沈士達(dá)，李 群

短跑途中跑支撐階段影響水平速度因素的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

沈士達(dá)1，李 群2

運(yùn)用激光測(cè)速系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析系統(tǒng)以及多參數(shù)同步觸發(fā)系統(tǒng)，在上海2名優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員的100 m跑訓(xùn)練過(guò)程中進(jìn)行測(cè)試，將運(yùn)動(dòng)員100 m途中跑支撐階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)與人體運(yùn)動(dòng)的水平速度進(jìn)行同步分析，來(lái)揭示短跑運(yùn)動(dòng)員100 m途中跑速度的變化規(guī)律，討論和分析短跑運(yùn)動(dòng)員100 m途中跑支撐階段的不同運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的變化與人體速度的關(guān)系，為教練員和運(yùn)動(dòng)員提高短跑途中跑的速度和改進(jìn)技術(shù)動(dòng)作提供一定的數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

短跑；支撐；速度；運(yùn)動(dòng)學(xué)

短跑是世界體育史上最古老的競(jìng)賽項(xiàng)目之一，它是速度力量型、以無(wú)氧供能方式跑完全程的周期性極限強(qiáng)度項(xiàng)目，其成績(jī)主要取決于運(yùn)動(dòng)員完成動(dòng)作的功率和長(zhǎng)時(shí)間保持最高跑速的能力。隨著體育競(jìng)技水平和科學(xué)分析水平的提高、運(yùn)動(dòng)技術(shù)的日趨合理與完善，短跑的世界紀(jì)錄在不斷的被刷新，人類(lèi)的極限也在一次又一次被打破。牙買(mǎi)加運(yùn)動(dòng)員博爾特在北京奧運(yùn)會(huì)上跑出了9’69”的好成績(jī)，而在2009年世界田徑錦標(biāo)賽又有了新的100 m世界記錄：9’58”。相比世界短跑而言，我國(guó)的短跑水平仍存在著很大的差距。目前我國(guó)男子短跑100 m的全國(guó)記錄只有10’17”，而200 m全國(guó)記錄也只有20’54”，所以對(duì)于我國(guó)男子田徑項(xiàng)目而言要想有大的突破，必須從運(yùn)動(dòng)員選材、訓(xùn)練方法和技術(shù)上有所改進(jìn)，在科研上仍需要不斷地探索，尋找一種適合我國(guó)運(yùn)動(dòng)員特點(diǎn)的技術(shù)方法。德國(guó)LDM 300C SPORT,LAVEG-SPORT激光測(cè)速系統(tǒng)是目前世界上先進(jìn)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)測(cè)速系統(tǒng)之一，系統(tǒng)結(jié)合激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以50 Hz頻率測(cè)量200 m范圍內(nèi)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度，速度測(cè)量精度達(dá)到0.01 m/s，非常有利于短跑、跨欄、跳遠(yuǎn)助跑、三級(jí)跳助跑、撐桿跳助跑等項(xiàng)目的訓(xùn)練指導(dǎo)。本文從上海田徑隊(duì)2名運(yùn)動(dòng)員100 m跑訓(xùn)練過(guò)程中途中跑的速度變化情況入手，并與運(yùn)動(dòng)解析的方法相結(jié)合，將2名短跑運(yùn)動(dòng)員途中跑單步過(guò)程中支撐階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)與身體速度進(jìn)行同步分析。來(lái)揭示短跑運(yùn)動(dòng)員途中跑速度的變化規(guī)律，討論和分析短跑運(yùn)動(dòng)員途中跑支撐階段不同運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的變化與人體速度的關(guān)系，為教練員和運(yùn)動(dòng)員提高短跑途中跑的速度和改進(jìn)技術(shù)動(dòng)作提供一定的數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

