我國優(yōu)秀男子標槍運動員最后用力階段“兩弓用力”特征的三維運動學(xué)研究

李建臣，文曉葉

“兩弓用力”是在對擲標槍項目進行大量運動學(xué)研究基礎(chǔ)上提出來的新概念，既是對傳統(tǒng)擲標槍“單弓用力”技術(shù)理論的創(chuàng)新，也是對該技術(shù)理論的發(fā)展。傳統(tǒng)擲標槍技術(shù)理論認為在投擲步結(jié)束右腳著地（以右手投擲為例）至標槍出手瞬間，運動員的整個身體會形成以“滿弓形、反弓形、背弓形、斜拉弓”等命名不同、指向相同的最后用力投擲姿勢，即“單弓用力”技術(shù)理論；然而“單弓用力”理論對投擲步引槍瞬間至最后用力開始瞬間，運動員上體向右后加大轉(zhuǎn)體、投擲臂盡量向右后方伸展，繼而形成“肩－髖－臂”依次扭緊的技術(shù)形態(tài)及技術(shù)發(fā)展趨勢，難以明確表述。而這一技術(shù)階段用“側(cè)向橫弓形”概念予以表述，不僅能準確地描述投擲技術(shù)的連續(xù)性，而且也清晰地表達了投擲動作的發(fā)展性。本文運用三維運動學(xué)方法對我國優(yōu)秀男子標槍運動員最后用力階段中“側(cè)向橫弓形”和“正向反弓形”所表現(xiàn)出的“兩弓用力”特征及相互關(guān)系進行分析，以期得出科學(xué)的量化指標，為運動員和教練員改進與完善技術(shù)提供依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以2012年全國田徑大獎賽天津站前8名的男子標槍運動員（因裁判員遮擋，1名運動員未拍到）為研究對象，對這些運動員最后用力階段中“側(cè)向橫弓形”（以下簡稱“橫弓形”）和“正向反弓形”（以下簡稱“反弓形”）所表現(xiàn)出的“兩弓用力”特征進行分析，運動員基本情況見表1。

1.2 研究方法

采用近景定機的三維攝像測量法，以便攜式星高鈦高速運動錄像采集系統(tǒng)現(xiàn)場定點跟蹤拍攝了7名運動員比賽中的完整投擲動作。一臺攝像機置于與助跑道右側(cè)呈45°的位置，距主光軸的焦點10.3m，另一臺置于助跑道的右前方距主光軸的焦點13.8m。2臺攝像機的主光軸夾角約90°相交于跑道中央縱軸線上投擲弧后3m的位置，鏡頭中心距地面1.2m。拍攝頻率100Hz。錄像分析軟件采用星高鈦－威德（SignalTECVideo）對錄像進行分析處理和數(shù)據(jù)計算。人體模型采用的是21點JapaneseM有重心人體模型。

表1 全國田徑大獎賽天津站男子標槍7名運動員基本情況

2 結(jié)果與分析

2.1 橫弓形和反弓形身體特征及相關(guān)階段、時相劃分

“橫弓形”的身體特征：交叉步結(jié)束右腳著地后，肩橫軸與髖橫軸充分扭緊，投擲臂盡量向右后方伸展與肩橫軸扭緊形成夾角時的橫向弓形動作?！胺垂巍钡纳眢w特征：最后用力至標槍出手，右臂翻肘與軀干形成夾角，身體轉(zhuǎn)至正對投擲方向，由投擲臂－肩－髖－膝－踝等關(guān)節(jié)連接形成的反弓形動作。為了便于分析，將交叉步后的投擲技術(shù)動作劃分為3個階段、5個時相。3個階段——橫弓形階段：（右腳著地—左腳著地）；反弓形階段：（左腳著地后—最大反弓形）；放弓鞭打階段（最大反弓形后—標槍出手）。5個時相：右腳著地瞬間R↓；重心移過右腳支撐點瞬間 H；左腳著地瞬間L↓；最大反弓形瞬間S；標槍出手瞬間O↑。

