陽家鵬 向春玉

（1.銅仁學(xué)院體育系 銅仁 554300）

影響武術(shù)旋風(fēng)腳720°完成的生物力學(xué)探析*

陽家鵬1向春玉1

（1.銅仁學(xué)院體育系 銅仁 554300）

轉(zhuǎn)動慣量的大小、分布和轉(zhuǎn)軸的位置是決定720°旋風(fēng)腳順利完成的關(guān)鍵。好的身體姿態(tài)能促進轉(zhuǎn)動慣量和角速度的調(diào)整。騰空高度是影響720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性的重要因素，空中轉(zhuǎn)體的速度能彌補運動員騰空高度的不夠。在720°旋風(fēng)腳踏跳時，身體已經(jīng)繞縱軸擰轉(zhuǎn)了一定的角度，這是因為偏心力矩存在而產(chǎn)生的，在適當(dāng)?shù)膬A斜角度內(nèi)產(chǎn)生的偏心力矩對完成720°旋風(fēng)腳轉(zhuǎn)體非常有利。

720°旋風(fēng)腳；轉(zhuǎn)動慣量；空中姿勢；騰空高度； 偏心力矩

1 前言

720°旋風(fēng)腳是武術(shù)套路中的C級跳躍類難度動作，是跳躍類難度動作中最常見且容易失誤的一個技術(shù)動作，其動作完成的關(guān)鍵是空中轉(zhuǎn)體與落地的穩(wěn)定性。本文從運動學(xué)的角度即轉(zhuǎn)動慣量、空中姿勢、騰空高度和偏心力矩四個方面探討影響旋風(fēng)腳720完成的成因，旨在為教練員的訓(xùn)練提供有益的參考，從而提高武術(shù)套路運動員在比賽中完成720°旋風(fēng)腳難度動作的成功率。

2 影響旋風(fēng)腳720°完成的生物力學(xué)分析

2.1 轉(zhuǎn)動慣量

轉(zhuǎn)動慣量是轉(zhuǎn)動物體的慣性，它是描述物體轉(zhuǎn)動時保持原來轉(zhuǎn)動狀態(tài)能力的物體量。轉(zhuǎn)動慣量越大，轉(zhuǎn)動狀態(tài)越穩(wěn)定越不容易改變，它是分析720°旋風(fēng)腳一個常用的基本參數(shù)。利用轉(zhuǎn)動慣量對旋風(fēng)腳 720°進行分析的理論基礎(chǔ)如下：（1）人體在騰空狀態(tài)時應(yīng)遵循動量矩守恒定律，即轉(zhuǎn)動慣量和角速度的乘積等于一個常數(shù)。（2）根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量的公式I=mr2，轉(zhuǎn)動慣量I大小由物體的質(zhì)量m和對于它的質(zhì)點離轉(zhuǎn)軸的垂直距離r確定。對于具有同樣大小質(zhì)量的剛體，如果對于同一轉(zhuǎn)軸，即r相等，轉(zhuǎn)動慣量的大小必定相等。（3）人體的轉(zhuǎn)動慣量隨著身體姿勢的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，因此，運動員可以根據(jù)動作的需要調(diào)節(jié)身體的姿勢，改變自身的轉(zhuǎn)動慣量達到完成動作的目的。由以上分析可知：（1）質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)動慣量越大。（2）物體全部質(zhì)量的分布情況，質(zhì)量越是集中在轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動慣量越小，質(zhì)量越是分布在四周，轉(zhuǎn)動慣量越大。（3）轉(zhuǎn)軸的位置，轉(zhuǎn)軸在物體的一端，轉(zhuǎn)動慣量大，轉(zhuǎn)軸靠近身體中心，轉(zhuǎn)動慣量小。根據(jù)決定物體轉(zhuǎn)動慣量的三個因素，來分析旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體動作。