上海男子田徑隊(duì)2名優(yōu)秀短跑運(yùn)動(dòng)員。

1.2 研究方法

1.2.1 測(cè)試法

使用德國(guó)LDM 300C SPORT,LAVEG-SPORT激光測(cè)速系統(tǒng)、索尼攝像機(jī)以及上海體育科學(xué)研究所和同濟(jì)大學(xué)共同開(kāi)發(fā)的同步觸發(fā)系統(tǒng)，在短跑運(yùn)動(dòng)員楊×和黃×100 m跑訓(xùn)練過(guò)程中進(jìn)行同步測(cè)試。激光測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)采樣頻率為50 Hz，攝像機(jī)速度為50場(chǎng)/s。其中激光測(cè)速為全程測(cè)試，錄像拍攝則是在途中跑50 m處。將所測(cè)試的激光測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，使用激光測(cè)試系統(tǒng)自帶das3e軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。通過(guò)Edius非編視頻編輯軟件進(jìn)行視頻采集，用Aerial運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件進(jìn)行二維運(yùn)動(dòng)解析，獲取關(guān)鍵環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。使用LaserVideo2.0同步數(shù)據(jù)分析軟件將激光速度數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行同步分析。

1.2.2 分析法

將所得的人體速度曲線(xiàn)進(jìn)行分析，并通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，與教練員進(jìn)行交流來(lái)探討短跑運(yùn)動(dòng)員在途中跑中水平速度的變化規(guī)律。將人體速度數(shù)據(jù)與運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)同步分析，了解短跑運(yùn)動(dòng)員在支撐過(guò)程中身體速度的變化情況，以及不同運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的變化對(duì)人體速度的影響，為教練員和運(yùn)動(dòng)員提供一定的數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 短跑運(yùn)動(dòng)員途中跑身體速度變化規(guī)律

傳統(tǒng)的測(cè)量人體速度的方法一般都是采用圖像解析，圖像解析是人工打關(guān)節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行計(jì)算得到，需要花費(fèi)較多的時(shí)間。激光測(cè)速是對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測(cè)距，取得在該時(shí)段內(nèi)被測(cè)物體的移動(dòng)距離，從而得到該被測(cè)物體的移動(dòng)速度，相比而言激光所得身體運(yùn)動(dòng)的水平速度較為準(zhǔn)確，而且能在現(xiàn)場(chǎng)得到速度曲線(xiàn)和數(shù)據(jù)，快速反饋。如圖1所示，短跑運(yùn)動(dòng)員的速度曲線(xiàn)隨著跑動(dòng)水平距離的增加呈現(xiàn)周期性規(guī)律性變化。圖2為短跑運(yùn)動(dòng)員途中跑速度曲線(xiàn)與視頻同步圖，從視頻與激光速度曲線(xiàn)的速度同步中發(fā)現(xiàn)，短跑運(yùn)動(dòng)員在途中跑速度變化的一個(gè)周期即短跑的一步，短跑運(yùn)動(dòng)員水平速度在支撐離地結(jié)束后開(kāi)始減小，到與地面接觸到最大緩沖階段身體水平速度達(dá)到最低，最大緩沖結(jié)束后支撐腿蹬地過(guò)程中身體重心速度開(kāi)始增加，蹬離地面過(guò)程中達(dá)到身體水平速度的峰值。這說(shuō)明短跑運(yùn)動(dòng)員在單步周期中，蹬地過(guò)程是短跑過(guò)程中速度增加的過(guò)程，騰空到著地緩沖為短跑過(guò)程中減速的過(guò)程。

2.2 短跑支撐階段影響水平速度的原因

支撐階段是每一個(gè)跑動(dòng)周期的重要階段，其技術(shù)動(dòng)作直接影響到身體重心速度的快慢。本文把支撐階段分為兩個(gè)部分：前支撐階段和后支撐階段，即從著地腳的腳尖前緣著地瞬間到垂直支撐（身體重心的投影在支撐點(diǎn)上）成為前支撐階段，從垂直支撐到腳尖前緣離地瞬間稱(chēng)為后支撐階段。

