優(yōu)秀女子跳高運動員助跑、起跳階段運動學比較分析

1.成都工業(yè)學院，四川 成都 611730；2.中國民航飛行學院，四川 廣漢 618301；3.四川省運動技術學院，四川 成都 610041

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優(yōu)秀女子跳高運動員助跑、起跳階段運動學比較分析

Comparative Analysis of Elite Female High Jumpers’ Kinematics in the Run-up nd Take-off Phase

1.成都工業(yè)學院，四川 成都 611730；2.中國民航飛行學院，四川 廣漢 618301；3.四川省運動技術學院，四川 成都 610041

張艷1，張建2，程亮3

ZHANG Yan1，ZHANG Jian2，CHENG Liang3

摘要：探討優(yōu)秀女子背越式跳高運動員動作的運動學特點，比較健將(n=6)與一級組(n=8)在助跑、起跳階段運動學參數(shù)差異，為運動員科學訓練提供定量依據(jù)。對身高、體重相配匹的健將和一級組成功完成的背越式跳高全過程進行三維錄像拍攝，Simi Motion9.01采集的運動學數(shù)據(jù)進行組間獨立樣本t檢驗，并與成績進行person相關分析。結果顯示：(1)助跑階段：健將組倒3步、2步、1步重心合速度顯著大于一級組(P<0.05)，倒1步后傾角顯著小于一級組(P<0.05)；(2)起跳階段：健將組內(nèi)傾角變化幅度、起跳腿髖關節(jié)蹬伸幅度、重心變化幅度非常顯著大于一級組(P<0.01)，起跳腿著地時相重心垂直速度、離地時相重心高度顯著大于一級組(P<0.05)；(3)倒1-3步重心合速度、起跳蹬伸過程髖、踝關節(jié)角度、內(nèi)傾角和重心高度變化幅度與成績顯著正相關；倒1步后傾角、起跳時相擺動腿角速度、起跳腿著地時相內(nèi)傾角與成績顯著負相關。

關鍵詞：女子；背越式跳高；運動學分析；助跑；起跳

跳高是一項技術性強的田徑項目[1]。在1989年我國運動員金玲保持了1.97m女子背越式跳高亞洲紀錄(之后2009年被哈薩克斯坦名將瑪麗娜·愛托娃打破，1.99m)，隨后的20多年我國女子跳高水平停滯不前，隨著福建名將鄭幸娟跳出1.95m的好成績(2014年)，我國女子跳高水平又進入亞洲前列，但是與世界紀錄(2.09m)差距較大。同時，作者查閱文獻發(fā)現(xiàn)，目前對于女子跳高的運動學研究，有學者總結了優(yōu)秀運動員的技術模型[2-3]，或對兩個運動員間參數(shù)進行對比[4-5]，或分析國內(nèi)與國外優(yōu)秀運動員的差異[6-8]。而對國內(nèi)健將與一級運動員運動學參數(shù)的比較缺乏研究。為此，本研究現(xiàn)場拍攝了2013年全國田徑大獎賽廣東肇慶站女子背越式跳高決賽，通過比較健將與一級運動員技術動作在助跑和起跳階段運動學參數(shù)差異，分析與成績的相關性，找出運動員技術動作的不足，為科學訓練提供定量依據(jù)。

1對象與方法

1.1對象

以2013年全國田徑大獎賽廣東肇慶站14名優(yōu)秀女子背越式跳高運動員為研究對象，包括福建名將鄭幸娟(1.88m)。根據(jù)測試成績劃分為健將組(n=6，年齡23.2±3.7歲，身高179.5±4.2cm，體重56.9±6.0kg，測試成績1.84±3.10m)和一級組(n=8，年齡21.3±2.6歲，身高178.6±5.8cm，體重56.2±5.7kg，測試成績1.76±2.52m)，組間身高、體重無顯著差異。

1.2方法

1.2.1三維錄像解析

使用兩臺德國產(chǎn)Basel高速攝像機從不同角度(主光軸夾角約120°，兩臺攝像機高為1.5m，機距約20m，圖1)拍攝了14名受試者成功的背越式跳高動作。德國Simi Motion9.01三維錄像系統(tǒng)解析了該動作的運動學數(shù)據(jù)。使用24點星狀輻射框架、鄭秀媛女子人體模型(16環(huán)節(jié)、21個標志點)和低通濾波平滑處理數(shù)據(jù)，截斷頻率為8Hz[9]，獲得所需的運動學參數(shù)。本研究三維空間坐標系以沿著桿方向為X方向，水平垂直于桿子方向為Y方向，垂直方向為Z方向(圖2)。

