跳臺滑雪項目對運動生物力學的分析

王建勛

一、生物力學與跳臺滑雪項目的介紹體會

跳臺滑雪起跳需要巨大的組織需求，需要的基礎設施為一個包含索道或電梯的跳臺。因此，跳臺訓練時可以適當增加訓練次數(shù)。此外，飛行和著陸階段都被認為具有高風險。生物力學已經(jīng)對專項性能提升、起跳限制因素、具體訓練和調(diào)節(jié)、空氣動力學和安全性等方面進行了研究，這些條件可能也正好解釋了生物力學研究存在悠久歷史的原因。

二、跳臺滑雪完整動作

跳臺滑雪運動可以分為以下六個階段：助滑中、起跳、早期飛行、穩(wěn)定飛行、著陸準備和著陸。每個動作都有其特定功能，通過跳臺長度和技術質(zhì)量的最大化可幫助提高成績。每個階段的相對成功取決于前一個階段。

1.助滑

助滑包括開始的直線部分和之后的彎曲部分。助滑中最后一部分的起跳臺端，以大約10°的角度向下傾斜。

在離開出發(fā)口之后，立即移動滑雪板改變身體蹲下位置，以滑下軌道。在下滑期間，助滑的重點是獲得速度，并為起跳建立最佳條件。

2.起跳

起跳被認為是跳臺滑雪中最重要和最困難的階段，因為它必須在極短的時間內(nèi)確定飛行的初始條件。跳臺運動員通常在大約300毫秒內(nèi)執(zhí)行整個起跳動作，以避免由于在身體拋物線中起跳而發(fā)生的技術困難和時間問題。即使是經(jīng)驗豐富的跳臺滑雪運動員，這也是一項具有挑戰(zhàn)性的任務，特別是考慮到起跳速度必須高達25米/秒。起跳毫無疑問是所有跳臺滑雪運動員的生物力學共同話題。起跳的重點是膝蓋爆發(fā)式地伸展，通常從彎曲下滑到起跳臺端的過渡過程開始。這個階段的主要目的是提高重心位置質(zhì)量并獲得向前旋轉的角動量。重心位置質(zhì)量、角動量以及一些重要的空氣動力學因素，構成了飛行的初始條件。

作用在臺端上的起跳力的大小和方向是關鍵因素。垂直速度的變化與起跳期間的垂直力成正比。位置影響著飛行的初始條件，所以垂直于起跳臺端的起跳力應最大化。這可以通過在起跳時進行最大速度的膝蓋延伸來達到要求。

起跳期間，跳臺滑雪必須圍繞助滑重心的向前旋轉角動量，以補償早期飛行期間在滑雪板上拖動產(chǎn)生的向后旋轉的角動量。因此，在起跳期間地面產(chǎn)生的反作用力矢量通過重心后方。該作用力是和雪板（摩擦）的地面反應組分后產(chǎn)生。然而，滑雪板和助滑道之間的摩擦力因摩擦系數(shù)較小而受到限制。

3.初期飛行

初期飛行階段包括從起飛到穩(wěn)定飛行位置的過渡。起跳后，跳臺滑雪通過腳踝屈曲逐漸提高滑雪板的前端，使氣流與跳臺的身體拖動一起作用在滑雪板的下表面。滑雪板的板前面往往向上產(chǎn)生向后旋轉的角動量。這種趨勢必須通過起跳時跳臺產(chǎn)生的向前旋轉角動量來平衡

4.穩(wěn)定的飛行

通過生物力學的學習了解到，這個階段是由重力、空氣動力學提升和牽引力決定的。運動員在這個階段既要保持穩(wěn)定的跳臺滑雪動作，又要實現(xiàn)最佳的牽引力比。起跳結束時存在的向前旋轉的角動量與早期飛行期間產(chǎn)生的向后旋轉的角動量完全補償時，才能達到穩(wěn)定的飛行位置。實現(xiàn)快速穩(wěn)定飛行是跳臺的重大挑戰(zhàn)，影響著比賽競爭成績。

5.著陸準備和著陸

最后階段的動作應該為飛行中雪板通過觸地提供方便。為了實現(xiàn)良好的飛行距離，跳臺應盡可能延長其著陸準備。然而，這種策略可能導致著陸不穩(wěn)定和失誤，從而影響成績和安全。此外，不使用“分腿著陸”方法進行著陸會在比賽中扣除相應的分數(shù)。

6.生物力學方法論

跳臺滑雪的生物力學研究可追溯到20世紀20年代中期，試圖使用飛行動作計算和風洞測量方法確定飛行中最有利的身體位置。通過研究跳臺滑雪歷史，已經(jīng)制定了更好的方法來研究與滑雪起跳相關的運動學，地面反作用力，肌肉激活模式和空氣動力學。這些方法被用于研究訓練和比賽中的跳臺起跳，以及實驗室中研究的模擬起跳。圖2，風洞測試。

7.未來有關跳臺滑雪生物力學的研究方向

通過本次對跳臺滑雪項目的學習，了解到跳臺滑雪的每個階段都會影響下一個階段，調(diào)整跳臺滑雪的每個過程可以幫助提高性能。起飛是滑雪起跳最重要的階段。由于器材和體重的調(diào)節(jié)變化會使飛行受到限制，其相關性甚至會被加強。雖然垂直釋放速度較高會有利于起飛，但是不一定要最大化，因為高的前向角速度在起飛期間也是關鍵因素。相關的角動量是否最大化還是優(yōu)化并不清楚。許多研究也提出盡快達成穩(wěn)定飛行位置的概念，為了穩(wěn)定飛行，還必須考慮到性能、公平、安全和健康等方面。應制定材料性質(zhì)（如滑雪板，脫離器，連體服）、材料調(diào)整以及跳臺運動員人體測量法規(guī)，為所有跳臺運動員提供公平的條件，同時保證運動員的安全并提高觀眾對跳臺項目的關注度。

基于已經(jīng)開展的生物力學研究和對體育運動中的關鍵問題的考察，建議今后的跳臺滑雪科學研究應包含以下主題：

1.弄清起跳與早期飛行之間的關系以及垂直速度和向前翻轉角動量的相對作用。考慮使用嵌入起跳臺和同步高速視頻中的三維力板的經(jīng)驗方法。

2.根據(jù)運動員個人能力找到最佳跳躍模式。

3.分析運動模式的一致性和變異性，提高對運動員高速運動中的調(diào)節(jié)和控制。

4.開發(fā)用于跳臺起跳與地面的反作用力。

5.模擬跳臺起跳之外的運動學、動力學和肌肉激活。

6.重點分析在臺端出臺后起飛和著陸期間的肌肉骨骼負荷和模擬跳躍。

7.評估器材修改對滑雪跳臺飛行的影響，以提高安全性。

8.調(diào)查好跳臺的建設基礎，以確保跳臺運動員的安全，盡量避免受傷風險，并保持比賽的刺激性，吸引更多國人的關注力。

通過改進訓練方法、技術診斷和生物力學研究，還可以對跳臺滑雪起跳動作和安全性作進一步改進。