摘要：運用三維測力臺（Kistler）和紅外光點自動捕捉測試系統(tǒng)（Qualisys-MCU500）對北京體育大學(xué)男子排球隊9名運動員分別進(jìn)行了擺臂縱跳和抱頭縱跳的測試，結(jié)果表明：擺臂縱跳蹬伸過程中最大力值大于抱頭縱跳，但是由于蹬伸后半段時間的延長使后半段蹬伸力的梯度值沒有明顯增加；落地時地面最大沖擊力與縱跳高度無關(guān)；擺臂縱跳的沖量值大于抱頭縱跳，但研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)縱跳高度與沖量并沒有顯著性相關(guān)關(guān)系。

關(guān) 鍵 詞：運動力學(xué)；抱頭縱跳；擺臂縱跳；排球運動員

中圖分類號：G804.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-7116（2013）01-0139-06

現(xiàn)代高水平的排球比賽要求運動員具有良好的彈跳能力，既要求高跳、快跳，又要求跳的及時、跳的恰到好處，加之現(xiàn)代排球運動更是向著高度和力量方向發(fā)展，所以縱跳能力是排球運動中的一項十分重要的素質(zhì)。良好的縱跳能力直接體現(xiàn)為一個隊的空中優(yōu)勢，空中優(yōu)勢明顯，比賽中就能占主動地位，所以排球運動中的縱跳能力一直受到世界各國排球界的重視。本研究運用紅外光點自動捕捉測試系統(tǒng)和三維測力臺進(jìn)行同步測量的方法，對部分高水平排球運動員不同起跳技術(shù)動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行定量研究，找出在不同形式的縱跳過程中動力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律和影響縱跳能力發(fā)揮的力學(xué)特征，以期為今后提高排球運動員縱跳能力的訓(xùn)練實踐提供理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以北京體育大學(xué)9名優(yōu)秀男子排球運動員為研究對象（年齡（22.33±2.34）歲；體重（87.93±7.88） kg；身高（193.83±2.14） cm）。

1.2 研究方法

在北京體育大學(xué)科學(xué)樓試驗大廳，采用紅外光點自動捕捉測試系統(tǒng)（Qualisys-MCU500）和并排放置的兩個三維測力臺（Kistler）進(jìn)行同步測量的方法，兩個系統(tǒng)的頻率分別為200和1 000 Hz，分別對原地擺臂縱跳和原地抱頭縱跳2個動作進(jìn)行測試。試驗前每個動作練習(xí)3次以上，直至動作符合測試者的要求并且能準(zhǔn)確踏臺；試驗時每個動作做3次，每位受試者的每個動作僅收集縱跳成績最好的一次之?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。

根據(jù)需要本研究主要檢測了以下參數(shù)：縱跳過程中髖關(guān)節(jié)縱向移動的距離、兩個動作過程中力的曲線（包括從蹬伸階段、騰空階段和落點階段）、蹬伸階段和落地階段力的極值（力的最大值與最小值）、標(biāo)準(zhǔn)化力的極值（力的極值與體重的商）、正沖量（超重階段的沖量值）、負(fù)沖量（失重階段的沖量值）、凈沖量（指正負(fù)沖量之和）、爆發(fā)力（蹬伸力的峰值除以蹬伸后段時間）、緩沖階段時間（從人體失重時開始到超重時止的時間）、蹬伸階段時間（從人體超重時開始到離地時止的時間）（前段是指從人體超重開始到力值達(dá)最大值止的時間，后段是指從力的最大值開始到人體離地止的一段時間）、踏跳總時間（緩沖階段時間與蹬伸階段時間之和）、力的梯度（力的改變量與時間的比值）。

數(shù)理統(tǒng)計：試驗數(shù)據(jù)使用EXCEL工作表進(jìn)行整理，應(yīng)用SPSS11.5統(tǒng)計軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行Person相關(guān)分析或非參數(shù)檢驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 擺臂縱跳與抱頭縱跳高度的比較