1.2.2數(shù)理統(tǒng)計

2結果與分析

結合動作特點及前人的研究[1，4]，本研究把完整的背越式跳高動作劃分五個時相(a.倒3步著地時相，b.起跳腿著地時相，c.起跳腿離地時相，d.身體完全過桿時相，e.身體落地時相)，共四個階段。助跑階段(a-b)、起跳階段(b-c)、騰空過桿階段(c-d)和落地緩沖階段(d-e)。另外，為了方便討論，本研究把起跳階段又分為起跳緩沖過程(起跳腿著地時相到起跳腿膝關節(jié)最大緩沖角度時相)和起跳蹬伸過程(起跳腿膝關節(jié)最大緩沖角度時相到起跳腿離地時相)。本研究只對助跑和起跳階段進行了分析。

2.1助跑階段

背越式跳高最后3步采用“弧形助跑”，目的是降低身體重心，加長起跳工作距離。在起跳時人體有一個由內(nèi)傾轉向垂直的運動，其產(chǎn)生的法向加速度可加大支撐點的壓力，增加起跳效果，產(chǎn)生的切向加速度有利于向橫桿方向運動，這是身體起跳后由垂直轉為水平的主要動力[1]。

本研究結果發(fā)現(xiàn)(表1)健將組最后3步重心合速度顯著大于一級組，相關性結果顯示倒1-3步重心合速度與成績呈顯著中度正相關(r=0.743、r=0.601、r=0.703)，說明健將組的優(yōu)勢是“弧形助跑”的速度大，而較大的速度有利于成績的發(fā)揮。成萬祥[8]研究我國男子運動員發(fā)現(xiàn)，助跑速度過小從而過早降低了人體重心，阻礙了人體騰起初速度，限制了人體騰空后的旋轉，對女子運動員的研究也發(fā)現(xiàn)了相同的結論[6]；另外，從倒1-3步離地時相重心合速度得出兩組的節(jié)奏均成“小—大—小”趨勢，陳楠[11]比較了國內(nèi)和國外優(yōu)秀女子跳高運動員倒2步的步速，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)運動員助跑倒1步出現(xiàn)減速現(xiàn)象(相比國外選手)，作者解釋這可能是倒2步的技術欠佳所致。本研究也發(fā)現(xiàn)了類似的結論，說明國內(nèi)優(yōu)秀女子運動員需要加強助跑技術，在合理的范圍內(nèi)需保持較高的倒1步助跑速度。

表2顯示，兩組受試者前傾角依次增大，而后傾角依次減小。根據(jù)力學原理分析前傾角增大，后傾角減小，有利于人體獲得更多的擺動幅度，在降低身體重心高度的同時增加彈性勢能，為起跳階段做準備。本研究發(fā)現(xiàn)，只有倒1步后傾角健將與一級組間有顯著差異(P=0.019)，倒1步后傾角與成績呈中度顯著負相關(r=-0.626)，說明健將組身體擺動幅度大，儲備的彈性勢能多，有利于成績的發(fā)揮。但也有學者認為倒1步若人體重心高度下降過大，雖增加了垂直工作距離，但會使人體重心水平速度損失加大，破壞助跑的節(jié)奏，不利于快速起跳[12]。顯然，倒1步需要降低人體重心高度是有必要的。

2.2起跳階段

起跳階段是把人體動能和存儲的肌肉彈性勢能，通過起跳腿的緩沖與蹬伸，使人體重心獲得向上騰起速度的過程[1]。由動能定理得知在力大小一定的前提下，沿著力方向的做功距離越長，產(chǎn)生的動能越大。該階段人體垂直速度的產(chǎn)生除了來自起跳的蹬伸對地面的反作用力、身體各環(huán)節(jié)的擺動、肌肉彈性力外，起跳時力作用的距離也起到重要的作用。

表1　倒1-3步離地時相重心合速度

注：V表示離地時相重心合速度。

表2　倒1-3步前、后傾角數(shù)據(jù)

