優(yōu)秀跳臺滑雪運(yùn)動員起跳技術(shù)的生物力學(xué)分析

程磊　朱旺　溫朝暉

摘 要：研究目的：對我國優(yōu)秀運(yùn)動員的起跳技術(shù)進(jìn)行動作技術(shù)診斷，探究優(yōu)秀跳臺滑雪運(yùn)動員起跳階段的運(yùn)動學(xué)特征。研究方法：以8名吉林省優(yōu)秀跳臺滑雪運(yùn)動員為研究對象，采用3臺高速攝影機(jī)，按照三維DLT法的要求，垂直于滑行方向?qū)\(yùn)動員起跳時的影像進(jìn)行3次跳臺滑雪拍攝，選取成績最好的1次滑行進(jìn)行研究。研究結(jié)論：在起跳階段，與世界級運(yùn)動員相比，我國優(yōu)秀運(yùn)動員起跳時下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)角速度較小，踝關(guān)節(jié)角速度較大且下肢關(guān)節(jié)發(fā)力順序存在差別，存在過早蹬伸及重心靠后等情況，并且起跳時刻身體軀干角度過大，增加了空氣阻力作用。

關(guān)鍵詞：跳臺滑雪;起跳;生物力學(xué);重心

中圖分類號：G863.12? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1002-3488（2022）01-0034-04

Biomechanics Analysis of the Take-Off Technique of Elite Ski Jumpers

CHENG Lei1， ZHU Wang2， WEN Zhao-hui1

（1. Jilin Provincial Institute of Sports Science （Jilin Provincial Anti-Doping Center）， Changchun 130022， China; 2. School of Physical Education， Jilin University， Changchun 130024， China）

Abstract： Research purposes： To diagnose the take-off technique of elite ski jumpers in my country， and to explore the kinematic characteristics of elite ski jumpers during the take-off stage. Research methods： Taking 8 outstanding ski jumpers in Jilin Province as the research objects， using 3 high-speed cameras， according to the requirements of the three-dimensional DLT method， shooting the images of the athletes when they take off perpendicular to the sliding direction， and shooting the ski jumping 3 times， and the best results are selected. Research conclusion： In the take-off stage， compared with world-class athletes， Chinese elite athletes have lower angular velocities of lower extremity hip and knee joints， higher angular velocities of ankle joints， and different force sequences of lower extremity joints during take-off. Backwards， etc.， and the torso angle is too large at the time of take-off， which increases the air resistance.

Key words： ski jumping; take-off; biomechanics; center of gravity

1 引言

跳臺滑雪整套動作可以分為四個階段：助滑、起跳、飛行和著陸[1]。國內(nèi)外學(xué)者、教練及相關(guān)體育工作者對該項(xiàng)目從技術(shù)和原理方面進(jìn)行了大量研究：王志選[2]等人（1998）讓運(yùn)動員進(jìn)入風(fēng)洞，采用自制力傳感器等遙控測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，對助滑階段的三種姿態(tài)（卵式、平背式和前扶腿式）進(jìn)行測試。指出平背式是比較理想的起跳初始姿態(tài)，可以有效減小風(fēng)阻;Nardello[3]（2019）對42名優(yōu)秀滑雪運(yùn)動員（男27名，女15名）的起跳和早期飛行進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，結(jié)果顯示：男子比女子運(yùn)動員滑出速度更快、跳的距離更遠(yuǎn)，沒有發(fā)現(xiàn)身體姿勢存在性別差異以及身體角度與跳躍距離相關(guān)。并指出滑雪者應(yīng)專注于實(shí)現(xiàn)更大的助滑速度，以最大限度地提高自身在該領(lǐng)域的表現(xiàn);Jakob Ketterer[4]等（2020）通過對9名專業(yè)跳臺滑雪運(yùn)動員的6種不同形式的模仿跳進(jìn)行研究，指出在非跳臺條件下，相對復(fù)雜的模仿訓(xùn)練比相對平穩(wěn)的模仿訓(xùn)練更能提高運(yùn)動員的訓(xùn)練水平，在制定訓(xùn)練計(jì)劃時，應(yīng)根據(jù)運(yùn)動員的條件盡可能設(shè)計(jì)較復(fù)雜的模仿動作。