研究結(jié)果顯示擺臂縱跳高度大于抱頭縱跳高度，且差異具有十分顯著性差異（P＝0.001），擺臂縱跳高度的均值為60.7 cm，比抱頭縱跳高度均值50.4 cm高10.3 cm，即擺臂對縱跳高度的貢獻(xiàn)率為16.95%，這與國內(nèi)的相關(guān)研究所指出的擺臂對縱跳貢獻(xiàn)11.07 cm相差不大[1]，這充分表明擺臂對縱跳高度的獲得具有非常大的幫助。對于擺臂對縱跳的貢獻(xiàn)問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，國內(nèi)外文獻(xiàn)研究得出的擺臂對縱跳的貢獻(xiàn)率的范圍在10%～40%，不同研究結(jié)果差別較大的原因可能是：1）計算高度的方法不同，有的學(xué)者運用測力臺記錄的騰空時間來推算騰空高度，有的使用騰起初速度計算縱跳高度；2）縱跳高度計量部位不同，先前研究多用最高重心高度減去離地時重心高度；本文是直接用Qualisys測得右髖騰空后最高高度相對于直立時右髖高度進(jìn)行計算；3）樣本量及受試對象不同；4）所用擺臂速度不同，如有學(xué)者用的是擺臂的線速度對縱跳的影響，而本研究使用的是角速度。

2.2 擺臂縱跳與抱頭縱跳力的圖像比較

力的時間曲線反映了人體觸臺后完成起跳整個過程中地面反作用垂直分力的變化特征，是反映人體肌肉內(nèi)力的外在表現(xiàn)。通過對力-時間曲線定性分析，發(fā)現(xiàn)兩種形式的縱跳之間存在著差別。

所有受試者縱跳時無論擺臂與否，力的時間曲線都具有雙峰特征，且擺臂縱跳雙峰特征更加明顯。圖1、2是一名縱跳成績最好的受試者，擺臂縱跳和抱頭縱跳的力-時間曲線。從圖像上面直觀分析，抱頭縱跳時蹬伸過程中具有雙峰特征，兩個測力臺所測力值均為第1峰值略高于第2峰值（如圖2）；擺臂縱跳時兩個測力臺所測力也具有雙峰，但是左腳測力臺雙峰高度幾乎相同，而右腳測力臺所測蹬伸過程中力的兩個峰值表現(xiàn)為后者較前者大（如圖1）。這就充分說明擺臂不是致使測力臺所測力具有雙峰的原因，而是擺臂使雙峰表現(xiàn)得更明顯。有研究表明較差的5次縱跳在蹬伸階段看起來有雙峰的特征，而較好的5次縱跳看起來具有單峰特征，但t檢驗兩組縱跳高度差異沒有顯著性（t=0.429，5%水平）[2]。本研究得出無論擺臂與否蹬伸過程力的曲線都具有雙峰特征，這可能與蹬伸過程中各關(guān)節(jié)之間力量不平衡以及各關(guān)節(jié)間的協(xié)調(diào)性有關(guān)。

跳起落地時力的時間曲線，所有擺臂縱跳都表現(xiàn)出不穩(wěn)定的起伏特性，抱頭縱跳落地后力值表現(xiàn)出雙峰的穩(wěn)定性，而在擺臂縱跳時則表現(xiàn)不穩(wěn)定的多峰變化，特別是在左腳所在測力臺輸出數(shù)據(jù)上體現(xiàn)的更為明顯，這可能與落地時臂的擺動有關(guān)，也可能與縱跳高度有關(guān)。兩個動作落地時左腿所受的沖擊力較大，可能與項目有關(guān)，排球運動員為了提高優(yōu)勢側(cè)的擊球高度，特別是在扣球技術(shù)動作上，習(xí)慣于弱勢側(cè)的腳先落地，導(dǎo)致弱勢側(cè)的腿所受沖擊力較大，受傷概率也隨之增加。