2.1.1 運動員的身體質(zhì)量

從轉(zhuǎn)動慣量可知武術(shù)運動員體重是決定旋風(fēng)腳 720°空中轉(zhuǎn)體時轉(zhuǎn)動慣量的因素之一。體重重的運動員相對比體重輕的運動員空中轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量大，其運動狀態(tài)就越穩(wěn)定，難改變；反之，體重越輕的運動員空中轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量越小，運動狀態(tài)易于改變。從起跳到騰空轉(zhuǎn)體，體重重的運動員由于慣性比體重輕的運動員大，運動狀態(tài)難以改變，所以不利于旋轉(zhuǎn)，體重輕的運動員則相對易于轉(zhuǎn)動?？傊?，理論上體重輕的武術(shù)運動員較易完成旋風(fēng)腳720°高難動作，同時這也就對武術(shù)運動員提出了體重控制的要求。

2.1.2 質(zhì)量的分布情況

質(zhì)量集中在轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動慣量小，旋轉(zhuǎn)速度快；質(zhì)量分布在四周，轉(zhuǎn)動慣量大，旋轉(zhuǎn)速度慢。從圖1中可以看出運動員起跳時，身體舒展打開，這樣有利于身體質(zhì)量向四肢均勻分布，增加轉(zhuǎn)動慣量，保持運動狀態(tài)的穩(wěn)定性，有利于旋風(fēng)腳空中踢腿擊響動作，但是身體過分的展開不利于空中的旋轉(zhuǎn)。為了增加旋轉(zhuǎn)，如圖2所示，空中擊響后應(yīng)迅速的并腿、雙臂抱體等動作，這有利于把身體質(zhì)量向身體縱軸線即轉(zhuǎn)動軸集中，從而減小轉(zhuǎn)動慣量，利于旋轉(zhuǎn)。圖3顯示的是落地穩(wěn)定階段，運動員的四肢張開，使身體質(zhì)量盡量均勻布增加轉(zhuǎn)動慣量減小旋轉(zhuǎn)速度，以利于落地緩沖，增加穩(wěn)定性。所以旋風(fēng)腳 720°身體各階段的姿態(tài)對轉(zhuǎn)動慣量的分布非常關(guān)鍵。

圖1：運動員旋風(fēng)腳720度接跌豎叉

圖2：運動員旋風(fēng)腳720度接跌豎叉

圖3：運動員旋風(fēng)腳720度接跌豎叉

2.1.3 轉(zhuǎn)軸的位置

轉(zhuǎn)軸在物體的一端，遠離身體中心，轉(zhuǎn)動慣量大，動作難做；轉(zhuǎn)軸接近身體中心則動作易做。運動員之所以能改變身體的姿態(tài)即改變繞縱軸的轉(zhuǎn)動半徑，來調(diào)控轉(zhuǎn)動慣量的大小，從而達到對角速度快慢的控制，順利完成各種高難度空中動作。人體在騰空狀態(tài)時應(yīng)遵循動量矩守恒定律，即轉(zhuǎn)動慣量和角速度的乘積等于一個常數(shù)。人體處于騰空狀態(tài)的時候，采用任何動作使身體姿勢發(fā)生改變，都只是在轉(zhuǎn)動慣量I和角速度ω之間調(diào)整和變動。而轉(zhuǎn)動慣量是由質(zhì)量m和轉(zhuǎn)動半徑r決定的，當(dāng)姿態(tài)改變時，繞同一轉(zhuǎn)軸的半徑發(fā)生了變化，則會引起轉(zhuǎn)動慣量的變化。所以720°旋風(fēng)腳空中的各種技術(shù)動作都是圍繞增減轉(zhuǎn)動慣量和角速度以促進轉(zhuǎn)體順利完成而展開的。運動員里合腿擊響瞬間里合腿和身體向縱軸線即轉(zhuǎn)動軸靠攏，使轉(zhuǎn)動軸盡量保持在身體的中心線，減小轉(zhuǎn)動半徑，減小轉(zhuǎn)動慣量，促進旋轉(zhuǎn)。

