三級跳遠運動員支撐期間下肢動作的運動學(xué)分析

赫秋菊

三級跳遠運動員支撐期間下肢動作的運動學(xué)分析

赫秋菊

(沈陽工程學(xué)院體育部,遼寧沈陽110136)

目的:主要探討三級跳遠運動員下肢起跳腿與擺動腿動作對運動成績的影響。方法:使用5部每秒60張畫面的攝像機(Canon ZR-60),以2010年全國青年田徑錦標(biāo)賽男女各8名運動員為受試者進行拍攝,采用Dempster(1955)建立的14個肢段、21個關(guān)節(jié)點的人體模型,通過愛捷運動解析系統(tǒng)實施二度空間的影片分析。結(jié)果與結(jié)論:①肌肉反應(yīng)系數(shù)男女三個階段均未達到相關(guān)意義;②女子起跳與跳躍階段較小的腿部勁度可增加階段距離表現(xiàn)(r=-0.716,r=-0.848,P＜0.05);③男子在起跳與女子在跨跳階段較小的膝關(guān)節(jié)勁度將有利于階段距離的獲得(r=-0.715,r=-0.821,P＜0.05);④髖關(guān)節(jié)并不是運動員在支撐階段緩沖垂直力量的關(guān)節(jié);⑤擺動腿角速度僅女子在跳躍緩沖與蹬伸階段與實跳距離達顯著相關(guān)意義,快速地擺動角速度將有利于運動成績提高(r=0.727,r=0.850,P＜0.05);⑥起跳腿與擺動腿夾角變化在三個階段均未達到顯著相關(guān)意義。建議:加強擺動腿訓(xùn)練將有利于垂直速度的獲得,提高運動成績。

下肢動作;腿部勁度;關(guān)節(jié)勁度;耦合角

三級跳遠有三次著地與起跳,其三個階段都是通過下肢腿部動作來完成著地與起跳動作,支撐階段過程中由于下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)伸肌必需完成增強式的收縮,而擺動腿動作將有助于減少水平速度損失與獲得較大的垂直速度[1-2],可知起跳腿的起跳與擺動腿的蹬擺能力對運動成績有著非常重要的影響[3-4]。目前國內(nèi)有關(guān)跳遠的研究大部分都是針對運動員的起跳與空中動作進行運動學(xué)和生物力學(xué)分析[5-6],很少對運動員支撐階段著地與起跳過程中下肢動作形態(tài)做相關(guān)性研究。因此本研究希望通過對下肢關(guān)節(jié)及擺動腿動作變化來探討影響成績的相關(guān)性,分析三級跳遠運動員支撐階段下肢動作技術(shù)的優(yōu)缺點,為教練員的訓(xùn)練工作提供參考。

相關(guān)操作性定義:①腿部勁度:支撐階段垂直最大力量與重心下降的垂直位移量的比值;②膝關(guān)節(jié)勁度:著地后最大地面反作用力與膝關(guān)節(jié)最大角位移的比值;③肌肉反應(yīng)系數(shù):支撐階段期間單位時間內(nèi)與垂直力量大小的比值;④擺動腿角速度:擺動腿單位時間內(nèi)角度的變化;平均垂直力量:支撐階段平均垂直力量,以沖量與動量的關(guān)系加以計算。本研究的局限:主要以攝像機拍攝運動員比賽情形,由于比賽場地?zé)o法埋設(shè)測力板裝置,因此垂直力量的獲得僅能以沖量與動量關(guān)系加以計算,所以無法獲得垂直力的最大與最小值,只能以平均垂直力量代表。

1 實驗步驟與方法

1.1 研究對象

以參加2010年全國青年田徑錦標(biāo)賽男女各8名運動員為受試者,并以運動員最佳一跳成績做分析,其中男子平均身高(1.77±0.04)m,平均年齡(21.12±1.64)歲,分析成績平均(15.01±0.0.43)m;女子平均身高(1.70±0.06)m,平均年齡(20.52±1.34)歲,分析成績平均(12.24±0.50)m。

