蘇彥炬，吳貽剛，袁 艷，吳正平

1 研究目的

快速力量是肌肉收縮力量和速度的綜合表現(xiàn)，也是決定運(yùn)動(dòng)成績(jī)的重要因素。功率是力與速度的乘積，快速力量訓(xùn)練中人體輸出功率是非常重要的訓(xùn)練學(xué)參數(shù)，對(duì)于確定訓(xùn)練的負(fù)荷強(qiáng)度具有重要意義。力量訓(xùn)練的目的就是提高運(yùn)動(dòng)過(guò)程中人體功率的輸出。

對(duì)運(yùn)動(dòng)員力量水平的檢測(cè)、分析和評(píng)定是力量訓(xùn)練的重要內(nèi)容。從重量和速度兩方面對(duì)運(yùn)動(dòng)員力量素質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是現(xiàn)代力量檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)［1］。功率輸出的測(cè)量是進(jìn)行最大功率訓(xùn)練及評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員快速力量水平的基礎(chǔ)。位移傳感器和測(cè)力臺(tái)在運(yùn)動(dòng)測(cè)試中的廣泛應(yīng)用為最大功率法的實(shí)施提供了物質(zhì)和技術(shù)保障。測(cè)量功率因具體情況、測(cè)試設(shè)備的不同，采取不同的計(jì)算方法，每種測(cè)量方法都存在著優(yōu)勢(shì)和不足。以負(fù)重蹲跳訓(xùn)練形式為例，對(duì)四種常見(jiàn)的功率測(cè)量方法的特征進(jìn)行深入分析，探討各種方法的優(yōu)勢(shì)與局限性，確定其適用范圍。

2 四種功率測(cè)試方法的對(duì)比

最大功率法是快速力量訓(xùn)練的有效方法。根據(jù)肌肉收縮力—速度關(guān)系可知，肌肉收縮力量隨著負(fù)荷的增加而增加，動(dòng)作速度則隨負(fù)荷的增加而減小，最大功率是在阻力—速度兩者處于最理想契合時(shí)出現(xiàn)的［2］。對(duì)人體輸出功率的測(cè)試實(shí)際上是對(duì)阻力和速度兩個(gè)參數(shù)的采集。

由于采用數(shù)據(jù)儀器的差別，計(jì)算整個(gè)動(dòng)作系統(tǒng)所包括不同部分的重量存在差異，故影響測(cè)試結(jié)果。以負(fù)重蹲跳訓(xùn)練形式為例，對(duì)四種不同功率測(cè)試的方法進(jìn)行分析和比較。

表1 負(fù)重蹲跳功率測(cè)試方法比較

用于功率計(jì)算的參數(shù)包括地面反作用力、杠鈴的位移、速度、加速度、人體體重等。通過(guò)測(cè)力臺(tái)可對(duì)蹲跳動(dòng)作地面支撐反作用力進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。杠鈴的位移數(shù)據(jù)可通過(guò)與杠鈴相連接的位移傳感器測(cè)得，由位移及時(shí)間衍生速度和加速度數(shù)據(jù)。

表1可知，方法1通過(guò)已知的杠鈴和練習(xí)者體重以及位移傳感器測(cè)量的杠鈴位移數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。位移傳感器的一端固定，游離的另一端固定在杠鈴上。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員開(kāi)始訓(xùn)練，固定在杠鈴上的位移傳感器將杠鈴位移變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，結(jié)合對(duì)應(yīng)的時(shí)間，采用專門的程序處理。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，對(duì)速度（v）和加速度a進(jìn)行求導(dǎo)。根據(jù)牛頓3定律F＝（m＋M）（a＋g）（其中M和m為人體和杠鈴的重量）得到促使整個(gè)系統(tǒng)的推力F。根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理，在得出F隨時(shí)間變化的曲線后，由公式P（t）＝F（t）3 V（t）求出瞬間功率［3］。