由于我國在跳臺滑雪項(xiàng)目上開展時間短、投入相對較少，目前國內(nèi)的相關(guān)研究仍舊缺乏，尤其是對跳臺滑雪技術(shù)的生物力學(xué)研究更少。因此本研究通過對吉林省優(yōu)秀跳臺滑雪運(yùn)動員起跳技術(shù)的生物力學(xué)分析，一方面為跳臺滑雪技術(shù)研究提供理論支持，另一方面為國內(nèi)優(yōu)秀運(yùn)動員改進(jìn)動作技術(shù)提供參考，以期提高運(yùn)動員的動作技術(shù)水平，獲取更好的運(yùn)動成績。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

以8名吉林省優(yōu)秀跳臺滑雪運(yùn)動員為研究對象，分析運(yùn)動員在跳臺滑雪起跳階段技術(shù)動作的運(yùn)動學(xué)特征。

2.2 研究方法

采用3臺高速攝影機(jī)，按照三維DLT法的要求（包括3顆高清攝像頭、3個攝像頭支架、1個三維標(biāo)定框架），垂直于滑行方向?qū)\(yùn)動員起跳時的影像進(jìn)行3次跳臺滑雪拍攝，選取成績最好的1次滑行進(jìn)行研究。使用Quintic三維運(yùn)動采集與分析系統(tǒng)（英國）和SIMI Motion三維錄像分析系統(tǒng)（德國）對拍攝數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，采集起跳時的運(yùn)動學(xué)參數(shù)。使用國產(chǎn)身高、體重計(jì)，測量并記錄運(yùn)動員的身高和體重。使用測速儀，測量運(yùn)動員起跳出臺時的速度。

2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析組間差異，顯著性意義為P<0.05。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 起跳階段重心速度變化特征

跳臺滑雪運(yùn)動員起跳開始時刻的重心平均速度為22.9±0.63 m/s（表1）。此階段大多數(shù)運(yùn)動員的重心速度均略高于助滑階段末期的速度，這表明運(yùn)動員保持了穩(wěn)定的滑行動作，具有較好的維持滑行速度的能力。而個別運(yùn)動員此刻重心速度略有下降，說明出現(xiàn)了動作不穩(wěn)定的情況。具體結(jié)合重心速度在垂直上的分量可以發(fā)現(xiàn)，該運(yùn)動員的Vy數(shù)值開始顯著高于其他運(yùn)動員。這表明該運(yùn)動員沒有把握好恰當(dāng)?shù)钠鹛派鞎r機(jī)，出現(xiàn)過早蹬伸的情況，進(jìn)而導(dǎo)致了總重心速度的下降。從重心速度的各個分量值發(fā)現(xiàn)，此階段的合速度主要是由Vx所貢獻(xiàn)，但Vy即垂直方向上的速度由于繼續(xù)向下滑行，因此仍舊處于負(fù)值階段。由于起跳開始時刻雙腿膝關(guān)節(jié)已經(jīng)開始伸展，軀干部分開始上抬，因此Vy已經(jīng)出現(xiàn)向正值變化的趨勢。

跳臺滑雪運(yùn)動員起跳結(jié)束階段的重心平均速度為23.5±0.67 m/s（表1）。由于跳臺起跳階段的總重心速度決定了運(yùn)動員跳臺飛行的遠(yuǎn)度，因此總重心速度越大，越有利于運(yùn)動員獲得更佳的成績。Virmavirta[5]對參加奧運(yùn)會跳臺滑雪運(yùn)動員的研究表明，世界級運(yùn)動員的出臺速度在24.7～25.5 m/s，與跳臺飛行距離之間的相關(guān)性（r=0.628，P<0.001，n=50）呈顯著性正相關(guān)。本研究中，我國運(yùn)動員的平均出臺速度僅為23.5±0.67 m/s，與國外優(yōu)秀選手相比相差1.2～2.0 m/s，呈顯著性差異（P<0.01）。這提示我們，要通過加強(qiáng)訓(xùn)練或者改進(jìn)起跳技術(shù)來提高出臺速度，才能獲得更好的成績。

