正單搖跳繩失誤動(dòng)作的生物力學(xué)分析*

亢建國 趙慶蓉 劉宇峰

（忻州師范學(xué)院，山西 忻州 034000）

跳繩運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)集健身、娛樂、競技于一體，內(nèi)容和形式豐富多彩的體育運(yùn)動(dòng)[1]。跳繩運(yùn)動(dòng)受外部條件限制較小，運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)較小，而且膝蓋所受的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然行走時(shí)所受的地面反作用力[2]，并且具有良好的健身效果，因此得到了廣大群眾的喜愛。歐美醫(yī)學(xué)專家稱其為“最完美的健康運(yùn)動(dòng)”[3]。自《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》（2007 年）頒布以來，跳繩運(yùn)動(dòng)便一直作為學(xué)生提高身體素質(zhì)的重要方法之一[4]。一分鐘跳繩被列入中考體育的測試項(xiàng)目。如何減少失誤，成為中學(xué)體育教師和廣大跳繩愛好者共同關(guān)注的問題。本研究運(yùn)用三維運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)對(duì)正單搖跳繩失誤動(dòng)作進(jìn)行分析，以期為跳繩的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練及指導(dǎo)提供參考。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

6 名愛好跳繩的男大學(xué)生。

1.2 研究方法

實(shí)驗(yàn)法。對(duì)受試者連續(xù)正單搖跳繩進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)捕捉。選取每名受試者跳繩的失誤動(dòng)作及失誤前連續(xù)穩(wěn)定跳繩10個(gè)周期的部分。

圖1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場示意圖

圖2 標(biāo)志點(diǎn)示意圖

采用Vicon 三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（12 個(gè)攝像頭，采集頻率為400Hz）和美國AMTI 公司的三維測力臺(tái)（采集頻率為1200Hz）進(jìn)行拍攝和數(shù)據(jù)的采集（如圖1、圖2）。采用Excel軟件對(duì)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

6 名受試者做好熱身準(zhǔn)備后，在記錄員的提示下，依次持繩在三維測力臺(tái)上按照自己的習(xí)慣速度自然完成連續(xù)正單搖跳繩運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)失誤后短暫休息，再重新開始。

如圖3 所示，按照重心高度變化結(jié)合三維測力臺(tái)受力情況，將跳繩運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期分為三個(gè)階段，即蹬地起跳階段（從重心最低點(diǎn)到離地瞬間）、騰空階段（從離地瞬間到落地瞬間）、落地緩沖階段（從落地瞬間到重心最低點(diǎn)）。

圖3 重心高度和地面反作用力變化曲線圖

2 結(jié)果與分析

2.1 重心高度與下肢關(guān)節(jié)角度對(duì)比分析

在連續(xù)正單搖跳繩的過程中，重心高度呈現(xiàn)出有規(guī)律性的上下起伏。跳繩1 次失誤周期及其之前成功周期的重心高度變化情況見圖4。在跳繩過程中，所有受試者的重心高度雖有小幅波動(dòng)，但失誤時(shí)的重心高度沒有明顯規(guī)律性改變。

圖4 成功周期與失誤周期重心高度變化曲線圖

由表1 可知，跳繩失誤時(shí)，下肢關(guān)節(jié)角度沒有出現(xiàn)較大的波動(dòng)，未超出成功周期的角度變化幅度。

表 1 下肢關(guān)節(jié)角度變化

由此看來，有一定基礎(chǔ)的跳繩愛好者在正單搖跳繩過程中，不管是重心還是下肢關(guān)節(jié)角度的變化均比較穩(wěn)定。重心高度和下肢關(guān)節(jié)角度變化不是導(dǎo)致跳繩失誤的原因。

2.2 繩速度分析

由于跳繩是周期性運(yùn)動(dòng)，搖繩也呈規(guī)律性地周期變化。如圖5 所示，在蹬地起跳階段，繩速較快且迅速加快；進(jìn)入騰空階段，繩速呈相對(duì)緩慢下降趨勢(shì)，但是會(huì)有小幅度的調(diào)整；落地緩沖階段，繩速快速下降。

圖5 重心高度、繩速和地面反作用力變化曲線圖

結(jié)合三維圖像，可以看到蹬地起跳階段繩速增加的起點(diǎn)在頭頂前上方，一直加速到腳離地，而判斷跳繩成功與否的“過腳”是在騰空階段的繩速下降期。過腳后，繩速又有小幅度加速，這是為保證跳繩維持連續(xù)運(yùn)動(dòng)以及為下次加速做調(diào)整。落地緩沖期身體重心下降，跳繩正好處于上升期，上肢較難向上發(fā)力，繩速下降是由人體運(yùn)動(dòng)自然規(guī)律決定的。

由此可見，蹬地起跳階段的發(fā)力是搖繩動(dòng)作的核心部分。為了便于描述和研究，本研究將蹬地起跳階段的搖繩動(dòng)作命名為“功能性搖繩”，將跳繩加速區(qū)間的搖繩動(dòng)作命名為“功能性搖繩發(fā)力區(qū)”。為了更好地描述“功能性搖繩”的時(shí)機(jī)，將繩上兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的中點(diǎn)和兩腳尖之間中點(diǎn)的連線與過兩腳尖中點(diǎn)的垂線形成的夾角命名為“功能性搖繩啟動(dòng)角（α）”（見圖6）。

圖6 功能性搖繩啟動(dòng)角

2.3 功能性搖繩啟動(dòng)角比較分析

功能性搖繩啟動(dòng)角的大小反映了功能性搖繩發(fā)力的早晚。該角越大表示發(fā)力越晚，反之，發(fā)力越早。

如表2 所示，6 名受試者在跳繩失誤前連續(xù)成功的10個(gè)周期內(nèi)，均有最適合自己的功能性搖繩啟動(dòng)角范圍，而失誤周期的功能性搖繩啟動(dòng)角均超出了這個(gè)范圍。其中，5 名受試者的失誤周期功能性搖繩啟動(dòng)角比其成功周期的小，這說明其功能性搖繩發(fā)力偏早，跳繩加速提前，導(dǎo)致尚未進(jìn)入騰空期，跳繩已到達(dá)腳部位置，造成無法過腳而最終失誤。另外一名受試者的失誤周期功能性搖繩啟動(dòng)角比成功周期的大，這說明其跳繩加速滯后，導(dǎo)致跳繩還未順利通過腳底，就進(jìn)入落地緩沖階段而導(dǎo)致最終失誤。由此可見，功能性搖繩啟動(dòng)的時(shí)機(jī)是導(dǎo)致跳繩失誤的因素之一。

表2 跳繩成功周期與失誤周期功能性搖繩啟動(dòng)角角度

3 結(jié)論

3.1 在跳繩的蹬地起跳階段繩速逐漸加快；騰空階段繩速逐漸減慢，過腳后又有小幅度加速和調(diào)整；落地緩沖階段繩速逐漸下降。蹬地起跳階段的加速搖繩（功能性搖繩）是保證跳繩成功的關(guān)鍵。

3.2 重心高度和下肢關(guān)節(jié)角度的變化均不是導(dǎo)致正單搖跳繩失誤的原因。

3.3 蹬地起跳階段，功能性搖繩的發(fā)力時(shí)機(jī)是導(dǎo)致正單搖跳繩失誤的因素之一。