2.2 空中姿勢

根據(jù)人體在騰空狀態(tài)時遵守動量矩守恒定律，好的身體姿態(tài)能促進轉(zhuǎn)動慣量和角速度的調(diào)整，使空中轉(zhuǎn)體720°順利完成，且落地的穩(wěn)定性好。旋風(fēng)腳720°空中姿態(tài)在旋風(fēng)腳的騰空至里合腿擊響增大轉(zhuǎn)動慣量階段, 具體的身體姿勢應(yīng)是右腿的里合與反方向的左手盡量拉開[2]。擊響至并腿旋轉(zhuǎn)階段,運動員雙手應(yīng)盡量靠近身體, 兩腳并攏，盡量使肢體靠近垂直軸，減小轉(zhuǎn)動慣量, 增大轉(zhuǎn)動角速度。[2]擊響后擺動腿下壓積極,迅速與左腿并攏,更快地減小轉(zhuǎn)動半徑,減小轉(zhuǎn)動慣量,使空中旋轉(zhuǎn)速度更快。[3]在里合擊響腿結(jié)束時，兩臂快速向身體垂直軸靠攏。右腿也快速向身體靠攏。[9]

根據(jù)人體的狀態(tài)反射，頭部空間位置的改變能反射性地引起四肢肌張力的重新調(diào)整。頭部擰轉(zhuǎn)時能引起同側(cè)上下肢伸肌緊張性加強，而對側(cè)伸肌緊張性減弱。[10]因此運動員完成旋風(fēng)腳擊響后,應(yīng)迅速用力左轉(zhuǎn),以頭帶動軀干轉(zhuǎn)動720°。頭部左轉(zhuǎn)時能引起左側(cè)上下肢伸肌緊張性加強，而對側(cè)伸肌緊張性減弱，有利于身體在空中的旋轉(zhuǎn)。同時當(dāng)頭部擰轉(zhuǎn)到一定角度后，由于動量矩轉(zhuǎn)移，促進了身體其它部位的旋轉(zhuǎn)。不良的身體姿勢對空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性都會產(chǎn)生不良的影響，比如運動員在空中完成動作時坐髖,這就增大了身體的轉(zhuǎn)動慣量,不利于身體的自身旋轉(zhuǎn)。

落地時如果身體姿勢沒調(diào)整好就會出現(xiàn)落地后身體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)或是前傾、后倒等一系列問題。經(jīng)研究表明運動員在落地時上體都會略向前傾，腰背肌處于高度緊張的狀態(tài)，其目的是為了使身體的總重心能夠維持在支撐面內(nèi)。但由于男女運動員腰背肌的力量方面的差異造成女運動員上體軀干角偏大。[6]而兩臂的各種動作目的是為了調(diào)整重力作用線，使之通過支撐面，以保持落地時身體的平衡。[5]

2.3 騰空高度

騰空高度對旋風(fēng)腳 720°空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性的影響是一個有爭議的問題。一般認為，騰空高度越高，騰空時間越長就越有利于旋風(fēng)腳720°的順利完成。不可否認，沒有一定的騰空高度那也就稱不上騰空跳躍動作了，所以有人認為身體重心上升的高度是完成旋風(fēng)腳720°的前提。[7]

有研究表明從騰空時間來看，男運動員的騰空時間高于女子，同時發(fā)現(xiàn)落地穩(wěn)定性女運動員低于男運動員。騰空高度高對于旋風(fēng)腳720°的完成時好處是毋庸置疑的，重心高度增量增大,騰空時間延長,使空中轉(zhuǎn)體更充分；里合腿擊響后積極下壓有利于身體重心繼續(xù)升高,有利于加速身體的轉(zhuǎn)速，落地前能更好地調(diào)整身體姿態(tài)加強落地的穩(wěn)定性，并且高飄的動作更能體現(xiàn)武術(shù)跳躍動作高、難、美的特點。

