競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速與技術(shù)效率的實(shí)驗(yàn)研究

楊虎強(qiáng)

1 前言

競(jìng)走項(xiàng)目具有距離長(zhǎng)、負(fù)荷大、動(dòng)作周期性突出、技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。在競(jìng)走比賽中，要取得優(yōu)勝運(yùn)動(dòng)員必須加快速度，而速度的加快又受到競(jìng)走技術(shù)中兩個(gè)獨(dú)特的規(guī)則所限制，即“必須始終保持至少有一只腳與地面接觸；前腿從著地的瞬間起直到垂直位置必須始終伸直，膝關(guān)節(jié)不能彎曲”[1]。我們知道，速度是由步長(zhǎng)與步頻決定的。步長(zhǎng)是左右兩腳跟(腳趾)之間的距離[2]。它受運(yùn)動(dòng)員的腿長(zhǎng)、下肢關(guān)節(jié)靈活性的影響；步頻是兩腿在單位時(shí)間內(nèi)交替的次數(shù)，是由連續(xù)完成每一步所需要的時(shí)間決定[2]。它受到神經(jīng)系統(tǒng)靈活性、快肌纖維的比例、肌肉力量以及動(dòng)作協(xié)調(diào)性的影響。因此，競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員獲得勝利在很大程度上與其技術(shù)效率有著密切的關(guān)系，競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員技術(shù)的合理化與最佳化是取得勝利的關(guān)鍵因素之一。如何保證競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員在全程競(jìng)走中相對(duì)平穩(wěn)而又合理的走速，并且不會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)動(dòng)作變形而被取消比賽資格就顯得尤為重要。但在賽場(chǎng)上往往會(huì)出現(xiàn)各種意想不到的干擾因素，例如有的運(yùn)動(dòng)員突然加速、觀眾的加油吶喊聲以及在沖刺過程中或追趕他人時(shí)都會(huì)可能打亂自己的比賽節(jié)奏，比賽節(jié)奏的破壞必然會(huì)引起速度的變化，速度的變化就會(huì)引起技術(shù)動(dòng)作的變化。研究表明，競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的突然提速，會(huì)引起裁判員的注意，舉牌的可能性也就會(huì)大大地增加[3]。因此，為了能使競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員既保持一定的競(jìng)走速度，而又不會(huì)因?yàn)樗俣鹊募涌於斐杉夹g(shù)的變形。筆者通過對(duì)競(jìng)走速度與生物力學(xué)技術(shù)之間的關(guān)系的分析，試圖解釋競(jìng)走技術(shù)各重要變量之間的相互聯(lián)系，旨在為教練員改進(jìn)與完善運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作、提高競(jìng)走成績(jī)提供理論參考。

2 研究對(duì)象

劉某某，女，身高1.61m，體重46.5kg，競(jìng)走一級(jí)運(yùn)動(dòng)員。該運(yùn)動(dòng)員分別以3種不同的速度(低速、中速和高速)在標(biāo)準(zhǔn)的400m田徑場(chǎng)地上走完400m全程。

3 研究方法

3.1 圖像解析法

在比賽現(xiàn)場(chǎng)采用日本產(chǎn)SNOY NEX-VG20E高速攝像機(jī)分別對(duì)該運(yùn)動(dòng)員3種不同走速的途中技術(shù)進(jìn)行拍攝。攝像機(jī)置于跑道的外側(cè)，距跑道垂直距離為8m，攝像機(jī)高度為1.20m，拍攝頻率為200Hz。采用平面定點(diǎn)拍攝運(yùn)動(dòng)員的4個(gè)復(fù)步動(dòng)作。

采用SIMI Motion 3D運(yùn)動(dòng)圖像解析分析系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行解析，以便獲取必要的運(yùn)動(dòng)技術(shù)參數(shù)。

3.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

用Excel 2007與SPSS12.0軟件對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)的統(tǒng)計(jì)處理，然后進(jìn)行數(shù)值化分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 基本指標(biāo)的變化分析