注：前傾角：蹬伸離地時相身體重心到足趾的連線與地面在矢狀面形成的傾斜角；后傾角：著地時相身體重心到足趾的連線與地面在矢狀面形成的傾斜角。

表3　起跳階段重心高度和內(nèi)傾角

內(nèi)傾角：著地瞬間人體重心到足趾的連線與地面的夾角。

表4　起跳階段擺動腿和手臂擺動角速度

注：負值表示向下擺動，正值表示向上擺動。

表5　起跳階段起跳腿髖、膝、踝關節(jié)角度變化范圍

表6　起跳階段重心速度和時間

V1表示重心水平速度，Vz表示重心垂直速度，負值表示方向垂直向下。

本研究發(fā)現(xiàn)(表3)健將組在起跳腿著地時相人體重心與一級組無顯著差異，但是在起跳腿離地時相重心高度和變化幅度均顯著大于一級組(P=0.045、P=0.005)，說明健將組在起跳階段有更長的向上做功距離，因此會產(chǎn)生更多的動能；另外，該階段內(nèi)傾角變化幅度越大，說明人體重心變化幅度越大，著地時相內(nèi)傾角小，說明重心高度相對低。健將組在起跳腿著地時相非常顯著小于一級組(P<0.001)，而變化幅度非常顯著大于(P=0.002)一級組。相關性結果顯示起跳腿離地時相重心高度、重心高度變化幅度和內(nèi)傾角變化幅度與成績呈中度顯著正相關(r=0.675、r=0.772、r=0.725)，起跳腿著地時相內(nèi)傾角與成績呈中度顯著負相關(r=-0.778)，進一步說明了此觀點。

背越式跳高運動員起跳腿踏上起跳點時，擺動腿順勢上擺，同時積極擺臂，起跳腿髖、膝和踝關節(jié)迅速蹬伸，起跳腿的異側上伸，軀干充分伸展、整體身體幾乎與地面垂直[1]。研究表明，擺腿和擺臂對起跳起到積極的作用，從生物力學原理角度分析主要起到提高起跳離地時相人體重心的高度，向上擺動增加起跳腿的制動效果增加支撐的反作用力，使人體獲得更大的垂直速度[1]。汪麗華[13]的研究認為，我國優(yōu)秀女子背越式跳高運動員擺動腿擺動角速度與騰起垂直初速度存在高度的相關性，同時也能影響人體起跳瞬間的重心高度。

本研究發(fā)現(xiàn)(表4)，在起跳緩沖和蹬伸過程健將組擺動腿擺動角速度雖大于一級組但不顯著(P>0.05)。結合表8相關性顯示起跳時相擺動腿擺動角速度與成績中度顯著負相關(r=-0.646)，起跳時相向下的擺動增加人體向下的動量矩，進而減少地面對支撐腿的反作用力，有利于起跳緩沖。有研究發(fā)現(xiàn)在起跳蹬伸過程較大的擺動速度既可減輕支撐腿的負荷，又限制了后繼擺動腿突停制動的效果，減小了擺動慣性力，不利于順利起跳[8]。本研究發(fā)現(xiàn)無論是健將組還是一級組在起跳蹬伸的擺動角速度絕對值小于起跳緩沖過程，符合上述結論。運動員在起跳緩沖過程起跳腿的下肢關節(jié)屈肌積極退讓緩沖有利于減少地面的沖擊力，同時使下肢關節(jié)伸肌充分拉長，促使肌群有一定的初始長度進行爆發(fā)式收縮。這種肌肉收縮形式稱為拉長—縮短周期(Stretehing-Shorting Cyele，SSC)[14-15]。因此在一定的范圍內(nèi)(起跳緩沖過程)起跳腿的各關節(jié)需要充分收縮，而在起跳蹬伸過程下肢關節(jié)需快速充分伸展。運動員在起跳緩沖過程向下擺臂，動量矩向下傳遞減小地面反作用力有利于緩沖，而起跳蹬伸過程向下擺臂，動量矩向上傳遞增加地面反作用力有利于起跳，本研究結果顯示，健將組和一級組雙手臂擺動角速度無顯著差異(P>0.05)說明擺臂能力差距小。