2.2 我國運動員橫弓階段身體相關(guān)環(huán)節(jié)運動學(xué)特征分析

2.2.1 橫弓階段髖轉(zhuǎn)角運動學(xué)特征分析

髖轉(zhuǎn)角是指髖橫軸在地面上的投影與投擲方向所形成的夾角（髖橫軸平行于投擲方向時為180°），其大小反映了轉(zhuǎn)髖的程度。從表2可以看出，我國運動員髖轉(zhuǎn)角平均為143°，最大的趙慶剛為155°，而最小的閆澤坤僅129°。髖轉(zhuǎn)角越小表明髖關(guān)節(jié)的扭緊狀態(tài)越差，可以看出我國運動員的髖轉(zhuǎn)角差距較大，7人中有4人的轉(zhuǎn)髖角小于平均值，表明他們在橫弓階段轉(zhuǎn)髖程度較小，不利于肩髖軸的扭緊狀態(tài)形成，從而影響橫弓形的用力效果。

表2 我國男子標槍運動員橫弓階段髖轉(zhuǎn)角及膝角不同時相數(shù)據(jù)

2.2.2 橫弓階段右膝角運動學(xué)特征分析

研究認為，標槍出手前倒數(shù)第2步右腳著地后在緩沖階段右膝關(guān)節(jié)應(yīng)保持基本無變化的適宜彎曲角度［1］。也就是說，右腿在“橫弓形”階段應(yīng)盡量減小緩沖幅度，將右膝關(guān)節(jié)角度的變化盡量控制在一個小范圍內(nèi)。其目的是盡快過渡到左腳著地，減少右腿著地的水平制動效果對助跑水平?jīng)_量的損失，為最后用力做適宜的準備。從表2可知，我國7名運動員在右腳著地瞬間的右膝角平均為（144±11）°，最大緩沖時為（112±17）°，平均減小了（32±11）°，趙鵬舉只減小了19°，是最少的，緩沖較大的有陳奇、閆澤坤和徐朝平，分別為43°、40°和44°。國外優(yōu)秀運動員在右腳著地瞬間到右腿最大緩沖瞬間，右膝角僅減小了2.9°，變化很小 。說明我國運動員右腿承受強大負荷的能力較弱，緩沖幅度大必然會導(dǎo)致用時長，影響左腿盡快著地動作。

2.2.3 橫弓階段軀干及投擲臂運動學(xué)特征分析

2.2.3.1 對橫弓階段軀干后傾角分析

軀干后傾角反映出在最后用力過程中軀干各時相的位置和超越器械的程度。由表3的數(shù)據(jù)可以看出，我國運動員右腳著地瞬間軀干后傾角平均為（27±4）°，基本符合軀干后傾角應(yīng)在25°～30°的適宜范圍［2］，說明在右腳著地瞬間我國運動員軀干后傾角基本合理，這樣可以為最后用力階段形成“兩弓形”姿勢創(chuàng)造良好的條件。其中陳奇、趙鵬舉和閆澤坤的角度偏小分別為23°、22°和24°，趙慶剛的后傾角34°最大，其次為孫長龍30°。這表明陳奇、趙鵬舉和閆澤坤在“交叉步”階段超越器械的程度不如趙慶剛和孫長龍等選手，導(dǎo)致他們在右腳著地時軀干后傾角較小。右腳著地后由于運動員開始蹬伸發(fā)力，髖關(guān)節(jié)向投擲方向推進的同時會引起上體有不同程度的抬高，軀干后傾角有適度的減小是正常的。從表3可知，左腳著地瞬間我國運動員軀干后傾角平均為（20±7）°，其中趙鵬舉的后傾角比右腳著地時不但沒減小，還有所增大。趙慶剛減小的值也比較少，到左腳著地時還有30°的后傾角，這表明他們能很好地控制住上體保持對器械的超越。相比之下孫長龍、閆澤坤2位選手后傾角減小的較大，孫長龍更是減小了20°，這表明他們使上體抬起沒有保持好“交叉步”階段獲得的對器械的超越。

