翔實(shí)的數(shù)據(jù)和參考。提高人們對(duì)中等水平運(yùn)動(dòng)員技術(shù)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。從而豐富基層教練員的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，搞好基礎(chǔ)訓(xùn)練。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 受試對(duì)象

本研究的受試對(duì)象為西安體育學(xué)院田徑隊(duì)從事跑、跳項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員10人，性別:男，無(wú)病史，下肢未受過(guò)較大傷，測(cè)試時(shí)身體狀態(tài)良好。

1.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法

1.2.1 測(cè)試儀器:瑞士KISTLER三維測(cè)力臺(tái)（60cm×100cm×10cm）一臺(tái)。

1.2.2 測(cè)試的方法

實(shí)驗(yàn)中，每名受試者每個(gè)動(dòng)作重復(fù)做三次，即全力跑、跳各三次；次全力跑、跳各三次；低速跑、跳各三次。每次跑、跳后有足夠的休息時(shí)間，以確保運(yùn)動(dòng)員不疲勞。測(cè)力臺(tái)采樣頻率為500Hz。

備注:1.全力指發(fā)揮自己最大速度的跑（7.734～8.393 m/s）、最大速度助跑起跳（6.945～7.628 m/s）時(shí)的速度。

2.次全力指 2/3 全力跑（7.227～7.734m/s）、跳（6.389～6.945m/s）時(shí)的速度。

3.低速指 1/3 全力跑（6.751～7.227m/s）、跳（5.668～6.389m/s）時(shí)的速度。

在以下分析過(guò)程中，我們便沿用全力、次全力、低速此種表述方式。

2 結(jié)果與分析

在動(dòng)力學(xué)分析中，用Fz來(lái)表示垂直方向的分力，F(xiàn)y來(lái)表示水平方向的分力，F(xiàn)x來(lái)表示左右方向的分力［1］。本文足底垂直（Fz）方向的力—時(shí)間曲線(xiàn)特征階段劃分是根據(jù)前人對(duì)著地支撐階段的力—時(shí)間曲線(xiàn)特征的劃分所參考的［1］。第一波峰代表緩沖過(guò)程中受到地面沖擊載荷的最大值。第二波峰代表蹬伸過(guò)程中地面對(duì)人體的沖擊達(dá)到的最大值。兩峰之間的低谷點(diǎn)表示著地緩沖最大瞬間向蹬伸過(guò)度的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從著地到達(dá)到最高點(diǎn)為落地沖擊階段，從第一波峰最高點(diǎn)到第一波谷最低點(diǎn)為緩沖階段，從第一波谷最低點(diǎn)到結(jié)束為蹬伸階段。根據(jù)垂直方向力值波形和前人的研究,將力值波形劃分為三個(gè)階段，分別為沖擊階段、緩沖階段、蹬伸階段［2］。

圖1 李某第二次跑足底垂直反作用力值曲線(xiàn)圖

圖1AB段為著地沖擊階段，BC段為著地緩沖階段，CDE段為蹬伸階段，而D點(diǎn)是第二個(gè)波峰點(diǎn)，至E點(diǎn)受試者一次著地完成。

2.1 以不同速度跑、不同速度助跑起跳時(shí)足底垂直（Fz）反作用力值曲線(xiàn)的特征分析

Fz曲線(xiàn)反映了運(yùn)動(dòng)員起跳著板、緩沖、蹬伸階段在垂直方向上所受到的作用力的變化情況，垂直力值對(duì)于獲得較大的垂直速度起著決定性的作用。