根據(jù)研究需要，確定運(yùn)動(dòng)員的一個(gè)復(fù)步步長(zhǎng)、相對(duì)步長(zhǎng)(步長(zhǎng)/身高)、騰空時(shí)間、重心波動(dòng)及質(zhì)心水平速度等六項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員技術(shù)變化的基本指標(biāo)。對(duì)這些技術(shù)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行分析，試圖說明3種不同走速與技術(shù)動(dòng)作之間的相互變化。

表1 不同走速下運(yùn)動(dòng)技術(shù)指標(biāo)的變化比較

從表1可以看出，隨著競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速由第1種(低速)的3.568m/s增加到第2種(中速)的3.872m/s，再增至第3種(高速)的4.163m/s，運(yùn)動(dòng)員的步頻也明顯加快，由第1種(低速)的198.0步/min增加到第2種(中速)的211.0步/min，再到第3種(高速)的223.2步/min，運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)保持相對(duì)穩(wěn)定，變化不大，從第1種(低速)的1.128m增加到第3種(高速)的1.151m，增加了2.3cm。因此，競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員的步頻與走速具有良好的線性關(guān)系。也就是說運(yùn)動(dòng)員要提高走速主要是以加快步頻為主，而步頻的加快往往會(huì)出現(xiàn)騰空現(xiàn)象，雙腳支撐階段就不復(fù)存在，造成犯規(guī)。參考騰空時(shí)間與走速的關(guān)系不難發(fā)現(xiàn)，隨著運(yùn)動(dòng)員走速的提高，騰空時(shí)間沒有明顯的變化，說明運(yùn)動(dòng)員走速的提高，步頻的加快主要是通過減少支撐時(shí)間完成的。同時(shí)，走速與運(yùn)動(dòng)員身體重心的波動(dòng)不呈現(xiàn)線性關(guān)系。第1種走速(低速)下，運(yùn)動(dòng)的重心波動(dòng)為5.6m，小于第3種走速(高速)6.1cm而大于第2種走速(中速)4.4cm，說明競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員在競(jìng)走過程中身體重心的上下波動(dòng)與速度的快慢不成線性關(guān)系，身體重心的控制主要依賴于運(yùn)動(dòng)員競(jìng)走的技術(shù)的合理性。

4.2 下肢技術(shù)的變化分析(見表2、表3)

表2 下肢技術(shù)參數(shù)的變化比較(1)

表3 下肢技術(shù)參數(shù)的變化比較(2)

從表2、表3可以看出，競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員隨著走速的加快，支撐總時(shí)間由第1種(低速)的265ms下降至第3種(高速)的226ms，下降了30ms。其中，前蹬時(shí)間由第1種(低速)97ms下降到第3種(高速)78ms，下降了19ms；后蹬時(shí)間由第1種(低速)的168ms下降到第3種(高速)的148ms，下降了20ms。而且前蹬時(shí)間與后蹬時(shí)間下降的絕對(duì)值比較接近。對(duì)競(jìng)走而言，由于后蹬時(shí)間比前蹬時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，因而前蹬時(shí)間下降的相對(duì)值比后蹬時(shí)間下降的較大。由此可見，競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速的加快主要是減少了前后的支撐時(shí)間。當(dāng)然，支撐時(shí)間的減少，就是步頻的加快，這與上述分析的結(jié)果相一致。從支撐腿的前蹬角度與后蹬角度來看，隨著競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速的加快，前蹬角度與后蹬角度變化不大。也就是說運(yùn)動(dòng)員的步長(zhǎng)基本保持不變，以保持技術(shù)動(dòng)作的穩(wěn)定性，防止技術(shù)變形，造成犯規(guī)。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)員身體重心在垂直位置時(shí)的直腿時(shí)間，隨著速度的加快，也在不斷地減少。第1種(低速)的200ms，下降到第2種(中速)的183ms，再下降到第3種(高速)的178ms，說明競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員減少支撐腿的直腿時(shí)間是為了進(jìn)一步加快步頻，提高走速。從運(yùn)動(dòng)員大腿的最大擺動(dòng)角度變化來看，第1種(低速)的55.5°，第2種(中速)的57.3°，第3種(高速)的53.7°變化基本不大；而且大腿最大擺角與走速并不呈現(xiàn)線性關(guān)系，這與運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)特征有關(guān)。但隨著走速的提高，運(yùn)動(dòng)員大腿的擺動(dòng)速度明顯加快。由第1種(低速)的248.1°/s增加到第2種(中速)的259.2°/s ，再增加到第3種(高速)的311.4°/s，增加幅度達(dá)到63.3°/s。因此，隨著走速的提高，運(yùn)動(dòng)員大腿的擺動(dòng)角速度也不斷增大。增大大腿擺動(dòng)角速度也意味著運(yùn)動(dòng)員步頻的加快。從小腿折疊角度來看，隨著運(yùn)動(dòng)員走速的提高，小腿折疊角度明顯減少。由第1種(低速)的20.1°減小到第2種(中速)的17.6°，再減少到第3種(高速)的12.4°，減少幅度為7.7°。大小腿折疊的角度越小，說明大小腿折疊的越緊，向前擺動(dòng)的半徑越小，擺動(dòng)的速度越快。同時(shí)，大小腿(膝關(guān)節(jié))折疊的速度增加，由第1種(低速)445.2°/s增加到第2種(中速)的458.8°/s ，再增加到第3種(高速)的498.0°/s，增加幅度為52.8°/s。大小腿折疊的緊與折疊的快，都是為了加快大腿向前擺動(dòng)的速度，以提高走速。