表3 我國男子標槍運動員橫弓階段身體軀干后傾角特征變化情況 （°）

2.2.3.2 對軀干扭轉(zhuǎn)角運動學(xué)特征分析

軀干扭轉(zhuǎn)角是指肩橫軸和髖橫軸在投影平面的夾角，其大小為肩轉(zhuǎn)角與髖轉(zhuǎn)角的差值。通常肩髖扭轉(zhuǎn)角越大，說明運動員調(diào)動參與運動的肌肉越多。肩轉(zhuǎn)角與橫弓質(zhì)量關(guān)系密切，在一定范圍內(nèi)，肩轉(zhuǎn)角越大，“橫弓形”就拉得越緊，越能拉長參與用力的肌群長度。世界優(yōu)秀運動員軀干扭轉(zhuǎn)角平均為（34±12）°，從表4可以看出，我國運動員平均為（27±12）°，平均相差了7°，經(jīng)t檢驗二者差異顯著（P＜0.05），橫弓階段右腳著地瞬間，由于投擲臂向左后的引槍肩橫軸繞身體縱軸順時針方向旋轉(zhuǎn)，隨著右腿的蹬伸和左腿積極主動著地，髖橫軸會朝逆時針方向轉(zhuǎn)動，軀干扭轉(zhuǎn)角開始減小。世界優(yōu)秀運動員左腳著地瞬間平均減小到了（23±7）°，我國運動員平均減小到（20±7）°，經(jīng)t檢驗，二者差異顯著（P＜0.05）。在標槍出手瞬間世界優(yōu)秀運動員的軀干扭轉(zhuǎn)角平均減小到（6±4）°，我國運動員平均減小到（1±7）°，經(jīng)t檢驗，二者差異也顯著（P＜0.05）。進一步分析發(fā)現(xiàn)，軀干扭轉(zhuǎn)角在右腳著地瞬間最大的是陳奇為32°，30°以上的還有孫長龍和孫建軍，最小的是趙鵬舉，只有18°。我國運動員軀干扭轉(zhuǎn)角在“橫弓形”階段平均小于世界優(yōu)秀運動員，說明我國運動員在“橫弓形”階段軀干扭緊程度還需進一步提高。我國7名運動員中只有3人的右肩在標槍出手瞬間超過右髖，說明我國運動員多數(shù)出手時機相對較早，需要適當(dāng)改進出手動作。

表4 我國男子標槍運動員不同時相軀干扭轉(zhuǎn)角和橫弓角變化情況 （°）

2.2.3.3 對橫弓角運動學(xué)特征分析

橫弓角是指肩橫軸與投擲臂在身體的肩關(guān)節(jié)處形成的夾角，其大小是評價投擲臂引槍動作是否充分以及超越器械動作完成質(zhì)量高低的重要指標之一。通常情況下轉(zhuǎn)肩角越大，橫弓角就越大，橫弓就拉得更緊，加長了對標槍的加速距離，投擲效果就佳。由表4可知，在右腳著地瞬間我國運動員的橫弓角平均為（189±7）°，至左腳著地瞬間減小為（179±10）°，橫弓角呈逐漸減小的總趨勢，只有陳奇從右腳著地時的185°上升到了192°，趙慶剛和趙鵬舉雖然有較小的減少，但仍保持比較大的橫弓角。前面有提到趙慶剛、趙鵬舉在橫弓階段的右肘角相對較大，說明他們投擲臂控制得相對較好，引槍翻臂動作開始的時機相對較晚。其他4名運動員在左腳著地瞬間橫弓角都有較大減小，且都小于平均值。同時他們的右肘角也相對較小，說明較早開始引臂翻槍動作，縮短了標槍的用力距離。