測(cè)力臺(tái)和位移傳感器的采集頻率（每秒鐘記錄到的蹬伸力量數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)）決定了蹬伸力值和速度的采樣數(shù)量。力量是通過(guò)已知的杠鈴重量、人體重量之和與加速度數(shù)據(jù)的乘積得到。該方法的理論前提是整個(gè)系統(tǒng)（包括杠鈴和人體）的重心與杠鈴重心位移相同。理論前提決定了該方法的局限性。蹲跳的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)員軀干、下肢以及腳并沒(méi)有和杠鈴?fù)揭苿?dòng)，故認(rèn)為這種利用逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算的測(cè)試方法不是十分精確。杠鈴所受力量是由位移、時(shí)間數(shù)據(jù)衍生計(jì)算得出，這種方法無(wú)法提供直接測(cè)量的力量數(shù)據(jù)。因考慮到受試者克服自身身體重量的做功，一些特殊的訓(xùn)練形式諸如臥推等上肢動(dòng)作，身體參與到動(dòng)作中的重量很小，在計(jì)算功率過(guò)程中，對(duì)身體重量的計(jì)算應(yīng)另當(dāng)別論。綜上所述，該方法適用于測(cè)試類似蹲跳等大部分身體質(zhì)量參與的運(yùn)動(dòng)形式，而對(duì)于只有部分身體重量參加運(yùn)動(dòng)的其它形式練習(xí)存在一定局限性。

方法2是通過(guò)杠鈴的位移數(shù)據(jù)和杠鈴質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。此方法計(jì)算過(guò)程基本上和方法1相同，唯一區(qū)別是運(yùn)動(dòng)員身體質(zhì)量沒(méi)有包括在力量和功率輸出計(jì)算中。該方法依然不能克服以杠鈴代替整個(gè)系統(tǒng)移動(dòng)的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，由方法2測(cè)試的結(jié)果明顯小于其它三種方法測(cè)得數(shù)據(jù)，此方法會(huì)低估真實(shí)的功率輸出。本方法應(yīng)用于測(cè)量功率范圍相對(duì)較寬的抗阻練習(xí)中具有一定優(yōu)勢(shì)，需要克服自身體重較少，特別是如臥推、腿舉等向上的、沒(méi)有形成身體離地的運(yùn)動(dòng)形式的功率測(cè)試。

方法3通過(guò)測(cè)力臺(tái)得到的地面反作用力、杠鈴重量及練習(xí)者的身體質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。力量值從測(cè)力臺(tái)的數(shù)據(jù)直接獲得，加速度數(shù)據(jù)通過(guò)已知的運(yùn)動(dòng)員和杠鈴的質(zhì)量計(jì)算，速度依據(jù)動(dòng)量定理公式FT＝m（vf－vi）進(jìn)行計(jì)算。采集的起始速度數(shù)據(jù)必須是零，即當(dāng)數(shù)據(jù)采集開(kāi)始時(shí)，運(yùn)動(dòng)員和杠鈴必須保持靜止。力量數(shù)值來(lái)源于測(cè)力臺(tái)。如果杠鈴重心與運(yùn)動(dòng)員重心移動(dòng)的同步性較差，在計(jì)算速度和功率時(shí)則易出現(xiàn)誤差，原始數(shù)據(jù)很小的誤差會(huì)在最后結(jié)果中被放大。此外，該系統(tǒng)必須是獨(dú)立于測(cè)力臺(tái)之上，運(yùn)動(dòng)員的身體部分或是杠鈴不能與其它任何表面相接觸。故測(cè)量從地面開(kāi)始的動(dòng)作功率輸出時(shí)，不宜使用方法3。運(yùn)動(dòng)員持握杠鈴可以從任意中間位置開(kāi)始，如膝蓋，膝蓋水平以下，但系統(tǒng)各部分的重量不能在整個(gè)過(guò)程中有任何改變。如果從地面上開(kāi)始持握杠鈴，那么用于計(jì)算的數(shù)值在杠鈴離開(kāi)地面時(shí)已經(jīng)改變，杠鈴的重量沒(méi)有作用在測(cè)力臺(tái)上，杠鈴被舉起時(shí)重量會(huì)額外增加。從這個(gè)意義上講，如果系統(tǒng)重量在整個(gè)移動(dòng)過(guò)程中不穩(wěn)定，加速度、速度和功率數(shù)值就不能從力量數(shù)據(jù)中得到。滿足上述基本條件的任何形式的直線抗阻力量訓(xùn)練均可采用方法3進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。