圖2 受試者王某以不同速度助跑起跳時(shí)著板、緩沖、蹬伸階段的Fz-t曲線(xiàn)圖

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)以7.572 m/s的速度助跑跳時(shí)，受試者的第一波峰比較陡峭，踏板力值也較大，波峰力值平均為76.115 N/kg，達(dá)到第一波峰力值時(shí)，用時(shí)為0.0242 s；以6.614 m/s的速度跳時(shí)，波峰力值平均為58.702 N/kg，第一波峰相對(duì)就較為平緩，達(dá)到第一波峰力值時(shí)，用時(shí)為0.0273 s；以5.918 m/s的速度跳時(shí)，波峰力值平均為49.230 N/kg，達(dá)到第一波峰力值時(shí)，用時(shí)為0.0254 s，第一波峰介于兩者之間；隨著速度的減小第一波峰相對(duì)平緩、力值逐漸減小，這反映出跑速較大時(shí)動(dòng)作果斷有力，下肢肌群專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)發(fā)揮好，產(chǎn)生的制動(dòng)沖量較小，所以才形成一個(gè)力值大而時(shí)間又較短的波峰。

踏板腳著地支撐后，支撐腿的伸肌群進(jìn)行退讓性收縮，以抗衡由于快速上板所形成的強(qiáng)大沖擊力作用。當(dāng)伸肌群所產(chǎn)生的肌力足以抵抗外沖擊力值時(shí)，垂直力值便不再下降，從而形成了Fz波谷力值點(diǎn)［3］。因此，F(xiàn)z波谷力值的大小反映了運(yùn)動(dòng)員踏板腿伸肌群的力量，即運(yùn)動(dòng)員腿的支撐能力［3］。從Fz波谷力值來(lái)看。以7.572 m/s的速度助跑起跳時(shí)的Fz波谷力值為40.545 N/kg，以6.614 m/s的速度助跑起跳時(shí)的Fz波谷力值為40.54 N/kg，以5.918m/s的速度跑的Fz波谷力值為34.362 N/kg，隨著速度的減小，波谷力值逐漸減小。波谷力值的大小反映了運(yùn)動(dòng)員起跳腿伸肌群的肌肉力量，運(yùn)動(dòng)員需要較強(qiáng)的支撐能力才能獲得較大的波谷力值和較大的垂直沖量，從而獲得較大的起跳垂直速度。這再次說(shuō)明了運(yùn)動(dòng)員的支撐能力非常重要，受試者要想提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，就必須提高上板的速度和肌肉的離心收縮能力。

在此次分析中，以7.572 m/s的速度助跑起跳時(shí)第二波峰最高力值為55.675 N/kg，力值大，到達(dá)峰值時(shí)間較短，力值曲線(xiàn)較陡峭；以6.614m/s的速度助跑起跳時(shí)的第二波峰力值為49.438 N/kg，力值相對(duì)小，時(shí)間較長(zhǎng)，力值曲線(xiàn)相對(duì)平緩；以5.918 m/s的速度跳的第二波峰力值為38.181 N/kg，力值相對(duì)最小，時(shí)間最長(zhǎng)，力值曲線(xiàn)較平緩且有輕微的波動(dòng)。這說(shuō)明隨著速度的減小，受試者在踏跳時(shí)有“二次用力”現(xiàn)象（即起跳腳的穩(wěn)定性差），使水平速度在較大的下降后才有回升，從而影響了蹬伸的質(zhì)量。要想獲得較高的Fz第二波峰值，改善此階段的效果，運(yùn)動(dòng)員就要使身體重心積極前移，擺動(dòng)腿及雙臂積極有力的協(xié)調(diào)擺動(dòng)，加強(qiáng)起跳腿的蹬伸作用。從前面的分析我們知道起跳腿的蹬伸動(dòng)作在運(yùn)動(dòng)員獲得第二波峰力值之后，說(shuō)明Fz第二波峰力值的獲得不是由于起跳腿的蹬伸作用，而是運(yùn)動(dòng)員身體重心的積極前移和擺動(dòng)環(huán)節(jié)的積極有力的擺動(dòng)而獲得的。