2.2.3.4 對橫弓階段右肘角運動學(xué)特征分析

右肘角的大小反映了投擲臂引槍質(zhì)量的高低。由表5和表6可知，我國運動員右腳著地瞬間右肘角為（144±10）°，世界優(yōu)秀運動員平均為（151±10）°，左腳著地瞬間我國運動員為（118±15）°，世界優(yōu)秀運動員平均為（124±12）°。世界優(yōu)秀運動員在右腳著地瞬間的右肘角要比我國運動員大7°，經(jīng)t檢驗，二者存在顯著差異（P＜0.05），說明在這一階段，世界優(yōu)秀運動員引槍相對較為充分，而我國運動員在這方面略顯不足，除趙慶剛、趙鵬舉、孫建軍、徐朝平4人外，其他3名運動員的右肘角相對較小，肘部屈得較大，表明在左腳著地之前他們的右臂己經(jīng)拉槍，投擲動作開始較早。

表5 我國男子標槍運動員不同時相右肘角變化數(shù)據(jù) （°）

表6 世界優(yōu)秀男子標槍運動員不同時相右肘角變化數(shù)據(jù) °

2.3 對反弓階段軀干后傾角及右肘角運動學(xué)特征分析

軀干反弓角不僅能反映軀干工作距離的長短和軀干參與投擲工作的程度，還直接影響到投擲臂的鞭打效應(yīng)［3］?！白畲蠓垂彼查g我國運動員平均后傾角為（13±8）°，比左腳著地時小了（8±4）°，在形成“最大反弓形”的過程中，右肩向投擲方向轉(zhuǎn)動肘部上翻，上體會有一定幅度的抬起，這是正常的。從“最大反弓形”瞬間到器械出手在此期間要完成“放弓鞭打”最后用力動作，軀干傾角是減小幅度最大的階段，但運動員在此階段要盡量控制住上體和投擲臂不要提前發(fā)力。從左腳著地到“最大反弓形”瞬間軀干后傾角及右肘角變化大小可以反映出運動員投擲臂是否提前用力?！白畲蠓垂彼查g，后傾角最大的是趙慶剛25°，遠大于其他人，最小的為閆澤坤和孫長龍，分別為3°和4°，見表7。從左腳著地到“最大反弓”形成軀干后傾角變化最小的是孫建軍只減小了3°，趙慶剛只減小了5°，變化較小的還是孫長龍和陳奇。結(jié)合他們此階段的右肘角情況來看，從左腳著地到“最大反弓”瞬間保持最好的是趙慶剛、趙鵬舉、陳奇和孫建軍，共同變化小的有趙慶剛和孫建軍，表明他們投擲臂延遲用力的情況好于其他選手。

從表7可知，從左腳著地到標槍出手瞬間，軀干用力角最大的是趙鵬舉為36°，然后是趙慶剛和陳奇，分別為33°和30°，他們3個的成績也相對最好。說明他們在此階段軀干參與投擲工作的程度大、工作距離長，有利于發(fā)揮投擲臂鞭打效應(yīng)。能反映出投擲臂鞭打效應(yīng)的還有右肘角變化的大小，中外運動員右肘角的最小值大多出現(xiàn)在左腳著地至標槍出手瞬間的反弓和放弓階段。由表5和表6可以看出，我國7名運動員右肘角平均為（87±8）°，世界優(yōu)秀運動員平均為（92±9）°，經(jīng)t檢驗二者差異顯著（P＜0.05）。標槍出手瞬間，我國運動員在出手瞬間，右肘角平均為（149±16）°，比左腳著地瞬間平均增大31°，世界優(yōu)秀運動員右肘角平均為（154±8）°，除巴克利一人的右肘角減小，平均值比左腳著地瞬間增大了30°。經(jīng)t檢驗二者差異顯著（P＜0.05），說明我國運動員出手瞬間的右肘角雖然同左腳著地瞬間相比增大量與世錦賽選手差不多，但出手時肘部的伸展度不如世界優(yōu)秀運動員。