2.2.1 前支撐階段影響水平速度的原因

表1中緩沖距離是指在前支撐階段身體重心沿水平方向移動(dòng)的水平距離；著地距離是指在著地腳著地瞬間重心的地面的投影點(diǎn)離腳尖的距離。根據(jù)生物力學(xué)的理論和運(yùn)動(dòng)實(shí)踐,前蹬制動(dòng)力是短跑的主要阻力之一，這種阻力的大小取決于腳著地瞬間相對(duì)于地面的水平速度[2]。運(yùn)動(dòng)員在腳著地時(shí)應(yīng)增大著地角、減小著地距離，以減小水平方向的阻力及作用時(shí)間。因此，短跑項(xiàng)目的教練員在技術(shù)訓(xùn)練中特別強(qiáng)調(diào)，運(yùn)動(dòng)員在腳著地時(shí)應(yīng)盡量靠近身體重心的投影點(diǎn)，以增大著地角、減小著地距離，加大擺動(dòng)腿的下壓速度。表1為楊×和黃×在單步周期過(guò)程中支撐階段的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)表，從中我們可以看出：楊×和黃×的著地角分別為69.5°和71.7°，著地距離分別為0.418 m和0.348 m，著地前大腿下壓的角速度分別是863°/ s和970°/s，小腿的角速度分別是493°/s和630°/s。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可以得出楊×的著地角度小于黃×，著地距離大于黃×，著地前大、小腿下壓的角速度小于黃×，積極主動(dòng)“扒地”的能力相對(duì)不足，這說(shuō)明楊×在著地過(guò)程受到的阻力相對(duì)較大，人體水平速度損失較大。

表1 短跑運(yùn)動(dòng)員的前支撐階段運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)對(duì)比Table Ⅰ Comparison between the Kinematic Parameters in Sprinter's Support Phase

如表2所示，從膝關(guān)節(jié)角度大小和變化，楊×和黃×與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員相比無(wú)論著地瞬間還是最大緩沖階段膝關(guān)節(jié)角度均比較大。從變化幅度來(lái)看，黃×膝關(guān)節(jié)角度變化幅度大于楊×，且緩沖速度快，緩沖速度達(dá)到了29.7°/s，楊×膝關(guān)節(jié)緩沖速度只有19°/s，這說(shuō)明楊×在前支撐階段緩沖能力相對(duì)較差，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，在途中跑中運(yùn)動(dòng)員擺動(dòng)腿腳著地瞬間,形成支撐反作用力，此是阻力。同時(shí)腳的“扒地”動(dòng)作產(chǎn)生的作用力，是動(dòng)力。其不但有利于身體重心向水平方向快速位移，而且能提高進(jìn)入緩沖階段的速度[3]。前支撐緩沖能力差將增加緩沖時(shí)間，使人體與地面接觸的阻力作用時(shí)間增加，導(dǎo)致身體水平速度下降，建議楊×在訓(xùn)練中注重前支撐緩沖能力的訓(xùn)練，以減少緩沖過(guò)程中的阻力。

表2 著地到最大緩沖階段膝關(guān)節(jié)角度變化TableⅡ Knee Joints Variations from Landing to Maximum Buffer Stage

由表3可以看出：楊×身體重心水平速度的最大值和最小值分別為10.14 m/s、9.17 m/s，差值為0.97 m/s；而黃×分別為10.65 m/s、10.12 m/s，差值為0.53 m/s。由此可知：黃×的重心水平最大速度比楊×的高，重心水平最大和最小速度的差值比楊×的小，這說(shuō)明，黃×在支撐階段的著地阻力較小，速度損失較小，著地緩沖階段的技術(shù)要好于楊×。

綜上所述：楊×著地距離偏大，著地角偏小，緩沖距離過(guò)大，大、小腿下壓角速度較小，緩沖能力較差，使前支撐階段克服阻力的能力較小，造成了身體重心水平速度偏小；黃×著地距離和著地角適宜，大、小腿下壓角速度較大，緩沖能力較好，其身體重心的水平速度較楊×大，但是與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員還存在一定的差距。因此可以得出：短跑支撐過(guò)程中減小著地距離、增大著地角、較快的下壓速度以及較強(qiáng)的緩沖能力有利于提高身體向前運(yùn)動(dòng)的水平速度。

表3 身體重心水平速度的比較（單位：m／s）TableⅢ Comparison between the Body Weight Horizontal Velocity (m/s)

2.2.2 后支撐階段影響水平速度的原因

后支撐階段是支撐階段的關(guān)鍵部分，因?yàn)楹笾坞A段的技術(shù)不僅直接影響到支撐階段的時(shí)間還直接影響騰空時(shí)間。如果后支撐階段的技術(shù)較好就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較適宜的騰起角和較大的騰起初速度，提高人體向前的水平速度。

