跳板跳水跨跳步摆动肢体的运动学分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇跳板跳水跨跳步摆动肢体的运动学分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要: 以国家队10名优秀男子跳板跳水运动员为研究对象,在合理界定跨跳步时相的基础 上,对其摆动肢体的运动特征进行分析。发现跨跳步的摆臂方式是直肘沉臂和屈肘升臂、跨 跳步的摆腿是采用控膝摆髋技术来增大人体的压板力量、“快升臂”和“高提腿”有利于增 大有效压板和腾空高度。同时分别得到了跨跳步自由肢体摆动与支撑腿蹬伸协调配合的具体 运动学特征和控膝摆髋技术的具体运动学参数。

关键词:跳板跳水;运动学分析;跨跳步;控膝摆髋

中图分类号:G804.66文献标识码:A文章编 号:1007-3612(2009)05-0058-04

A Kinematics Analysis on the Swinging Limbs in the Stride Step o f Springboard

LIU Weiguo1, CHEN Xiaoguang2, LI Xin3, SONG gang1, LI U Hui4

(1.Sports school,Guangxi Normal University,Guilin541004 ,Guangxi China;2.Sports school,Henan Normal University,Xinxiang453007,Henan Chi na;4. Pilot College of Beijing University of Technology, Beijing101101, Chin a;3. Beijing Sport University, Beijing100084, China)

Abstract:10 elite springboard divers from national team are taken as research o bjects, and the paper does a kinematic analysis on their characteristics of swin ging limbs based on proper time phase of stride step. The results show that exce llent sank arms with straight elbows and raising arms with bendy elbows are prop er way of swinging arms; that in stridejump, swinging the thigh with a perfectfixed knee can increase the pressure on the springboard; that “rapid arm ascend i ng" and “high leg lifting" are good for pressing springboard and increasing theflight height. At the same time, the concrete kinetic parameter on both the harm ony between swinging the free bodies and stretching the sustaining leg and the t echnique of the swinging the thigh with fixed knee are gained.

Key words: springboard diving; kinematics analysis; stride step; Swingin g the thigh with fixed knee

摆动肢体的谐和运动是指人体自由肢体为了达到整体某一运动效果所进行的相对整个躯体的 局部运动[1-2]。自由肢体的摆动是跳板跳水跨跳步技术的重要组成部分,它的主 要任务有三:一是通过变换自由肢体的位置来改变人体重心的相对位置[3-5];二 是利用人体局部 加 速运动以改变人板间力的作用效果[5-8];三是调节身体平衡和维持动作稳定流畅 [9-11]。 跨跳步自由肢体的摆动运动往往有其一般规律,但因动作组别和技术风格不同而存在个体差 异,所以在完成动作时摆动方式的合理选择、摆动幅度的有效控制和摆动节奏准确调整是跨 跳步的基本技术,也是整个助跑技术“合板”的前提条件。可见,自由肢体摆动技术的熟练 掌握是跳板跳水助跑的基本技术要求,掌握好摆动技术是运动员在训练比赛中取得优异成绩 的重要保证,对跨跳步摆动肢体运动特征进行研究,有利于促进跳板跳水运动技术的完善和 发展。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象本研究以国家队奥运阵容中10名优秀男子跳板跳水运动员为研究对象。受试者身高158～178cm不等,体重从52～70 kg不等,其中国际健将8人,健将2人。

1.2 研究方法

1.2.1 方案设计 一方面由于跳板跳水是难美型运动,本实验的技术难点是对运动员动作完成质量的评定和筛 选。为了提高各项技术参数指标的研究效度,本实验对所获资料进行筛选时,采用的评价标 准结合了专家评定与动作得分,所有文中选取的动作都是比赛和训练中专家认为完成较好, 且得分均在8分以上的动作。另一方面,由于运动员完成简单动作更有利于反映运动的内在 规律,所以本研究有意识地选取简单的103b动作来揭示其助跑的一般特征。

1.2.2 二维图像分析 采用一台型号为HDR-HC5E型号的摄像机对10名运动员103b动作进行定点常速拍摄,机位 距离走板运动画面垂直距离18 m,机头高出平衡状态下跳板平面1.1 m,主光轴垂直于运动 平面并指向运动画面的中心。对拍摄的运动图像,通过北京体育大学生物力学教研室开发研 制的视讯解析系统进行解析,采集频率为50场/s,利用扎齐奥尔斯基人体模型,所得数据 进行数字化滤波法平滑,截断频率为10。