2.4 反弓和放弓階段左膝角運動學(xué)特征分析

據(jù)表8的數(shù)據(jù)可知，左腳著地瞬間我國運動員的左膝角平均為（170±4）°，且所有試擲都在160°～180°，最大是趙慶剛和閆澤坤均為174°。從表8可知：世界優(yōu)秀運動員左腳著地瞬間左膝角為（172±4）°，經(jīng)t檢驗沒有顯著性差異（P＞0.05）。在最大緩沖瞬間我國運動員左膝角平均為（137±6）°，平均下降了33°，世界優(yōu)秀運動員為（149±11）°，平均下降了23°，我國運動員比世界優(yōu)秀運動員下降的幅度要大，經(jīng)t檢驗兩者之間差異顯著（P＜0.05）。表明我國運動員膝關(guān)節(jié)蹬撐能力不如世界優(yōu)秀運動員強，影響了“放弓鞭打”階段的動量傳遞。

由表9可知，在出手瞬間世界優(yōu)秀運動員左膝角為（155±15）°，左膝緩沖幅度為6°。從反弓和放弓階段左膝角的變化情況看，我國運動員左膝的緩沖幅度明顯高于世界優(yōu)秀運動員，使得我國運動員反弓形柔性較大而剛性不足，從而影響了放弓的效果。

表7 我國男子標槍運動員反弓階段身體軀干后傾角及右肘特征變化情況 （°）

表8 我國男子標槍運動員不同時相左膝角度特征變化情況 （°）

表9 世界優(yōu)秀男子標槍運動員不同時相左膝角度特征變化情況 （°）

2.5 對橫弓階段和反弓階段右肩角運動學(xué)特征的分析

右肩角是右肘同右肩的連線與右髖同右肩的連線在右肩處所形成的夾角。它是衡量在最后用力中標槍的位置及“橫弓形”是否充分的重要指標，也是反映運動員“最大反弓”是否充分的主要標志。從技術(shù)上講，在“橫弓形”階段右肩角應(yīng)保持在90°左右基本不變或適度的增大，這樣有利于將標槍的姿態(tài)角控制在適宜的范圍內(nèi)保持標槍的相對穩(wěn)定和保持“橫弓形”的拉緊狀態(tài)。在“橫弓形”階段，從表10可知，我國運動員在右腳著地瞬間右肩角平均為（88±3）°，到左腳著地瞬間為（84±4）°，與世界優(yōu)秀運動員水平比存在有一定差距。結(jié)合擲標槍的技術(shù)圖片對我國7名運動員進一步分析發(fā)現(xiàn)，在右腳著地瞬間趙慶剛、陳奇、孫建軍這3名運動員右肩角基本處在較為適宜的范圍內(nèi)且變化也較小。右肩角變化幅度較大的是閆澤坤和徐朝平，閆澤坤右肩角在右腳著地瞬間較為適宜，從87°下降到79°，徐朝平從86°下降到80°。從技術(shù)圖片看，身體后傾的幅度在右腳著地瞬間較大的閆澤坤和徐朝平，當(dāng)身體重心通過右腳支撐點前后時，右臂沒繼續(xù)向左后拉引，開始右大臂較早地持槍上翻，導(dǎo)致右肩角變化較大，影響了標槍的穩(wěn)定性進而影響投擲成績。