在表4中后蹬角為后蹬結(jié)束瞬間，重心與著地支撐點(diǎn)連線(xiàn)與跑進(jìn)方向水平線(xiàn)的夾角。后蹬距離是指在后支撐階段身體重心沿水平方向移動(dòng)的水平距離。由表4可知，楊×和黃×在后支撐階段，后蹬角分別為61.8°和65.9°，均高于美國(guó)運(yùn)動(dòng)員后蹬腳56.6°，根據(jù)生物力學(xué)原理，后蹬角過(guò)大，將導(dǎo)致在后蹬過(guò)程中水平方向的分速度減小，垂直方向的分速度增大，造成騰空時(shí)的拋物線(xiàn)過(guò)高，騰空時(shí)間增長(zhǎng)。所以建議楊×和黃×應(yīng)盡量減小在后蹬離地瞬間的蹬地角，以提高后蹬過(guò)程中的水平速度。

后蹬距離就是短跑過(guò)程中人體發(fā)力的主要工作距離，后蹬時(shí)間是人體主要用力時(shí)間，運(yùn)動(dòng)員要在盡可能長(zhǎng)的后蹬距離中，用盡可能短的后蹬時(shí)間髖、膝、踝關(guān)節(jié)進(jìn)行發(fā)力蹬伸，使人體獲得向前運(yùn)動(dòng)的速度。表4表明：美國(guó)運(yùn)動(dòng)員的后蹬距離為0.73 m，楊×和黃×的后蹬距離分別為0.628 m和0.545 m，與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員相比較楊×和黃×的后蹬距離較短，而他們的后蹬時(shí)間都較美國(guó)運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)。從后蹬階段身體重心的水平速度的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是黃×還是楊×在后蹬階段，水平速度與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員相比較均相差很大。根據(jù)激光測(cè)速與視頻的同步中發(fā)現(xiàn)，后支撐蹬地過(guò)程是速度開(kāi)始增加的過(guò)程，所以后支撐的加速能力對(duì)于短跑運(yùn)動(dòng)員至關(guān)重要?？傮w而言，楊×和黃×在后支撐階段，身體重心水平速度與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員差距明顯，主要原因是楊×和黃×在后蹬過(guò)程中支撐腿蹬伸能力相對(duì)較差，導(dǎo)致后蹬距離短，后蹬時(shí)間較長(zhǎng)，另外后蹬角度較小也會(huì)造成一定的水平分速度降低，造成后蹬階段身體水平速度較低。

擺動(dòng)腿應(yīng)與支撐腿緊密配合, 盡量快速擺動(dòng)，只有加強(qiáng)擺動(dòng)腿每個(gè)動(dòng)作的實(shí)用性，才能做到以擺促蹬，增加身體重心的水平速度，提高短跑動(dòng)作技術(shù)水平和運(yùn)動(dòng)成績(jī)[5]。表4表明，楊×在后支撐階段的擺動(dòng)腿角速度為591°/s，低于黃×的631°/s。所以建議楊×進(jìn)一步加快擺動(dòng)腿擺動(dòng)速度，充分結(jié)合支撐腿的后蹬以及擺動(dòng)腿的擺動(dòng)，以提高在后支撐階段的水平速度。

表4顯示：楊×的支撐時(shí)間和騰空時(shí)間為0.11 s和0.13 s，時(shí)間比為1/1.182；黃×的支撐時(shí)間和騰空時(shí)間分別為0.085 s和0.13 s，時(shí)間比為1/1.529；而美國(guó)運(yùn)動(dòng)員的支撐時(shí)間和騰空時(shí)間分別為0.095 s和0.113 s，時(shí)間比為1/1.189。從支撐時(shí)間和騰空時(shí)間的對(duì)比中可以看出，楊×在單步周期中支撐階段所占比重較大，且支撐時(shí)間比美國(guó)運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)。這一方面是由于楊×在支撐階段的著地距離偏大、著地角偏小使得克服阻力不足而造成的，另一方面是由于其踝關(guān)節(jié)或小腿快速蹬伸力量能力較差所造成的。而黃×在單步周期中騰空階段所占比重較大，支撐時(shí)間較美國(guó)運(yùn)動(dòng)員短，但是騰空時(shí)間較美國(guó)運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)，這是由于黃×的后蹬角大于美國(guó)運(yùn)動(dòng)員所造成的。