從起跳結(jié)束時刻重心速度的各個分量值發(fā)現(xiàn)，我國運(yùn)動員的水平速度略有下降，相反的是垂直速度得到了大幅度提高，平均值為2.13±0.09 m/s。水平速度是運(yùn)動員在助滑階段所獲得的，在起跳階段需要繼續(xù)保持甚至通過降低水平阻力來增加水平速度。我國優(yōu)秀跳臺滑雪運(yùn)動員起跳階段結(jié)束時刻水平速度比起跳開始時刻平均下降了1 m/s左右，究其原因與重心在垂直方向上的速度大幅度增加有關(guān);同時起跳動作身體的大幅度展開，增大了滑行過程中的迎風(fēng)阻力，因此導(dǎo)致水平速度略有下降。垂直速度的增加反映了運(yùn)動員在跳臺滑雪起跳階段下肢工作的效果，運(yùn)動員在快速滑行中通過下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的快速伸展，使身體總重心獲得向上的騰起速度。從我國選手起跳垂直速度與世界優(yōu)秀運(yùn)動員比較情況看， 世界一流跳臺滑雪運(yùn)動員起跳垂直速度的平均值范圍在2.7～3.2 m/s，平均值為2.95±0.35 m/s[6]，而我國8名優(yōu)秀運(yùn)動員平均值為2.13±0.09 m/s，二者之間具有顯著性差異（P<0.05）。過早蹬伸或延遲蹬伸均會影響起跳時刻的垂直速度變量，而在跳臺滑雪運(yùn)動員中，過早蹬伸更為常見，因?yàn)橄鄬碚f離跳臺距離較遠(yuǎn)，運(yùn)動員感覺更為安全。結(jié)合前面的分析發(fā)現(xiàn)，我國跳臺滑雪運(yùn)動員的確存在著過早蹬伸的現(xiàn)象，起跳技術(shù)與爆發(fā)力水平均存在著顯著的差異。提示在今后的訓(xùn)練中要加強(qiáng)下肢爆發(fā)力水平的訓(xùn)練，同時改進(jìn)起跳蹬伸時機(jī)并加強(qiáng)心理調(diào)節(jié)，提高蹬伸動作的精細(xì)化程度。

3.2 起跳階段下肢關(guān)節(jié)角度變化特征

跳臺滑雪運(yùn)動員起跳開始階段，下肢髖關(guān)節(jié)角度平均為27.7°±1.90°，與奧運(yùn)會跳臺滑雪選手29.6°±1.03°相比，無顯著性差異（P>0.05）;下肢膝關(guān)節(jié)角度平均為65.1°±6.21°，與國外優(yōu)秀運(yùn)動員71.5°±4.18°相比，具有顯著性差異（P<0.05）;在踝關(guān)節(jié)角度上，國內(nèi)運(yùn)動員踝關(guān)節(jié)角度平均為54.3°±5.59°，與國外優(yōu)秀運(yùn)動員49.3°±3.48°相比，也具有顯著性差異（P<0.05），見表2。從起跳階段下肢關(guān)節(jié)角度來看，國內(nèi)跳臺滑雪運(yùn)動員起跳姿勢表現(xiàn)出髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)較小，踝關(guān)節(jié)角度較大的特點(diǎn)，即有重心后坐的特征，不利于身體在蹬伸階段重心的前移和形成向前的角動量。另外，重心后坐對膝關(guān)節(jié)伸膝肌群的工作能力要求更高，容易導(dǎo)致運(yùn)動員出現(xiàn)損傷。

跳臺滑雪運(yùn)動員起跳結(jié)束階段，下肢髖關(guān)節(jié)角度平均為105.1°±7.62°，與奧運(yùn)會跳臺滑雪選手93.2°±5.87°相比，具有非常顯著性差異（P<0.01）;下肢膝關(guān)節(jié)角度平均為150.2 °±5.73°，與國外優(yōu)秀運(yùn)動員148.5°±4.82°相比，無顯著性差異（P>0.05）;在踝關(guān)節(jié)角度上，國內(nèi)運(yùn)動員踝關(guān)節(jié)角度平均為70.4°±4.05°，與國外優(yōu)秀運(yùn)動員63.7°±3.21°相比，也具有非常顯著性差異（P<0.01）?？梢?，在起跳結(jié)束階段我國優(yōu)秀選手與國外選手相比，下肢呈現(xiàn)髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)角度大的特點(diǎn)。在下肢蹬伸階段，主要依靠的是下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的快速伸展作用來增加重心的騰起速度，但是髖關(guān)節(jié)增大明顯則容易導(dǎo)致身體伸展幅度增加，不利于降低空氣阻力。國外優(yōu)秀運(yùn)動員在此階段主要是通過快速的伸膝動作實(shí)現(xiàn)爆發(fā)力蹬伸，小腿的角度則相對減小，而軀干角度保持不變。Gardan[7]認(rèn)為這是跳臺滑雪中非常關(guān)鍵的動作技術(shù)環(huán)節(jié)，有利于身體重心更迅速地向前移動，同時較小的小腿角度也有利于大腿繞膝關(guān)節(jié)以更大的角速度運(yùn)動。