1.2 實驗時間與地點

時間:2010年4月16—18日。

地點:河北石家莊市裕彤國際體育中心。

1.3 器材與設(shè)備

愛捷運動解析系統(tǒng)。Canon ZR-60攝像機5部。正方形比例板(1.0×1.0m)、腳架、皮尺等。

1.4 場地布置

攝像機架設(shè)在運動行進方向的右側(cè),攝像機鏡頭距離地面女子1.1m、男子1.2m,主光軸與跑道中線垂直,水平距離20m,以5部攝像機拍攝,分別位于起跳板后方7.5m、2.5m、起跳板前方3m、9m、15m。

1.5 資料搜集

第一部攝像機拍攝助跑最后6-10m,第二部攝像機拍攝助跑最后1-5m,第三部攝像機拍攝最后一步著地后起跳離地到跨跳著地動作過程,第四部攝像機則拍攝跨跳著地至跳躍著地,第五部攝像機拍攝跳躍著地至落于沙坑的過程。并于比賽前后分別在攝像機正前方助跑中線拍攝比例板。

1.6 資料處理和分析

影片資料的分析采用Dempster(1955)研究的人體模型所建立的14個肢段、21個關(guān)節(jié)點的人體模型,將各肢段質(zhì)量百分比及肢段重心位置輸入愛捷運動解析系統(tǒng)內(nèi),并對影片加以分析,獲得各關(guān)節(jié)點的座標(biāo),利用系統(tǒng)中數(shù)位濾波法,選取最佳截斷頻率將資料修勻,計算相關(guān)的參數(shù)資料。由攝影機拍攝后通過Media Studio Pro6.5截取影像,并由愛捷運動解析系統(tǒng)獲得運動員支撐階段下肢動作的運動生物力學(xué)參數(shù),以皮爾遜(Pearson)積差相關(guān)來探討各階段參數(shù)和距離之間的相關(guān)情況,其中顯著水平設(shè)在α=0.05。

2 研究結(jié)果與討論

2.1 肌肉反應(yīng)系數(shù)

表1中男女三個階段均以跨跳階段垂直力量值為最大,與學(xué)者龍躍玉等研究[3]比較發(fā)現(xiàn)在跨跳階段反應(yīng)系數(shù)有所差異(表2)。由于尤躍玉等人研究的受試者為男子,且是體育學(xué)院學(xué)生,并非專項運動員,而且垂直力量的獲得是以測力板測量,因此在技術(shù)層次與最大垂直力量獲得上的差異,造成與本研究之間不同反應(yīng)系數(shù)數(shù)值。與階段距離及實跳距離的相關(guān)性上,龍躍玉等研究在跨跳階段肌肉反應(yīng)系數(shù)與成績顯著相關(guān)(r=0.804,P＜0.01),而本研究男女在三個階段相關(guān)上則均未達顯著水平。

2.2 腿部勁度

勁度為單位變形所產(chǎn)生的力量,在許多人體或動物研究中將肌肉、肌腱、韌帶和骨骼視為一個復(fù)合彈性體,將產(chǎn)生或承受力量與長度變化稱為肢體勁度[7]。表3顯示,男女三個階段由于跨跳階段較大的垂直力量,造成該階段有最大的腿部勁度。而研究指出腿部勁度與著地角度將對跳躍距離造成影響,所以當(dāng)腿部勁度越大時重心下降距離變大,在緩沖時間較長的狀態(tài)下,不利于肌肉離心收縮動作,因此造成水平速度損失增加,不利于動作表現(xiàn)。與階段及實跳距離相關(guān)方面,僅女子在起跳與跳躍階段的腿部勁度與階段及實跳距離均顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.716,r=-0.848,r=-0.752),表明較大的腿部勁度并不會增加實跳距離。