2.3 縱跳過程中有關(guān)的力

1）力與縱跳高度相關(guān)關(guān)系。

統(tǒng)計結(jié)果表明：蹬伸力的峰值與縱跳高度之間不能認(rèn)為存在著線性相關(guān)關(guān)系（r=0.34，P=0.16）。曹志飛等[3]對原地連續(xù)縱跳蹬伸力峰值與騰空高度的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，二者存在非常顯著的正相關(guān)關(guān)系，并認(rèn)為原地連續(xù)縱跳過程中蹬伸力峰值是影響起跳效果的重要動力學(xué)指標(biāo)，這可能是因為體重差別不大所致；本研究與加拿大的Dowling研究結(jié)果趨于一致，Dowling[4]曾報道：跳高最高的受試者其最大蹬地力量較大，但有些跳得較低的人也具有很大蹬地力量。本研究和Dowling研究結(jié)果都表明蹬地力量大未必跳的高。

由于測力臺測得的是絕對力量，本研究用標(biāo)準(zhǔn)化力值與彈跳高度進(jìn)行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在顯著性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r=0.584。這充分表明了標(biāo)準(zhǔn)化力量在縱跳中的重要性，所以在相關(guān)項目的力量訓(xùn)練時應(yīng)多考慮相對力量，而不能只注重最大力量的訓(xùn)練。

最小力和標(biāo)準(zhǔn)化最小力與縱跳高度之間不能認(rèn)為有線性相關(guān)（P=0.77和P=0.99）。緩沖過程可能是為了給肌肉足夠的收縮時間以提高蹬伸速度；緩沖過程使各關(guān)節(jié)獲得了一個較合理的彎曲角度使各關(guān)節(jié)處在一個最適宜的發(fā)力范圍，是為了在收縮前拉伸松弛的肌肉，而不是說緩沖過程中的最小力值必須對縱跳高度有直接貢獻(xiàn)。

根據(jù)運動訓(xùn)練學(xué)對“爆發(fā)力”的評定方法（力量極值與達(dá)力量極值所用時間之商）和前人對爆發(fā)力的研究方法結(jié)合，利用蹬伸后半段力的梯度代表爆發(fā)力[5]，本研究企圖得出爆發(fā)力會對縱跳高度有直接影響，但是研究結(jié)果顯示，無論是根據(jù)絕對力計算的爆發(fā)力還是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化力值計算的爆發(fā)力與縱跳高度之間都不存在線性相關(guān)（P=0.67和P=0.81），這說明力的梯度或者說力的曲線的斜率并不能全面反映受試者完成動作的真實能力，所以以上爆發(fā)力的計算方法不能反映“爆發(fā)力”，用以上方法計算爆發(fā)力值得探討。

用蹬伸后半段力的梯度表示爆發(fā)力具有明顯的缺陷：從圖1、2定性分析看，即使是同一個人擺臂縱跳和抱頭縱跳的蹬伸過程的圖像明顯不同，但是我們不能說同一個人在擺臂時爆發(fā)力大，而不擺臂時爆發(fā)力小，這也就是說同一個人在動作不同時具有不同的爆發(fā)力，這與人們對爆發(fā)力的認(rèn)識相違背；從定量分析看用力的梯度代表的爆發(fā)力與縱跳高度并不存在線性相關(guān)。

2）抱頭縱跳與擺臂縱跳的力值及力的作用時間。

實驗結(jié)果顯示，抱頭縱跳緩沖最小力為（456.93±139.54） N，蹬伸最大力為（1 905.93±96.26） N；擺臂縱跳緩沖最小力為（377.07±150.24） N，蹬伸最大力為（2 149.11±117.63） N。與抱頭縱跳相比，擺臂縱跳的緩沖最小力均值較小但是也較離散，經(jīng)檢驗兩者差異并不具有顯著性（P＝0.173）。但是蹬伸最大力值擺臂縱跳大于抱頭縱跳，且兩者差異具有十分顯著性（P＝0.008）。