表4 后支撐階段運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)對(duì)比TableⅣ Comparison between the Kinematic Parameters in Latter Support Phase

綜上所述：楊×后蹬角較大、擺動(dòng)腿的角速度較慢、踝關(guān)節(jié)的角速度也較慢、后蹬距離偏短、后蹬時(shí)間偏長(zhǎng)，導(dǎo)致了支撐時(shí)間和騰空時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不利于人體運(yùn)動(dòng)速度的提高；黃×后蹬角也偏大，后蹬距離偏短、后蹬時(shí)間偏長(zhǎng)，但是其擺動(dòng)腿的角速度較快，所以其身體重心的水平速度大于楊×，但是與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員相比仍存在較大差距。所以后支撐階段較小的后蹬角、較快的擺動(dòng)腿角速度、合適的后蹬距離、較短的后蹬時(shí)間可以使人體獲得較大的水平速度。

3 結(jié)論與建議

3.1 短跑運(yùn)動(dòng)員的速度曲線(xiàn)隨著跑動(dòng)水平距離的增加呈現(xiàn)周期性規(guī)律性變化，以每一個(gè)單步為一個(gè)周期，短跑運(yùn)動(dòng)員途中跑水平速度在支撐離地結(jié)束后開(kāi)始減小，到與地面接觸到最大緩沖階段身體水平速度達(dá)到最低，最大緩沖結(jié)束后支撐腿蹬地過(guò)程中身體重心速度開(kāi)始增加，到蹬離地面過(guò)程中達(dá)到身體水平速度的峰值。這說(shuō)明短跑運(yùn)動(dòng)員在單步周期中，蹬地過(guò)程是短跑過(guò)程中速度增加的過(guò)程，騰空到著地緩沖為短跑過(guò)程中速度減小的過(guò)程。后支撐的加速能力對(duì)于短跑運(yùn)動(dòng)員至關(guān)重要，所以建議短跑運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練中注意短跑后支撐階段支撐腿蹬伸能力的培養(yǎng)。

3.2 通過(guò)與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)相比較，楊×相對(duì)著地緩沖過(guò)程中，前支撐時(shí)間和前支撐距離相對(duì)長(zhǎng)，且在前支撐階段膝關(guān)節(jié)緩沖能力相對(duì)較差，建議其在訓(xùn)練過(guò)程中注意前支撐過(guò)程的緩沖能力，提高支撐腿踝關(guān)節(jié)積極主動(dòng)“扒地”的能力。黃×則是前支撐階段時(shí)間較短，但是在距離上與美國(guó)運(yùn)動(dòng)員相比較短，建議前支撐階段在保證前支撐時(shí)間較短的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣吆蟮啪嚯x。

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(責(zé)任編輯：何聰)

Kinetic Analysis of the Factors Affecting Horizontal Velocity during the Support Phase of Sprint Running

SHEN Shi-da, LI Xi
(Shanghai Secondary Sports School, Shanghai 201100 China)

Adopting laser velocimetry system, kinematic analysis system and multi-parameter synchronization trigger system, the author made a test in 100m training of 2 elite sprinters of Shanghai. The article makes a synchronized analysis of the kinematic parameters in the support phase of 100m running and the horizontal velocity of human body movement so as to reveal the speed variation law of sprinter's 100m running. The article discusses the relations between the variation of the different kinematic parameters and the speed of human body in the support phase of 100m running in order to provide data reference and theoretical basis for helping coaches and athletes improve speed and technical movements in running.

sprint; support; velocity; kinematics

G 804.6

A

1006-1207(2010)06-0061-04

2010-10-26

沈士達(dá)，男，中級(jí)教練員.主要研究方向：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練.

1.上海市第二體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校，上海 201100； 2.華東師范大學(xué)，上海 20006