彈跳能力取決于運動員的相對力量和肌肉的快速力量（爆發(fā)力），它是完成跳躍類項目的一項基本能力。跳躍能力強的武術(shù)運動員完成旋風(fēng)腳720°又高又飄，動作瀟灑優(yōu)美。然而，彈跳能力的好壞是決定旋風(fēng)腳720°完成的關(guān)鍵因素嗎？這是一個值得探討的問題。在現(xiàn)實訓(xùn)練和比賽中，往往一些彈跳并不出眾，特別是女運動員同樣也能完成旋風(fēng)腳720°動作，取得優(yōu)異的成績。這些現(xiàn)象說明，旋風(fēng)腳720°的完成并不取決于騰空的高度。有研究表明跳躍高度不一定影響旋風(fēng)腳720°的完成率, 通過加大起跳時的旋轉(zhuǎn)速度和減少空中的轉(zhuǎn)動慣量可以實現(xiàn)加快空中旋轉(zhuǎn)速度的目標。通過提高運動員身體在空中的轉(zhuǎn)動速度能彌補運動員腿部力量差,起跳速度小的不足。也就是說在有限的高度內(nèi)只要身體在空中的旋轉(zhuǎn)速度足夠，一樣能完成旋風(fēng)腳720°，很多優(yōu)秀的武術(shù)運動員通過實踐證明了這是可行的。

2.4 偏心力矩

在完成旋風(fēng)腳720°時偏心力矩的作用少有人提及，根據(jù)生物力學(xué)知識我們可知，旋風(fēng)腳720°踏跳騰空后，人體在空中的狀態(tài)是既是平動又是轉(zhuǎn)動的復(fù)合運動。

這是因為旋風(fēng)腳720°助跑踏跳時，起跳腿給地面一個向下作用力F，同時獲得一個向上的反作用力F’，向前制動的同時又獲得一個向后的摩擦力Q,而這兩個力不能正好通過總重心點O，那么這兩個力為偏心力，它們與重心之間的力矩就形成了偏心力矩即F′a和Qa；又因為偏心力矩具有方向性，只有使身體呈逆時針方向轉(zhuǎn)動的力偶矩F′a才是促進旋風(fēng)腳720°旋轉(zhuǎn)的根本原因所在，也就是向上的反作用力F＇與垂直軸形成的偏心力矩。向后的摩擦力Q所產(chǎn)生的偏心力矩Qa促使人體向后上方翻轉(zhuǎn)，這也是側(cè)空翻繞矢狀軸翻轉(zhuǎn)的原因之一。

圖4 旋風(fēng)腳720°踏跳力學(xué)分析簡圖

根據(jù)人體轉(zhuǎn)動動作不同，偏心力矩方向也隨之變化。如向前做空翻動作時，必須在蹬地起跳的瞬時形成向前的偏心力矩，此時蹬地的力量向后下方，動支撐反力向前上方，從人體重心的后方通過，這時所產(chǎn)生的偏心力矩促使人體繞額狀軸翻轉(zhuǎn)。720°旋風(fēng)腳是人體處于騰空狀態(tài)下繞縱軸旋轉(zhuǎn)同時向前平動的復(fù)合運動，這就產(chǎn)生一個呈逆時針方向的偏心力矩，與向前空翻不同的是它繞縱軸翻轉(zhuǎn)。從上分析我們得知要順利完成720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體必須充分利用偏心力矩的作用。因此，要完成旋風(fēng)腳720°這樣的高難度動作，必須要在騰空前盡可能獲得較高動量矩。運動員獲得足夠的動量矩后，在起跳腳與地面支撐時，通過動量矩的轉(zhuǎn)移，將動量矩轉(zhuǎn)移到身體其它部分，并儲存起來，待身體騰空后，促進身體旋轉(zhuǎn)。根據(jù)力矩的公式M=Fr。加大偏心力F或是力臂r，即可加大偏心力矩M，就能使人體在空中完成一定的翻轉(zhuǎn)動作。通過對高水平武術(shù)套路運動員所完成的旋風(fēng)腳720°調(diào)查證實, 女運動員起跳前的最后一步在步幅上大于男運動員,這是由于起跳腳需要更大的角度制動, 從而獲得向上的垂直力。當(dāng)?shù)孛娼o人體起跳的反作用力F一定時，要想加大偏心力矩M就只能增加作用線與轉(zhuǎn)軸的距離r。

3 小 結(jié)

3.1 轉(zhuǎn)動慣量是分析720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性首要參數(shù)，轉(zhuǎn)動慣量的大小、分布和轉(zhuǎn)軸的位置是決定720°旋風(fēng)腳能否順利完成的關(guān)鍵。