人們會習(xí)慣地認(rèn)為蹬地力量大就會相應(yīng)地獲得較大的縱跳高度，通過分析和實驗研究表明：力量大者未必跳的高。陳小平[6]認(rèn)為縱跳高度還與踏跳時間、用力節(jié)奏和協(xié)調(diào)能力有關(guān)。

表1對兩種不同形式的縱跳在蹬伸過程中力的作用時間比較得出，擺臂使縱跳整個過程時間縮短，這種縮短是由于蹬伸時間和緩沖時間同時縮短所致，并以緩沖時間縮短為主。進(jìn)一步分析表明，蹬伸時間的縮短是由于蹬伸前段縮短所致（P<0.05），而蹬伸后段時間反而延長，且檢驗具有顯著性（P<0.05）。

有人建議用力的梯度來驗證運動效果，力的梯度表明運動員完成動作的能力和技術(shù)的嫻熟程度，蹬伸部分的能力是衡量運動員快速協(xié)調(diào)能力的重要指標(biāo)[5]。

表2對兩種形式縱跳力的梯度進(jìn)行比較結(jié)果表明：對于蹬伸后段擺臂縱跳與抱頭縱跳力的梯度值差異并沒有顯著性（P＝0.594），而在蹬伸的前段兩者之間的力的梯度差異有顯著性（P<0.05），擺臂對蹬伸的總過程影響也很明顯，蹬伸總過程中力的梯度擺臂縱跳大于抱頭縱跳，并且差異具有高度顯著性（P＝0.008）。

結(jié)合力的峰值和作用時間特征分析，導(dǎo)致力的梯度變化的主要原因是擺臂使蹬伸力值增大，蹬伸整個過程的時間減少，蹬伸前段時間減少，而蹬伸后段時間卻有所增加。這就導(dǎo)致了最大力與蹬伸時間的比值明顯變大，也導(dǎo)致了蹬伸前段力的梯度增加明顯，而蹬伸后段的力的梯度變化不明顯。

3）擺臂對落地力的影響。

測試結(jié)果顯示，擺臂縱跳落地力最大值為（4 337.56±767.82） N，體重為（87.93±7.88） kg；而抱頭縱跳落地力最大值為（4 240.31±792.48） N，體重為（87.93±7.88） kg。

無論擺臂與否縱跳下落時可以認(rèn)為體重和落地力的最大值之間不存在線性相關(guān)關(guān)系（P＝0.95、P＝0.74），體重值較大者在落地時不一定會受到較大的地面沖擊力，數(shù)據(jù)表明體重輕者在落地時也會導(dǎo)致較大的地面作用力。

許多研究表明落地時地面對下肢的沖擊力是運動員膝關(guān)節(jié)傷病的主要誘因，落地時較大的膝關(guān)節(jié)角度將增加肢體承受力，因此受傷的隱患也就大[7]；非接觸性ACL傷病主要發(fā)生在諸如有急停跳、落地和有剪切力等動作的運動員身上[8]。由于膝關(guān)節(jié)是影響我國排球運動員職業(yè)生涯的最常見的損傷部位，而國內(nèi)相關(guān)研究又相對較少，所以本研究對落地時的力做了簡單的論述。

本實驗的受試者縱跳高度大約在0.5～0.6 m（擺臂縱跳（5.02±0.97） N，抱頭縱跳（4.90±0.96） N）左右，在下落著地時最大沖擊力范圍在3.7～6.7倍體重之間，與Zhang等[9]的實驗結(jié)果6.72倍體重相近；Brian[10]研究表明從45 cm高處落下時最大沖擊力是體重的5～7倍（擺臂縱跳（3.74～6.27倍、抱頭縱跳3.71～6.74倍）與本結(jié)果相似。