圖3 受試者王某以不同速度跑時(shí)著板、緩沖、蹬伸階段的Fz-t曲線(xiàn)圖

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)以8.039 m/s的速度跑時(shí)，受試者的第一波峰比較陡峭，踏板力值也較大，波峰力值平均為34.873 N/kg，達(dá)到第一波峰力值時(shí)，用時(shí)為0.0225 s；以7.762 m/s的速度跑時(shí)，波峰力值平均為32.221 N/kg，第一波峰相對(duì)就較為平緩，達(dá)到第一波峰力值時(shí)，用時(shí)為0.0345 s；以7.209 m/s的速度跑時(shí)，波峰力值平均為28.132 N/kg，達(dá)到第一波峰力值時(shí)，用時(shí)為0.045 s，第一波峰介于兩者之間；隨著速度的減小第一波峰相對(duì)平緩、力值逐漸減小。Fz波谷力值、Fz曲線(xiàn)第二波峰同圖2得出的結(jié)論相同，即隨著速度的減小力值逐漸減小，時(shí)間逐漸增加，這反映出跑速較大時(shí)動(dòng)作果斷有力，下肢肌群專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)發(fā)揮好，產(chǎn)生的制動(dòng)沖量較小，所以才形成一個(gè)力值大而時(shí)間又較短的波峰。這再次說(shuō)明了運(yùn)動(dòng)員的支撐能力非常重要，受試者要想提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，就必須提高上板的速度和肌肉的離心收縮能力［5］。而圖2、圖3所不同的就是，圖2得出的力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于圖3得出的力值，F(xiàn)z曲線(xiàn)較圖3陡峭。

2.2 不同速度跑、不同速度助跑起跳時(shí)Fx力值與Fy力值曲線(xiàn)的特征分析

2.2.1 Fy-t曲線(xiàn)作為研究的內(nèi)容。

Fy方向力值波形的變化反映了支撐過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員水平方向上所受到的作用力的情況。從曲線(xiàn)的變化以及運(yùn)動(dòng)員水平方向受力的特性來(lái)看，運(yùn)動(dòng)員在水平方向上受到的主要是阻力，在支撐的水平方向主要受制動(dòng)力作用。

圖4 受試者何某以不同速度助跑起跳時(shí)著板、緩沖、蹬伸階段的Fy-t曲線(xiàn)圖

圖5 受試者何某以不同速度跑時(shí)著板、緩沖、蹬伸階段的Fy-t曲線(xiàn)圖

從圖4可以看出，隨著速度的減小，受試者的水平制動(dòng)階段所用時(shí)間逐漸增加，同時(shí)曲線(xiàn)第一波峰下降的趨勢(shì)逐漸平緩。這說(shuō)明要取得好的成績(jī)，起跳蹬伸的動(dòng)作就要積極，要把握好蹬伸的時(shí)機(jī)，同時(shí)加強(qiáng)起跳腿伸肌群的離心收縮能力，才能承受起跳著地時(shí)巨大的沖擊力，不錯(cuò)過(guò)最佳的蹬伸時(shí)機(jī)。隨著速度的減小，峰值逐漸增大，受到的水平制動(dòng)力逐漸增大。受試者要想減少水平制動(dòng)的時(shí)間，使起跳技術(shù)更加合理，就要在助跑的最后一步積極的下壓著地，雙臂以及擺動(dòng)腿的擺動(dòng)要更加積極，以便減少水平制動(dòng)力作用的時(shí)間，從而減小水平速度的損失，增加起跳的垂直速度與水平速度。

從圖5中我們可以看到，隨著速度的減小受試者的水平制動(dòng)階段所用時(shí)間逐漸增加，同時(shí)曲線(xiàn)下降的趨勢(shì)逐漸平緩，水平制動(dòng)力作用的時(shí)間逐漸增加。同圖4相比曲線(xiàn)較陡峭，這說(shuō)明以不同速度跑時(shí)較以不同速度跳時(shí)水平速度損失的少，即解釋了跑、跳的主要差異在于水平速度與垂直速度的利用多少。