在測(cè)試方法4中，力量來(lái)源于測(cè)力臺(tái)采集數(shù)據(jù)，速度直接從位移傳感器數(shù)據(jù)獲得。與方法3相同，計(jì)算時(shí)，運(yùn)動(dòng)員身體質(zhì)量和杠鈴的重量被包括在其中，可同步進(jìn)行測(cè)力臺(tái)和位移傳感器的測(cè)量。因?yàn)榱α繑?shù)據(jù)包括了運(yùn)動(dòng)員的身體重量和速度數(shù)據(jù)，其局限性已討論，即假設(shè)杠鈴重心和運(yùn)動(dòng)員重心位移相同。優(yōu)越性在于位移數(shù)據(jù)是直接測(cè)量獲得，比通過(guò)計(jì)算得到的杠鈴移動(dòng)速度要精確。力量變化的數(shù)據(jù)直接從測(cè)力臺(tái)得到，比方法1、2中由位移傳感器中推導(dǎo)出的數(shù)值要精確。如果杠鈴的重心和身體重心的移動(dòng)同步性問(wèn)題得到很好解決，那么這種方法相對(duì)其它三種方法誤差要小，局限性在于不適合應(yīng)用于類似抓舉動(dòng)作的功率測(cè)量，即身體和杠鈴的移動(dòng)不在同一方向上的動(dòng)作形式。

抓舉和挺舉練習(xí)時(shí)，杠鈴重心的移動(dòng)和運(yùn)動(dòng)員身體的移動(dòng)各自獨(dú)立。研究表明，抓舉過(guò)程中當(dāng)杠鈴從腿部舉到頭上位置時(shí)，人體重心的移動(dòng)只有0．12－0．15 m。杠鈴和運(yùn)動(dòng)員的重心移動(dòng)不同，方法2、3不適用。如果運(yùn)動(dòng)員腿和軀干功率輸出能力為主要測(cè)試內(nèi)容，選用方法3較適宜。

據(jù)已有文獻(xiàn)可知，方法1、4只適用于杠鈴和受試者重心同步移動(dòng)的情況下。在抗阻力量訓(xùn)練過(guò)程中這兩者的重心往往不能實(shí)現(xiàn)同步，上述兩個(gè)方法從邏輯上推理就不能應(yīng)用于舉重練習(xí)的功率測(cè)算。如果只考慮最高功率，方法4較適合，原因在于：首先最大功率發(fā)生在抓舉第二個(gè)階段的上舉過(guò)程中，杠鈴重心移動(dòng)與運(yùn)動(dòng)員重心移動(dòng)非常接近；其次方法4的誤差可能較其他三種方法要小，但方法4應(yīng)用于舉重練習(xí)功率測(cè)量至今未見(jiàn)試驗(yàn)驗(yàn)證。

從測(cè)試儀器成本分析，位移傳感器的價(jià)格遠(yuǎn)低于測(cè)力臺(tái)，應(yīng)用方法2、3具有較好的相關(guān)性，教練員可選擇位移傳感器作為測(cè)量設(shè)備。如果注重功率的輸出能力而非舉重的表現(xiàn)，也比較適合采用這種設(shè)備。

［1］ 陳小平，嚴(yán) 力，季林紅．對(duì)我國(guó)優(yōu)秀短距離速滑運(yùn)動(dòng)員力量耐力的研究——運(yùn)用“最大力量能力閾”評(píng)價(jià)力量耐力水平的試驗(yàn)［J］．體育科學(xué)，2005（12）．

［2］ 段子才．功率最大化的力量訓(xùn)練方法及效果研究進(jìn)展［J］．中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志，2011（3）．

［3］ 肖 毅，劉 宇．智能化超等長(zhǎng)阻力訓(xùn)練系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］．武漢體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（3）．