擺臂縱跳與抱頭縱跳中落地力峰值之間以及緩沖時間之間差異都沒有顯著性，雖然擺臂縱跳落地力均值較抱頭縱跳大（擺臂縱跳（4 337.56±767.82） N、抱頭縱跳（4 240.31±792.48） N），但我們不能認(rèn)為擺臂縱跳落地力峰值一定比抱頭縱跳大（P＝0.314）。擺臂縱跳落地緩沖時間（騰空落地后力波峰到波谷時間）較抱頭縱跳短0.03 s（擺臂縱跳（0.40±0.10） s），抱頭縱跳（（0.43±0.13） s），經(jīng)檢驗兩者差異沒有顯著性，只能接受原假設(shè)認(rèn)為兩者落地緩沖時間沒有差異。

縱跳落地時最大力值與縱跳高度不具有顯著性相關(guān)（r＝0.302，P＝0.225），這可能是由于不同受試者的落地方式不同造成的；同時相關(guān)研究也證明了這一點，Zhang等[9]認(rèn)為：落地力的最大值不只與高度有關(guān)還與落地技術(shù)有關(guān)。落地時最大力值與高度相關(guān)不顯著的主要原因可能是由于縱跳高度差別（10 cm左右）不太大，落地技術(shù)也不盡相同。通過分析可以推出落地時的緩沖技術(shù)相對于縱跳高度對縱跳落地緩沖階段力的峰值的影響可能處于支配地位，這還需進(jìn)一步的研究進(jìn)行論證。

2.4 擺臂縱跳和抱頭縱跳的沖量特征

1）沖量與縱跳高度的關(guān)系。

本實驗結(jié)果顯示沖量和縱跳高度間不存在著線性相關(guān)（P>0.05）。單信海[11]認(rèn)為沖量值與縱跳高度兩者之間的相關(guān)系數(shù)為r＝0.86，呈顯著性相關(guān)；究其原因可能是由于沖量等于動量的增量（I＝F△t＝mv1－mv0），沖量不但和速度的增量有關(guān)，同時與質(zhì)量也有關(guān)系；不但和力的大小有關(guān)系與力的作用時間也有關(guān)系。本研究結(jié)果之所以與前人不同，可能是因為前人的研究對象體重間的差異大小不同所致，如果各個受試者體重差距不大，沖量只與速度的變化量有關(guān)，而起跳速度與縱跳高度具有函數(shù)關(guān)系（H＝v2/2 g），這樣就導(dǎo)致凈沖量和縱跳高度之間存在著相關(guān)關(guān)系。

縱跳高度除與標(biāo)準(zhǔn)化負(fù)沖量不具有線性相關(guān)外（P>0.1），與標(biāo)準(zhǔn)化正沖量和標(biāo)準(zhǔn)化凈沖量都顯著相關(guān)（r＝0.632，P<0.01和r＝0.808，P<0.001）這也驗證了以上分析：沖量與縱跳高度之間的關(guān)系受受試者體重影響。

本研究的標(biāo)準(zhǔn)化正沖量與縱跳高度的相關(guān)系數(shù)r＝0.623（P<0.01），二者呈中度相關(guān)，但仍可以說起跳時標(biāo)準(zhǔn)化正沖量是評價起跳效果的重要指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)化凈沖量與縱跳高度的相關(guān)系數(shù)r＝0.808（P<0.01），本研究標(biāo)準(zhǔn)化凈沖量實質(zhì)是指離地時的沖量（m×△v其值實際上等于人體離地時的動量）與體重（mg）之間的比值，其值為△v/g，初速度為零，g為常數(shù)，而離地速度v（以向上為正）與縱跳高度H之間具有函數(shù)關(guān)系，所以標(biāo)準(zhǔn)化凈沖量實質(zhì)上是離地速度與縱跳高度之間的關(guān)系。

負(fù)沖量和標(biāo)準(zhǔn)負(fù)沖量雖然與縱跳高度之間不能認(rèn)為存在線性相關(guān)關(guān)系（P>0.05），但是本研究得出負(fù)沖量與正沖量之間存在高度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r＝-0.745（P<0.01），這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因還不清楚。但有研究表明：最好的縱跳擁有較小的負(fù)沖量，與正沖量之比大約在0.27左右，負(fù)向沖量與縱跳高度之間相關(guān)性較差；這表明一定的負(fù)沖量是必要的，但較大負(fù)沖量與縱跳高度無關(guān)。這也被Van Ingen Schenau[2]所證明，他認(rèn)為負(fù)向工作的目的并不是儲存能量而是在收縮前拉伸松弛的肌肉；緩沖還可能是為了給肌肉足夠的收縮時間讓關(guān)節(jié)達(dá)到最大速度，獲得合理的彎曲角度和一個最佳的速度。