3.2 空中姿勢是影響720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性又一關(guān)鍵因素，好的身體姿態(tài)能促進轉(zhuǎn)動慣量和角速度的調(diào)整，使空中轉(zhuǎn)體720°順利完成，加強落地的穩(wěn)定性。

3.3 騰空高度是影響720°旋風(fēng)腳空中轉(zhuǎn)體與落地穩(wěn)定性的重要因子，騰空高度越高，騰空時間越長就越有利于旋風(fēng)腳720°空中轉(zhuǎn)體的完成。而空中轉(zhuǎn)體的速度能彌補運動員騰空高度的不夠，促進720°旋風(fēng)腳的順利完成。

3.4 偏心力矩是運動員能夠在空中完成720°轉(zhuǎn)體的重要因素， 在 720°旋風(fēng)腳踏跳時，身體已經(jīng)繞縱軸擰轉(zhuǎn)了一定的角度，這正是因為偏心力矩的存在而產(chǎn)生的，在適當(dāng)?shù)膬A斜角度內(nèi)產(chǎn)生的偏心力矩對空中完成 720°旋風(fēng)腳轉(zhuǎn)體非常有利。

1 楊乃靜，林小美，尹燕強，張再昂，競技武術(shù)套路中騰空擺蓮B和C級跳躍落地穩(wěn)定性的研究【J】.天津體育學(xué)院學(xué)報，2008,23(3)：259-262

2 朱東、郭志禹，競技武術(shù)C 級跳躍難度的運動學(xué)特征研究【J】.體育科學(xué)2006 , 26 (9)：48-50

3 魏新?lián)Q1、崔景輝2、楊洋3，對高水平女子武術(shù)套路運動員旋風(fēng)腳720°難度動作的技術(shù)分析與診斷【J】.北京體育大學(xué)學(xué)報，2008,31(8)：1139-1146

4 林北生,競技武術(shù)套路跳躍難度動作旋風(fēng)腳720度訓(xùn)練方法研究[J].成都體育學(xué)院學(xué)報，2008,34(12)：76-77

5 韓濤，競技武術(shù)套路運動員旋風(fēng)腳720度接馬步動作的生物力學(xué)分析【J】.北京體育大學(xué)(畢業(yè))學(xué)位論文，2007.5.30

6 張紅，武術(shù)套路中C級跳躍難度動作旋風(fēng)腳720°的三維運動學(xué)分析【J】.河北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文2006.6

7 李玉剛,嚴發(fā)本,肖紅征,梅漢超，我國優(yōu)秀武術(shù)運動員旋風(fēng)腳720°三維圖像特征分析【J】.武漢體育學(xué)院學(xué)報，2006,40(2)：39-42

8 朱東,郭志禹，武術(shù)套路跳躍中旋風(fēng)腳及連接難度動作分析【J】.上海體育學(xué)院學(xué)報，2008,32(1)：84

9 高麗，武術(shù)套路優(yōu)秀運動員旋風(fēng)腳轉(zhuǎn)體720°接馬步動作的運動生物力學(xué)分析【J】.體育學(xué)刊，2008 ,15 (8 )：106-111

10 王瑞元，運動生理學(xué)[M] . 北京：人民體育出版社,2002

11 全國體育學(xué)院教材委員會編，運動生物力學(xué)【M】.人民體育出版社，2000

Analyses the Factors That Influence Tornado kick Turn 720 °

Yang Jiapeng，etal.
(1.Department of P.E., Tongren University, Tongren ,Guizhou,554300 )

Tornado kick turn 720 °,is the one of difficult WUSHU jump movements of C grade and WUSHU difficult movement of the C grade is the key to win WUSHU contest. To enhance the ability of finishing WUSHU jump difficult movement is very important to WUSHU trainer and athlete. Based on the literature and the biomechanics, the paper analyses the causes that influence the turning and stability of Tornado kick turn 720 °from four aspects including movement of inertia, posture in air, height of jumping, eccentric moment.

Tornado kick turn 720 °；movement of inertia；posture in air； height of jumping； eccentric moment

貴州省教育廳立項課題，課題編號：11ZC153。

陽家鵬（1979 - ），男，湖北荊州人，碩士，講師，研究方向：民族傳統(tǒng)體育學(xué)。