本研究健將組無論在起跳緩沖還是蹬伸過程，起跳腿的髖、膝和踝關節(jié)變化幅度均大于一級組，其中蹬伸過程髖關節(jié)變化幅度均值差異非常顯著(P=0.003)(表5)。相關性分析顯示，起跳蹬伸過程起跳腿的髖和踝關節(jié)變化幅度與成績顯著相關(髖關節(jié)r=0.844、踝關節(jié)r=0.675)。王舉濤[16]的研究認為我國優(yōu)秀女子背越式跳高運動員在起跳緩沖階段起跳腿的緩沖幅度小，在起跳腿離地瞬間的蹬伸速度不夠，這是成績欠佳的原因之一。因此，一級組應該重視此技術環(huán)節(jié)，加強下肢關節(jié)快速收縮、充分蹬伸的意識。

表6結果發(fā)現(xiàn)，起跳階段重心速度和時間只有起跳著地時相重心垂直速度組間均值有顯著差異(P=0.032)。較大的向下垂直速度會產(chǎn)生更多的動量。多數(shù)學者[17-19]研究國內(nèi)外女子背越式跳高運動員起跳時間，普遍的觀點認為在蹬伸時間上有顯著差異(國外優(yōu)秀運動員緩沖和蹬伸時間平均分別為0.08s和0.08s)，國內(nèi)的選手表現(xiàn)為蹬伸時間過長，他們認為這可能與受試者下肢肌群的退讓工作能力較差有關。而縮短起跳腿肌群退讓工作時間，能充分利用肌肉的彈性，產(chǎn)生較大的克制性收縮力。本研究健將組和一級組的蹬伸時間均值在0.10s，說明兩組受試者起跳蹬伸不夠積極。

3結論

(1)健將組優(yōu)勢表現(xiàn)在助跑階段倒1步后傾角小，倒1-3步助跑速度較快；起跳階段重心、內(nèi)傾角變化幅度大；髖、踝關節(jié)蹬伸幅度充分等方面。

(2)健將和一級組倒1-3步助跑節(jié)奏欠佳，需要提高倒1步的絕對速度。另外，還需加強起跳緩沖、起跳過程擺動腿擺動角速度并縮短起跳蹬伸時間。

(3)一級組需減小倒1步后傾角，在提高助跑的絕對速度同時注意助跑節(jié)奏；起跳階段增加重心和內(nèi)傾角變化幅度，加強起跳下肢積極蹬伸意識將是成績提高的突破口。

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Abstract

The paper investigated the kinematic characteristics of elite female Fosbury Flop jumpers and compared the kinematic difference between high-level jumpers (n=6) and level-1 jumpers (n=8) in their run-up and take-off stage to provide quantitative basis for athletes’ scientific training. The researchers recorded the Fosbury Flop process of both high-level jumpers and level-1 jumpers with 3D video camera, and analyzed the two groups’ kinematics data collected with Simi Motion 9.01 using an independent sample t-test, and made a person correlation analysis together with their scores. Results: (1) In the run-up stage, the gravity resultant velocity of the high-level jumpers in countdown step 3, step 2 and step 1 was significantly greater than the level-1jumpers(P<0.05), and high-level jumpers’ caster angle in countdown 1 is significantly smaller than the level-1 jumpers(P<0.05); (2) In the take-off stage, the high-level jumpers had bigger angle of toe-in, stretching range of the hip on the take-off leg, range of gravity shift than the level-1 jumpers (P<0.01), Both the vertical gravity velocity of the take-off leg at the landing moment and the height of the gravity off the ground at the take-off moment were significantly higher than that of level-1 jumpers(P<0.05); (3) In countdown step 1-3, the gravity resultant velocity and the jumping, pushing and stretching angles of both hip and ankle, their angles of toe-in, and the height of gravity presented a remarkable correlation. In countdown step 1, the caster angle and the angular velocity of the swinging leg, and angle of toe-in of the take-off leg at the landing moment were in significant negative correlation.

Key words:Female; the Fosbury Flop; Kinematic Analysis; Run-Up; Take-Off

CLC number：G823.1Document code：AArticle ID：1001-9154(2016)01-0109-05

(編輯孫君志)

中圖分類號：G823.1

文獻標志碼：A

文章編號：1001-9154(2016)01-0109-05

收稿日期：2015-05-10

作者簡介：張艷，講師，研究方向：運動訓練與教學。E-mail：1711073369@qq.com。

基金項目：四川省教育發(fā)展研究中心課題(CJF15015 )。

1．Chengdu Technological University ,Chengdu Sichuan 611730 ;2.Civil Aviation Flight University of China Guanghan Sichuan 618301 ;3.Sichuan Institute of Sports Skills Chengdu Sichuan 610041