圖1是競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員3種不同走速條件下右腿從腳著地瞬間到腳離地瞬間的髖關(guān)節(jié)角速度變化曲線。從曲線可以看出，從腳著地瞬間(第1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))到腳離地瞬間(最后1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))，髖關(guān)節(jié)角速度的變化為：由于支撐時(shí)間短，第3種(高速)比第1種(低速)和第2種(中速)的數(shù)據(jù)點(diǎn)少，第1種(低速)的支撐時(shí)間最長(zhǎng)，髖關(guān)節(jié)曲線波峰變化大，表明角速度變化范圍較大，說明髖關(guān)節(jié)快速伸展；曲線“平坦”，表示角速度變化范圍較小，說明髖部肌群缺乏向前的動(dòng)量產(chǎn)生。也就是說，運(yùn)動(dòng)員采取第1種(低速)走速，髖部肌群缺乏有力的投入運(yùn)動(dòng)，沒有做出積極的伸髖動(dòng)作；第2種(中速)走速直到支撐階段結(jié)束時(shí)，才表現(xiàn)出與第3種(高速)走速相似的曲線形式。

圖1競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員3種不同走速在中間站位階段右髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度比較

4.3 擺臂與軀干的變化規(guī)律

手臂擺角為上臂與軀干的夾角。前擺為正值，后擺為負(fù)值；軀干的傾角為第七頸椎與會(huì)陰點(diǎn)之間的連線與垂直軸之間的夾角[2]。前傾為正值，后仰為負(fù)值。

表4 擺臂與軀干傾斜的變化

從表4可以看出，隨著運(yùn)動(dòng)員走速的提高，手臂的前擺角度由第1種(低速)的27.8°變?yōu)榈?種(中速)的25.6°，再變?yōu)榈?種(高速)的32.3°；手臂的后擺角度由第1種(低速)的71.1°變?yōu)榈?種(中速)的56.7°，再到第3種(高速)的68.6°。從手臂擺動(dòng)角度的變化來看，走速與手臂擺動(dòng)的角度并不成線性關(guān)系。但是，手臂擺動(dòng)的速度明顯增加，前擺速度由第1種(低速)的512.1°/s增加到第2種(中速)的541.6°/s ，再增加到第3種(高速)的568.7°/s；后擺速度由第1種(低速)的518.2°/s增加到第2種(中速)的533.4°/s ，再增加到第3種(高速)的587.6°/s。其中，手臂前擺的幅度增加為56.6°/s ，后擺的幅度增加為69.4°/s，說明隨著走速的提高，手臂前后擺動(dòng)的速度都在增加，而后擺的擺動(dòng)速度增加幅度比前擺更大。這是由于通過積極有力的后擺，以推動(dòng)軀干快速的前移；而且，通過積極有力的后擺以抵消因大腿有力前擺而造成的人體向后的慣性力矩，以保障運(yùn)動(dòng)員身體重心更加平穩(wěn)地向前移動(dòng)而保持身體平衡。