2.2.2 Fx-t曲線(xiàn)作為研究的內(nèi)容。

圖6 受試者馮某以不同速度助跑起跳時(shí)著板、緩沖、蹬伸階段的Fx-t曲線(xiàn)圖

圖7 受試者馮某以不同速度跑時(shí)著板、緩沖、蹬伸階段的Fx-t曲線(xiàn)圖

Fx方向的分力代表的是側(cè)向的分力，反映了運(yùn)動(dòng)員支撐過(guò)程中左右方向上所受到的支撐作用力變化情況。如果運(yùn)動(dòng)員擺動(dòng)環(huán)節(jié)的擺動(dòng)時(shí)機(jī)較早，擺動(dòng)速度較大，運(yùn)動(dòng)員從著地到形成穩(wěn)固支撐的時(shí)間相應(yīng)就會(huì)短一些，從分析的結(jié)果來(lái)看，F(xiàn)x第一波峰時(shí)間（如圖6、圖7）和Fz第一波峰時(shí)間相差無(wú)幾，因此，運(yùn)動(dòng)員起跳腳著地后應(yīng)該立即進(jìn)行左右方向的調(diào)整，以保證形成穩(wěn)固的支撐，以便更好的完成跑、跳。當(dāng)受試者的支撐反作用力值處于峰值時(shí)，受試者的Fx力值波形出現(xiàn)頻繁的波動(dòng)現(xiàn)象，這說(shuō)明當(dāng)受到較大外力時(shí)，受試者的踝關(guān)節(jié)沒(méi)有足夠的力量來(lái)承受這種外力的作用。這種頻繁的波動(dòng)會(huì)極大的影響受試者的支撐效果，所以發(fā)展跑、跳運(yùn)動(dòng)員的踝關(guān)節(jié)力量可以有效的提高動(dòng)作的合理性與運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

3 結(jié)論與建議

3.1 不同速度跑、不同速度助跑起跳時(shí)，隨著速度的增大，跑、跳著地支撐時(shí)足底垂直（Fz）反作用力的力峰值逐漸增大，支撐時(shí)間逐漸減小，F(xiàn)z-t曲線(xiàn)出現(xiàn)雙波峰。全力跑、跳時(shí)動(dòng)作果斷有力，下肢肌群專(zhuān)項(xiàng)力量素質(zhì)發(fā)揮好，產(chǎn)生的制動(dòng)沖量較小，形成一個(gè)力值大而時(shí)間又較短的波峰。從支撐腿的支撐能力看，建議在今后的訓(xùn)練中，加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員的支撐緩沖能力訓(xùn)練，即肌肉的退讓性工作能力訓(xùn)練。這對(duì)提高成績(jī)和改進(jìn)技術(shù)至關(guān)重要。

3.2 不同速度跑、不同速度助跑起跳時(shí)，隨著速度的增大，跳著地支撐時(shí)足底前后（Fy）反作用力的力峰值逐漸減小，支撐時(shí)間逐漸減小；跑著地支撐時(shí)足底前后（Fy）反作用力的力峰值逐漸增大，支撐時(shí)間逐漸減小。相對(duì)于跳著地支撐時(shí)的Fy-t曲線(xiàn)，跑著地支撐時(shí)的Fy-t曲線(xiàn)力峰值較大，受到的水平制動(dòng)力較大。而跳著地支撐時(shí)足底左右（Fx）力峰值隨速度增大而增大，較跑著地支撐時(shí)足底左右（Fx）力峰值大，支撐能力弱。教練員應(yīng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)員自身情況合理安排運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練，在今后的教學(xué)訓(xùn)練中還應(yīng)該注意動(dòng)作的合理性，這比提高力量素質(zhì)更為重要，因?yàn)橹挥袆?dòng)作合理才能更好的發(fā)揮力量以及速度素質(zhì)。

［1］陳祥運(yùn).測(cè)力臺(tái)數(shù)據(jù)的采集分析與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［D］.南京:南京理工大學(xué)，2003.

［2］劉亞.對(duì)我國(guó)優(yōu)秀男子跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員起跳階段擺動(dòng)腿作用的研究［J］.中北大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2008，（02）.

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［4］董廣新.對(duì)短跑動(dòng)力的再認(rèn)識(shí)［J］.四川體育科學(xué)，2004，（1）:53-54.

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