3.3 起跳階段下肢關(guān)節(jié)角速度變化特征

我國優(yōu)秀跳臺滑雪選手在起跳階段，下肢關(guān)節(jié)依次達(dá)到峰值的是膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié);國外優(yōu)秀運(yùn)動員下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)則幾乎同時達(dá)到峰值（表3）。與國外優(yōu)秀運(yùn)動員相比，我國運(yùn)動員跳臺滑雪起跳階段下肢各關(guān)節(jié)角速度均有顯著性差異。具體來看，我國選手在起跳開始后膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角速度有一個小峰值，表明此階段運(yùn)動員出現(xiàn)了一個輕微的緩沖動作。這可能是運(yùn)動員為了進(jìn)行有效的蹬伸動作而完成的預(yù)備動作，但緩沖動作會造成身體重心的波動，不利于保持身體姿勢的穩(wěn)定性。到了起跳階段后期，膝關(guān)節(jié)角速度快速增長，同時踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)角速度也相應(yīng)地增大，但髖關(guān)節(jié)角速度最后達(dá)到峰值，表明在起跳最后時刻運(yùn)動員仍舊存在著伸髖的動作，這樣會相應(yīng)地增大軀干角度，不利于起跳后的飛行動作。反觀國外優(yōu)秀運(yùn)動員的下肢關(guān)節(jié)角速度，在起跳開始階段角速度平穩(wěn)緩慢地增大，直到起跳的后期，髖、膝、踝關(guān)節(jié)角速度幾乎同時迅速增大，并同時達(dá)到峰值[8]。這種爆發(fā)式的蹬伸動作有利于增大蹬地的力量，提高重心的速度。

3.4 起跳階段軀干角度變化特征

從跳臺滑雪運(yùn)動員起跳階段軀干角度變化特征來看，在起跳開始階段軀干角度上，我國選手與國外選手相比具有非常顯著的差異（P<0.01）;在起跳結(jié)束階段，我國選手與國外選手的平均軀干角度26.5±4.76°相比，也具有非常顯著的差異（P<0.01），見圖1。

從圖1中可以看出，國內(nèi)優(yōu)秀運(yùn)動員無論是在起跳開始階段還是蹬伸結(jié)束階段軀干角度都相對較高，這對于降低空氣阻力是不利的。國外優(yōu)秀選手的初始軀干角度相對接近水平位置，而在蹬伸結(jié)束后，軀干角度僅僅增加到26°左右，便于重心的前移和降低空氣阻力。Silvio Lorenzett[9]等學(xué)者研究認(rèn)為，高軀干角度和低軀干角度是運(yùn)動員采取的兩種不同策略，高軀干角度有利于蹬伸力量的發(fā)揮，因此在無風(fēng)的環(huán)境中更加適合采用;如果比賽現(xiàn)場具有一定的風(fēng)速，運(yùn)動員似乎會改變動作策略，通過降低軀干角度的方式來減小大幅度增長的迎風(fēng)阻力。很明顯，風(fēng)力水平在跳臺滑雪中也起著重要作用，并且影響了比賽的最終結(jié)果，提示教練員和運(yùn)動員在比賽中應(yīng)采用不同的策略來完成起跳技術(shù)。

4 結(jié)語

在起跳階段，我國運(yùn)動員存在過早蹬伸及重心靠后等情況，并且起跳時刻身體軀干角度過大，增加了空氣阻力。提示我們應(yīng)當(dāng)通過加強(qiáng)訓(xùn)練或者改進(jìn)起跳技術(shù)來提高出臺速度;加強(qiáng)下肢爆發(fā)力水平的訓(xùn)練，同時改進(jìn)起跳蹬伸時機(jī)，提高蹬伸動作的精細(xì)化程度;在比賽中采用不同的策略來完成起跳技術(shù)。

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收稿日期：2021-06-18

基金項(xiàng)目：吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20190303130SF）;國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)（2018YFF0300401）。

第一作者簡介：程? 磊（1983-），男，吉林長春人，副研究員，研究方向?yàn)檫\(yùn)動生物力學(xué)與體育訓(xùn)練監(jiān)控。

通訊作者：溫朝暉（1968-），女，吉林長春人，研究員，研究方向?yàn)檫\(yùn)動人體科學(xué)。