表10 我國男子標槍運動員不同時相右肩角特征變化情況 （°）

2.6 最后用力中“兩弓”用力速度特征運動學(xué)分析

2.6.1 對身體重心、右髖、右肩速度的變化分析

從身體重心、右髖和右肩速度的變化曲線圖上看，我國選手的身體重心速度基本呈下降趨勢。身體重心速度在標槍最后用力階段的變化大致有2種類型（如圖1所示）：一種是以趙慶剛為代表的平穩(wěn)型，身體重心速度從左腳著地至標槍出手瞬間平穩(wěn)下降，在出手時達到最小值，曲線較為平緩，該類型的運動員還有徐朝平和趙鵬舉；另一種是起伏型，以陳奇為代表，主要特點是在左腳著地后身體重心速度迅速下降，在最大反弓時達到波谷，“放弓鞭打”時重心速度有一個比較大的提升，因此，曲線在“最大反弓”前后會有一個大的波谷，大部分運動員屬于起伏型。在左腳著地之前我國運動員右髖速度的峰值大多就已出現(xiàn)，到左腳著地瞬間前后基本上均在下降，右肩在右髖速度還沒上升達到峰值，甚至還處于下降階段就較早地開始加速超過了右髖速度。表明在最后用力階段我國運動員大多存在右肩和右髖加速時機過早的問題，在雙支撐之前，己開始不同程度的“鞭打”動作，破壞了“橫弓形”向“反弓形”用力轉(zhuǎn)換的節(jié)奏，使最大反弓形的“弓”沒拉緊就提前“放弓鞭打”，影響了投擲成績。

圖1 趙慶剛、陳奇身體重心、右髖、右肩速度變化曲線

2.6.2 運動員上肢環(huán)節(jié)和標槍速度的分析

從表11的數(shù)據(jù)可知：我國運動員從右腳著地瞬間至左腳著地瞬間，右肩、右肘、右腕的速度逐漸增大；左腳著地至標槍出手瞬間，右肩速度減小，右肘、右腕速度繼續(xù)增大，標槍速度迅速增加。在右腳著地時右肩的平均速度為（4.97±1.45）m／s，右肘、右腕、標槍的平均速度分別為（7.39±2.96）m／s、（6.40±2.08）m／s、（6.56±2.37）m／s，左腳著地時右肩的平均速度為（6.03±1.22）m／s，同時右肘、右腕、標槍的平均速度分別為（8.90±1.03）m／s、（8.42±0.94）m／s、（8.29±0.91）m／s。“最大反弓形”瞬間右肩平均速度為（6.08±1.07）m／s，同時右肘、右腕、標槍的平均速度分別為（10.12±1.09）m／s、（11.68±1.43）m／s、（12.26±1.59）m／s，從投擲臂鞭打用力的機制來看，各環(huán)節(jié)速度逐漸增大，說明發(fā)力順序較為合理。

表11 我國男子標槍運動員最后用力階段上肢各環(huán)節(jié)速度變化情況 m／s

3 結(jié)論

1）從生物力學(xué)度角度提出了“兩弓用力”技術(shù)概念與特征，表明形成“橫弓形”和“反弓形”能最大限度地拉長肌肉的初長度，提高肌肉興奮性，實質(zhì)是利用了肌肉彈性勢能產(chǎn)生、儲存與轉(zhuǎn)換及再釋放的能力。

2）我國運動員在“橫弓形”階段右腳著地時身體姿勢不佳，存在髖橫軸轉(zhuǎn)角小、左踝落后于右踝、左膝不夠伸展、右膝緩沖幅度較大的問題，導(dǎo)致單支撐緩沖階段用時長，不利于左腿的盡快著地和影響“橫弓形”的效果。

3）我國運動員在”橫弓形”階段身體重心水平速度的損失較大，在左腳著地至標槍出手瞬間身體重心水平速度偏低，保持和加速身體重心速度的能力與世界優(yōu)秀運動員相比有較大差距。

4）“反弓形”階段我國大部分運動員存在的關(guān)鍵問題是右肘彎屈過大和提前用力，過早開始拉槍翻臂，導(dǎo)致右肩角變化較大，影響標槍的穩(wěn)定性；使“最大反弓”形成得不充分，縮短了標槍的加速距離，對力量的傳遞產(chǎn)生不利影響。

5）我國運動員在最后用力階段大多存在右髖和右肩加速時機較早的問題，在形成“反弓形”之前，沒有延緩?fù)稊S臂加大“橫弓形”，破壞了“橫弓形”的彈性勢能向“反弓形”轉(zhuǎn)換的節(jié)奏，導(dǎo)致最后用力效果大大減弱?！胺殴薮颉睍r多數(shù)運動員的投擲臂用力順序較為合理，存在著身體重心減速與投擲臂鞭打加速失調(diào)的問題。

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