1.2.3 数理统计 根据统计学原理,利用SPSS软件系统对测定的数据进行常规统计。*表示差异有显著性,** 表示差异非常有显著性。

2 结果与分析

跨跳步是从跨跳摆动腿着板到双脚着板的助跑步伐,是跳板跳水助跑向起跳过渡的关键环节 ,跨跳步完成质量直接 影响后续的起跳。其最终任务是 在维持身体平衡和稳定的条件下,获 得尽可能高的腾空,为双脚起跳创造尽可能大的下落冲量。

跨跳步摆动环节的运动是很复杂的,主要包括上肢运动和摆动腿运动,本文定义上肢从后向 前摆到体侧的运动状态叫零摆动,那么上肢运动可分为沉臂(指从跨步最大后摆到零摆动的 运动过程)、升臂(指从零摆动到最大上摆的运动过程)和伸臂(主要指腾空中手臂向上伸 直的调整运动);而摆动腿运动分为控腿(指摆腿前膝关节变小,而髋角变大的调整过程) 、摆腿(指膝关节相对身体由体后向体前摆动过程)、提腿(指膝关节相对身体由体前向上 运动过程)和并腿(指膝关节相对身体由上向下运动过程)(图1)。

2.1 上肢的运动学特征整个沉臂过程保持直肘(图2),且肩关节角速度持续增大(图3);而升臂是屈肘(图2) ,后阶段肩关节角速度减小(图3),远端摆动环节相对重心垂直向上,线速度先急剧 增大,而后快速减小(图4),且最大线速度对应肩角为70°;升臂结束后,有一较小( 肩关节增大9°)幅度的伸臂,起跳沉臂前有一较大幅度(肩关节增大17°)的伸臂(如图5 )。

摆臂方式不同(直肘沉臂而屈肘升臂)是摆臂各阶段目标各异的结果。沉臂的目的是通过改 变重心相对位置来增大缓冲过程中重心的落差,所以采用直肘沉臂来增大摆动环节对人板系 统的能量贡献。而升臂前阶段是通过增大摆动环节相对重心的向上加速度来增大压板力量, 所以运动员在沉臂末获得一个较大的摆动角速度基础上,继续积极升臂,通过提高(或保持 )摆动角速度来增大(保持)摆动环节向心加速度在垂直方向上的分量。同时做积极屈肘动 作,正是对积极升臂的保障。从肌肉解剖学角度分析,一方面,积极屈肘是积极屈肩引起上 肢多关节肌相同作用的结果(相同作用是指多关节肌收缩时使两个相邻环节作同一方向运动 的肌肉工作形式);另一方面,一定程度的屈肘有利于增大肘关节屈肌力矩,确保积极升臂 过程中前臂上摆动力。升臂后阶段(肩关节上摆70°,此时远端摆动环节相对重心垂直向上 线速度最大(图4),肩关节角速度逐渐减小接近于零(图3),且肘关节还有一定的伸 展,其目的是为了提高腾空前重心的相对高度。

升臂结束后两次明显的伸臂动作,十个人有同样的结果(图5),实际上是运动员对身体平 衡调整的结果。跳板是一种大弹性的器械,增加了运动中的许多不稳定性因素,为了维持身 体平衡,即使是最优秀的运动员也必须不断做出调整身体的动作。跨跳步的控制调整技术是 走板起跳的关键技术,其中跨跳腾空后的两次伸臂是对整个身体的“刚化”过程,以增大人 体对额状轴的转动惯量而减小制动引起的上体前倾。

2.2 摆动腿的运动学特征参见图6、表1,跨跳腿着板后,进入控腿阶段,摆动腿髋关节增大而膝关节减小(髋关节增 到177°,而膝角减为89°);向前摆腿时,摆动腿髋关节大幅前屈(角度177°～106°, 角速度为351°/s)而膝角几乎不变(角度98°～93°,角速度为34°/s),即采用控膝摆 髋;向上提腿时,摆动腿髋关节进一步变小(角度106°～87°,角速度118°/s)且膝角大 幅屈曲(角度83°～42°,角速度为208°/s);并腿阶段,摆动腿大幅、快速伸展(髋角8 7°～168°,膝角42°～171°,且膝关节达到下肢摆动角速度之最451°/s)。