表1 三個支撐階段肌肉反應(yīng)系數(shù)與階段、實跳距離相關(guān)表

表2 肌肉反應(yīng)系數(shù)比較表

表3 腿部勁度與階段及實跳距離相關(guān)表

2.3 膝關(guān)節(jié)勁度

表4顯示,膝關(guān)節(jié)勁度男女仍以跨跳階段最大,主要也是因跨跳階段較大的垂直力量,因此為了能有效緩沖垂直力量,以至于造成膝關(guān)節(jié)緩沖幅度增加。男子在起跳階段與階段距離達顯著相關(guān)意義(r=-0.715,P＜0.05),女子則在起跳階段與實跳距離及跨跳階段與階段距離達顯著負(fù)相關(guān)意義(r=-0.729,r=-0.821,P＜0.05),可了解女子在兩個階段較小的關(guān)節(jié)勁度,將能夠有效緩沖該階段垂直力量,進而轉(zhuǎn)換垂直沖量來獲得較好的距離表現(xiàn)。

表4 膝關(guān)節(jié)勁度與階段及實跳距離相關(guān)表

2.4 髖、膝、踝關(guān)節(jié)緩沖、蹬伸角度

表5、表6研究發(fā)現(xiàn)在三個階段起跳腿著地至緩沖點髖關(guān)節(jié)角度并非呈現(xiàn)逐漸下降的情況,表明髖關(guān)節(jié)并不是腳著地時下肢關(guān)節(jié)緩沖垂直力量的主要關(guān)節(jié),此結(jié)果與龍躍玉等人研究相同。而膝踝關(guān)節(jié)則呈現(xiàn)逐漸下降的情況,可知膝踝關(guān)節(jié)為主要緩沖垂直力量的關(guān)節(jié),膝關(guān)節(jié)在三個支撐階段以跨跳階段緩沖幅度最大男子(15.23±3.35)°、女子(17.28±4.63)°,主要原因是運動員在跨跳階段必須承受相當(dāng)大的垂直力量[8],因此為了能夠緩沖垂直力量以及彎曲更多角度來貯存彈性勢能,造成緩沖幅度較大,本研究進一步深入了解踝膝關(guān)節(jié)與膝髖關(guān)節(jié)之間的協(xié)調(diào)性,以角對角之間的關(guān)系來描述兩個關(guān)節(jié)間的偶聯(lián)關(guān)系,而以角對角兩點連線斜率定義的耦合角,其計算公式如下:coupling angle=tan-1[(yi+1-yi)/(xi+1-xi)]。其中yi為第i張影片踝或膝關(guān)節(jié)角度大小,xi為第i張影片膝或髖關(guān)節(jié)角度大小。耦合角為正值表示兩個關(guān)節(jié)同時伸展或同時彎曲,負(fù)值表示其中一個關(guān)節(jié)伸展,另一個關(guān)節(jié)彎曲。由圖1發(fā)現(xiàn)男女膝髖關(guān)節(jié)耦合角在緩沖階段出現(xiàn)負(fù)值,表明髖關(guān)節(jié)并非主要的緩沖關(guān)節(jié)。男子踝關(guān)節(jié)在起跳階段蹬伸期與階段距離顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.896,P＜0.05),女子髖關(guān)節(jié)在跨跳階段蹬伸期與階段距離顯著相關(guān)(r=0.730,P＜0.05),也就是說在跨跳階段推髖動作對于階段距離的獲得將有所幫助。

表5 男子運動員髖膝踝關(guān)節(jié)著地、緩沖與蹬伸角度表

表6 女子運動員髖膝踝關(guān)節(jié)著地、緩沖與蹬伸角度表

圖1 男女踝膝、膝髖關(guān)節(jié)耦合角變化圖

2.5 擺動腿角速度

起跳緩沖與蹬伸階段,擺動腿角速度變化越大,身體重心水平損失與垂直速度增加越大,成績表現(xiàn)越好[4]。本研究三個支撐階段男子以起跳階段蹬伸期、女子則以跳躍階段緩沖期擺動腿角速度最大,越快的擺動腿角速度,越可以加速通過緩沖期剎車階段,減少緩沖時間,減少水平速度損失,而且當(dāng)擺動腿達到與重力相等時,起跳腿負(fù)何所有的力量,能夠促進起跳腿由離心收縮轉(zhuǎn)換成向心收縮,有利于貯存肌肉的彈性勢能,形成較好的起跳蹬伸動作。表7顯示,僅女子跳躍階段緩沖與蹬伸期與階段及實跳距離顯著相關(guān)(r=0.727,r=0.850,P＜0.05),也就是說跳躍階段快速擺動腿動作將對成績表現(xiàn)有所影響。