從運(yùn)動(dòng)員軀干傾角變化來看，不同的走速，運(yùn)動(dòng)員的軀干傾角會(huì)有不同的變化。在第1種(低速)與第2種(中速)條件下，運(yùn)動(dòng)員的軀干都有前傾和后仰。而在第3種(高度)條件下，運(yùn)動(dòng)員軀干的后仰消失了，在一個(gè)完整的周期(一個(gè)復(fù)步)中，軀干始終保持前傾。因此，競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員軀干傾角與其走速有一定的相關(guān)性，低速與高速對(duì)軀干的傾角有顯著性影響。這可能是由于步頻加快，軀干需要前傾以做“代償”，保持身體平衡。

5 結(jié)論

(1)隨著競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速的提高，步頻明顯加快，而步長(zhǎng)變化不明顯。在競(jìng)走中騰空時(shí)間極短且?guī)缀醣３植蛔儯虼瞬筋l的加快主要是減少前后的支撐時(shí)間。而前后支撐時(shí)間的絕對(duì)值減少幾乎一致，前支撐時(shí)間的相對(duì)值減少較大。

(2)隨著競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速的提高，前蹬角、后蹬角、上肢與下肢的擺動(dòng)幅度以及身體重心的上下波動(dòng)變化均不明顯。但是，大小腿的折疊程度加深，小腿折疊速度明顯增加，大腿前擺速度加快。上臂的擺動(dòng)速度明顯加大，而且上臂擺動(dòng)速度大于大腿擺動(dòng)速度，這是為了平衡大腿快速擺動(dòng)所產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)力矩。由于大腿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，上臂的慣量小，上臂必須通過快速擺動(dòng)，才能平衡慣性力矩。

(3)隨著競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速的提高，運(yùn)動(dòng)員的軀干后傾逐漸消失。在高速中運(yùn)動(dòng)員的軀干向前傾斜，在一定程度上增加了后蹬的力量，有利于增加向前的推力。但是，軀干的前傾會(huì)造成身體有向前的傾覆力矩。為了保持平衡，在一定程度上會(huì)加快大腿向前的擺動(dòng)速度與手臂的向后擺動(dòng)速度，以克服身體向前的傾覆力矩。

(4)由于本研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象僅為一名女子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員，研究結(jié)果會(huì)存在一定的局限性。不過，根據(jù)英國(guó)著名學(xué)者布萊恩·漢雷(Brian Hanley)、安德魯·德瑞克(Andrew Drake)和阿薩那西奧斯比薩斯(Athanassios Bissas)對(duì)20km女子、20km男子和50km男子競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員走速與步長(zhǎng)、步頻關(guān)系的研究表明，女子更多地依賴增加步頻而提高走速，男子更多地是增加步長(zhǎng)提高走速[6]。因而男女競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員可能存在差異。

[1] 中國(guó)田徑協(xié)會(huì).田徑競(jìng)賽規(guī)則(2014—2015)[M].北京:人民體育出版社,2014.

[2] 劉生杰.田徑運(yùn)動(dòng)技術(shù)診斷與分析[M].北京:中國(guó)社會(huì)出版社,2011.

[3] 單信海.運(yùn)動(dòng)技術(shù)診斷學(xué)[M].濟(jì)南:齊魯音像出版社,2004.

[4] 王林.我國(guó)高水平20km競(jìng)走運(yùn)動(dòng)員技術(shù)的研究[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2007,30(7):979～982.

[5] 牽世明,石風(fēng)莉.不同走步姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)對(duì)比分析[J].天津體育學(xué)院學(xué)報(bào),2007,22(6):505～508.

[6] 布萊恩·漢雷,安德魯·德瑞克,阿薩那西奧斯比薩斯.高水平競(jìng)走的生物力學(xué)：技術(shù)分析和疲勞效應(yīng)[J].田徑運(yùn)動(dòng)新研究,2008(4):17～25..