摆动腿摆动的各阶段都有其各自的任务,控腿的目的是使摆动腿处于最佳的摆动姿势,摆腿 可通过增大摆动腿相对髋关节的向心加速度而增大压板力量;提腿的目的是使腾空前重心相 对位置升高,从而提高腾空后重心的绝对高度,并腿的作用与伸臂一样,有利于控制上体的 前倾。

运动员采用控膝摆髋技术是为了增大摆动腿的向心加速度。

首先摆动腿前摆是摆动腿绕髋关节的转动,如果前摆过程中前屈肌群的力矩作用效果一定( 即产生的角动量大小不变),摆动肢体的转动半径越小,摆动腿对髋关节的向心加速度越大 。而摆腿前的控腿实质上有两个效果:一方面增大了髋角,可能是通过扩大髋关节肌力矩的 作用空间来增大摆动腿的摆动角动量;另一方面,通过减小膝角而减小了摆动腿的摆动半径 。所以控腿是通过预先增大髋角和减小膝角来调整摆动姿势的,而后采用控膝摆髋增大向心 加速度来增大摆腿时的压板力量。

那么,运动员在控腿时,为什么膝角并没有减到最小呢?其中原因有两种可能性,一种可能 ,摆动腿前摆转为上提时,由于惯性小腿会有强烈前踢趋势,应有较强的屈膝力量以维持动 作的稳定,所以控腿时,膝角只能减小到屈膝力矩较大的特定角度;另一可能是由于髋关节 大幅后伸在膝关节处股四头肌出现伸展被动不足和股后肌群发生收缩主动不足,膝角不能进 一步减小。如果是后者,运动员在训练膝关节伸肌力量以增大蹬伸力量时,就应有针对性地 加强伸展肌群的柔韧性练习和屈膝肌群力量训练,以缓解这种被动不足和主动不足以增大屈 膝力矩。

2.3 摆动肢体与蹬伸肢体的时相特征参考表2,缓冲、控腿和沉臂几乎同时结束;上肢向上加速压板于板最低点前结束,而下肢 摆动压板在板最低点后完成;蹬伸、升臂和提腿同时完成,无“早升臂” 和“早提腿”的 现象;并腿在人体上升到最高点前4帧结束,且差异有显著性,即存在“早并腿”现象。

前面已经阐述过,摆腿和早期升臂的根本任务就是增大压板力量。有效的摆腿和升臂都将产 生强大的反作用力,只有摆腿和升臂在蹬伸阶段进行,才能使摆动的反作用力与向下蹬板的 作用力有效叠加,有利于“合板”以增大压板力量。所以运动员蹬伸前的缓冲与控腿、沉臂 同时结束是“合板”的体现。

关于“早升臂”(过去资料的“早上手”)的论述较多[11-14],早期的资料将其 作为一项 基本技术,认为在踏跳的最后阶段当膝关节尚未完全蹬直的情况下手臂就应迅速上摆到两耳 旁,也就是说在踏跳时沉臂完后的上摆动作要比支撑腿膝关节蹬直的动作早。并且要求每一 个运动员在入门时都要练好这一技术,在跳任何动作时都应发挥其优势。但是,从理论上分 析升臂的任务前期(实验结果为肩角70°前)是增加踏跳力量,而后期(肩角70°后)是提 高身体重心的相对位置。那么运动员只须升臂与蹬伸同步开始,在前期尽可能地加速上摆, 而后期于离板前结束,就可以达到理想的升臂效果,尤其是跳水踝关节蹬伸的末加速延迟了 人体离板,也为运动员升臂落后膝关节蹬伸提供了可能。可以说“升臂”的关键并不在其结 束时相的早,更重要的应突出升臂前期向上加速的快。所以跳水跨跳步“早升臂”并不是踏 跳技术的动作要领,而“快升臂”才是踏跳技术的基本要求。