表7 支撐階段擺動腿角速度與階段及實跳關(guān)系表

表8 支撐階段兩腿夾角與階段及實跳關(guān)系表

2.6 兩腿角度變化

起跳腿緩沖與蹬伸階段兩腿夾角變化,不僅可以用來衡量擺動腿的積極程度,而且反映身體重心水平速度與垂直速度變化之間有著密切關(guān)系[1,4]。本研究男女三個支撐階段兩腿夾角均以蹬伸期角度變化大于緩沖期,且以起跳階段為最大,表明運動員在起跳階段蹬伸期為了提高起跳垂直速度所以加大兩腿夾角以便獲得較好的起跳角度。與階段及實跳距離相關(guān)方面,男女在跨跳支撐階段兩腿夾角均與階段距離高度相關(guān)(r=0.629,r=0.667,P＜0.05),也就是說在跨跳階段增加兩大腿夾角可增加兩腿擺動幅度動作,因此提升垂直速度可增加距離表現(xiàn)。

3 結(jié)論

1)肌肉反應(yīng)系數(shù)男女三個階段均未達到相關(guān)意義。

2)女子起跳與跳躍階段較小的腿部勁度,可增加階段距離表現(xiàn)。

3)男子在起跳與女子在跨跳階段較小的膝關(guān)節(jié)勁度將有利于階段距離的獲得。

4)髖關(guān)節(jié)并不是運動員在撐階段緩沖垂直力量的關(guān)節(jié)。

5)擺動腿角速度僅女子在跳躍緩沖與蹬伸階段與實跳距離顯著相關(guān),快速的擺動角速度將有利于成績表現(xiàn)。

6)起跳腿與擺動腿夾角變化在三個階段差異不顯著。

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Influence of Lower Limb Motion of Triple Jumpers on Performance

HE Qiuju
(Sports Faculty Department,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning,China)

Purpose:The purpose of this study is to explore the influence of the motions of the takeoff leg and free leg on triple jump performance.Method:This study used five cameras with a speed of 60 frames per second to record the jumpers’performance in the 2010 National Youth Track and Field Championships.According the Dempster model(1955)to record 14-segments and 21-joint points on the jumpers’performance through the EIMG video analysis system to analyze the data.Result and Conclusion:The data of competitions were computed.According to the results,the conclusions are as follows:1)The muscle response coefficients in the three phases are not significantly correlated.2)The less leg stiffness during hop and jump phase,the longer the phase distance in females(r=-0.716,r=-0.848,P＜0.05).3)A lower degree of knee angular stiffness is beneficial to achieving greater phase distance during men jumpers’Hop phase and women jumpers’step phase(r=-0.715,r=-0.821,P＜0.05).4)The jumpers do not use the hip joint to alleviate the vertical force during support phase.5)The actual distance is significantly correlated with the speed of free legs only for females during the jump-buffer and pressing phases;in other words,a higher speed of the free legs results in better performance(r=0.727,r=0.850 P＜0.05).6)Changes in the intersection angle of the takeoff leg and free leg do not reach significance in all three phases.Suggestedion:It is suggested that strengthening the training of free leg will be good for acquirement of vertical speed to promote sport performance.

lower limb motion;leg stiffness;angular stiffness;coupling angle

G823.4

A

1004-0560(2013)03-0109-04

2013-04-05;

2013-05-15

赫秋菊(1963-),女,教授,主要研究方向為體育教學(xué)訓(xùn)練理論與方法。

責(zé)任編輯:郭長壽