2）擺臂對縱跳沖量的影響。

實驗結(jié)果表明（見表3）：擺臂縱跳和抱頭縱跳相比，正、凈沖量差異都存在著顯著性，擺臂時正、凈沖量均值明顯大于抱頭縱跳，檢驗結(jié)果均具有顯著性差異。在負(fù)沖量變化不大時，正沖量值變大直接結(jié)果就是導(dǎo)致凈沖量變大，雖然本實驗中正沖量和凈沖量與縱跳高度之間不存在線性相關(guān)，但是對于同一個人而言，凈沖量增加相當(dāng)于增加了起跳速度，而起跳速度與縱跳高度的之間存在函數(shù)相關(guān)。

擺臂縱跳與抱頭縱跳的標(biāo)準(zhǔn)化正沖量、凈沖量差異存在著十分顯著性（見表4），說明擺臂明顯提高了縱跳沖量，對于同一個人而言，這無疑增加了標(biāo)準(zhǔn)化的正、凈沖量，而上面的研究表明標(biāo)準(zhǔn)化正沖量和標(biāo)準(zhǔn)化凈沖量與縱跳高度之間具有正相關(guān)且相關(guān)具有顯著性。

擺臂對標(biāo)準(zhǔn)化負(fù)沖量影響雖然不大，檢驗結(jié)果差異也不具有顯著性（P>0.05），但適當(dāng)?shù)呢?fù)沖量是必要的，有利于彈性勢能的儲備，在蹬伸過程中儲備的勢能轉(zhuǎn)化為蹬地力，進(jìn)而提高縱跳成績。離心收縮一般處在向心前，離心時大量的有價值的能量儲存在被拉伸的肌肉里，這種能量反過來又部分地在向心收縮時收回，這種情況也符合“先拉伸后收縮”的肌肉工作原理[12]。從力學(xué)角度分析，縱跳時由于負(fù)沖量值和肌肉勢能儲備均增大，致使正沖量和凈沖量都會增大，這與實驗結(jié)果相符。同時彎曲的角度過大反而不利于肌肉利用儲存的能量，也不利于牽張反射的發(fā)生，反而不利于正確技術(shù)動作的形成，影響縱跳高度。

綜上所述一定的負(fù)向沖量是必要的，但并不是越大越有利于縱跳成績的提高，縱跳高度還受踏跳時間、節(jié)奏、協(xié)調(diào)等因素的影響。

3 結(jié)論與建議

擺臂對縱跳高度的貢獻(xiàn)率為16.95%；擺臂縱跳和抱頭縱跳力蹬伸階段的圖像都具有雙峰特征，擺臂縱跳雙峰特征更加明顯；擺臂縮短了縱跳過程的總時間、緩沖時間和蹬伸時間，卻增加了蹬伸后段時間。最大力值、蹬伸后半段力的梯度值、正沖量和凈沖量與縱跳高度之間不具有線性相關(guān)關(guān)系；標(biāo)準(zhǔn)化的正、凈沖量與縱跳高度之間存在線性相關(guān)；縱跳高度、體重與落地力的峰值之間都不存在線性相關(guān)。

縱跳練習(xí)時應(yīng)重視擺臂，注意擺臂與蹬伸的協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮擺臂的作用；力量練習(xí)時應(yīng)注意提高練習(xí)者的相對力量；排球運動員縱跳落地時應(yīng)注意落地技術(shù)，以減小地面對身體特別是下肢的沖擊力；不應(yīng)使用蹬伸后半段力的梯度表示爆發(fā)力。

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