提腿在动作结构上是向前摆腿的延续,出现在跳板回弹阶段。与在硬性支撑面上踏跳不同, 跨跳步提腿动作的目的不在于增大人板间的作用力(以增大人板间作用力而增大沉板幅度为 主要任务的是跨跳步摆腿),也不要求运动员在膝角蹬伸阶段完成提腿。与在硬性支撑面上 踏跳相同的是,跨跳步提腿动作的主要作用是提高人体重心的相对位置和调整身体姿势以完 成后续动作,所以运动员只须在离板前完成提腿动作,就可以达到增大离板后人体腾空绝对 高度的运动效果,而且跳板跳水踝关节蹬伸的末加速延迟了人体离板,这也为跨跳步提腿落 后于膝角蹬伸提供了可能。可见,提腿的要领并不在其结束时相的早,更重要应强调向上提 腿幅度的大,为了增大腾空后的绝对高度,“高提腿”才是跨跳步摆动腿的技术关键。

并腿与伸臂有同样的物理作用就是“刚化”身体,使整个人体的转动惯量增大,所以运动员 应尽早并腿,以减小水平制动产生的前翻运动。并腿还有与提腿相反物理作用,可降低人体 重心的相对高度,如果在离板前并腿就会降低腾空后的绝对高度,但如果上升到最高点前完 成并腿,则能通过降低重心相对位置而实现在外观上增加腾空高度,所以本文的“早并腿” 强调并腿于离板后开始,于最高点前结束。

3 结论与建议

1) 跨跳步摆动环节的运动是很复杂的。上肢运动可分为沉臂、升臂和伸臂,摆动腿运动分 为控腿、摆腿、提腿和并腿,运动空间与时相交织有序。

2) 跳板跳水只有蹬摆协调配合,才能有效“合板”。跨跳步应在支撑腿缓冲阶段完成控腿 和沉臂,在支撑腿蹬伸时同步积极摆腿和升臂以增加压板力量。

3) 摆臂方式的合理选择是“合板”的重要保证。跨跳步直肘沉臂有利于增大缓冲阶段人体 的重心落差,而升臂屈肘为上肢远端环节积极上摆提供了动力保障。

4) 控膝摆髋是跳板跳水特有增大人体压板力量的技术动作,要求膝角控制为(89°±3°) ,髋关节前摆从177°到101°。但跨跳步的控膝要求在伸髋的条件下大幅屈膝,股后肌群主 动不足和股前肌群被动不足可能是此项技术的限制因素,所以运动员应有针对性地加强股四 头肌的柔韧性练习和股后肌群的力量训练。

5) 跨跳步未出现“早升臂”(即过去资料的“早上手”)与“早提腿”的现象,优秀运动 员常常利用“快升臂”和“高提腿”来增大有效压板和腾空高度,并通过“早并腿”和伸臂 调整身体姿势以减小身体前倾。

参考文献:

[1] 刘卫国,李强,刘学贞.跳板跳水的生物力学研究进展[J].沈阳体育学院 学报,2006(4):63-65.[2] 吴延禧.跳水技术的生物力学研究[M].北京:人民体育出版社.

[3] 谢才明.试论走板起跳技术[J].跳水信息,1988(1):6-9.

[4] 徐益明.跳水手册.第一章基本技术教练.第4页

[5] 刘卫国,陈晓光,刘学贞,刘卉.优秀男子跳水运动员走板节奏的运动学分析[J]. 北京体育大学学报,2008,31(12):1655-1657.

[6] 成尔恒,王其宁,李连在.从生物力学的角度初探跳板跳水的起跳技术[J].中国体 育科技,1983(11):5-13.

[7] 刘卫国,刘学贞,刘卉.积极蹬伸“合板”的模型探究和因子分析[J].北京体育大 学学报,2005,28(12):1644-1646.

[8] 刘卫国,李强,刘学贞.优秀男子跳水运动员跳板起跳积极蹬伸时机的运动学分析[J ].西安体育学院学报,2006(3):98-100.

[9] 成尔恒,王期宁,李连在.从生物力学的角度初探跳板跳水的起跳技术,1982(10):5 -13.

[10] 刘卫国,张国庆,刘学贞.王峰走板步伐结构的运动学分析[J].山东体育学院学报 ,2005(6):108-110.

[11] 李连在.对跳板跳水走板技术的探讨[J].体育科技资料,1980(21):30-39.[12] 王其宁.运动生物力学在跳板跳水中的应用[J].中国体育科技,1985(1):26-31 .

[13] 谢才明.跳水训练中的几个技术问题[J].中国体育科技,1981(7):16-21.

[14] 成尔恒,李连在.对劳盖尼斯走板技术的分析[J].中国体育科技,1981(7):22-28 .