馬保雷

（西安工程大學,西安,710068）

0 引言

近年來游泳出發(fā)技術發(fā)展十分迅速。游泳出發(fā)技術包括蹲踞式出發(fā)技術和抓臺式出發(fā)技術。蹲踞式出發(fā)技術出現(xiàn)于上世紀80年代，該姿勢具有穩(wěn)定性好、離臺快、產生的水平速度大等優(yōu)點，被世界各國的運用員普遍采用。但是由于我國對蹲踞式游泳出發(fā)技術的研究較晚，所以我國的游泳運動員采用該技術的人數(shù)不多。游泳出發(fā)的特點就是運動員聽到槍聲之后，迅速進入水中同時速度值達到最大，在水中由于受到水的阻力作用，運動員的速度會逐漸減小。所以對游泳運動員技術的研究包括快速啟動速度能力、起跳角度、空中身體運行軌跡、出發(fā)起跳三維力的大小、入水角度以及入水后相關技術環(huán)節(jié)進行研究。本文使用游泳出發(fā)技術的生物力學測試系統(tǒng)，對蹲踞式出發(fā)技術的生物力學進行了相關研究。采用這個系統(tǒng)可以得到準確確的力學和影像數(shù)據(jù)，反映出運動員蹲踞式出發(fā)技術的特點，對蹲踞式出發(fā)技術進行生物力學研究。

1 生物力學測試系統(tǒng)的組成

1.1 動力學測試

動力學測試采用三維測力平臺，包括上平臺、三維力傳感器、基礎平臺、測量電路四部分，三維測力平臺的模型如圖1所示。其中三維力傳感器由彈性體和應變片組成，彈性體由十字筋板、輪輻基座、中心銷柱三部分組成。根據(jù)體系靜力平衡，測力平臺在三維載荷的作用下，不同的傳感器將承受不同的電荷，并將電荷轉成電壓信號，通過測量電路，實現(xiàn)三維力的測量。應變片的作用就是形成測量電路，對X軸和Y軸方向的力進行測量，十字筋板實現(xiàn)Z軸方向力的測量。

圖1 三維測力平臺模型

根據(jù)三維測力臺的結構，對游泳出發(fā)測力臺進行合理安裝，在實驗開始之前對測力臺進行校正。運動在測力出發(fā)臺上做好預備知識之后，清零體重數(shù)值，采集運動員從出發(fā)信號到離臺瞬間的力學參數(shù)，獲取出發(fā)離臺的動力學參數(shù)。生物力學測試系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 生物力學測試系統(tǒng)結構圖

1.2 運動學測試

該系統(tǒng)采用高速攝像機拍攝運動員在預備階段、離臺階段、騰空階段和入水階段四個階段的關節(jié)角度、時間、速度變化的情況，并采用影像解析軟件對這些數(shù)據(jù)進行分析，得到蹲踞式出發(fā)技術各階段的運動學測試參數(shù)。

在測力臺數(shù)據(jù)采集按鈕按動的同時，也發(fā)出了聲音信號和光信號，聲音信號為運動員動作的開始，光信號為攝像機拍攝運動員動作的開始。

2 游泳運動員測試數(shù)據(jù)的采集方法

2.1 運動員的選擇

選取16名男子游泳運動員，并且他們以自由泳短距離為主項，其運動水平全部為一級運動員，他們的基本情況如下：年齡(20.28±1.26)歲，體重(74.55±7.26)kg，身高(1.82±0.04)m，訓練年限(10.23±3.23)年。

2.2 蹲踞式游泳出發(fā)技術動力學測試

運動員完成蹲踞式出發(fā)技術過程中用力情況的分析，主要是通過三維測力臺采集相關的力學參數(shù)。測力臺的數(shù)據(jù)采集時間為3min/次，采用頻率為600Hz，本研究只選取第1min內的600個力值數(shù)據(jù)進行分析。獲得數(shù)據(jù)運用Excel表格進行分析，作成離臺階段f-t受力情況曲線圖。

測定的動力學測試參數(shù)如下：水平方向力達峰值時間Ty2，垂直方向力達峰值時間Tz2，水平方向和垂直方向力的反應時間T1，水平方向和垂直方向作用力時間（Δt），水平方向力的最大值Fymax，垂直方向力的最大值Fzmax，離臺瞬間水平沖量Py，垂直方向沖量Pz，離臺瞬間重心角度、離合重心垂直速度、離臺重心水平速度。

2.3 蹲踞式游泳出發(fā)技術運動學測試

如上圖2所示，本系統(tǒng)采用一臺JVC9800高速攝像機，圖中的1號攝像機為高速攝像機，它的拍攝頻率為100fps ，對運動員進行定點拍攝。攝像機的鏡頭比游泳池岸邊高出1.25m，和出發(fā)臺中心線的距離為19.25m，其主光軸對準出發(fā)臺前1m。2號攝像機為常速攝像機，型號為索尼DCR-DVD 610，記錄游泳運動員的整個過程進行拍攝，拍攝頻率為25fps，拍攝運動員出發(fā)到頭部入水10m的全過程。

2.4 運動員錄像解析

采用Ariel三維影像解析系統(tǒng)，攝像機和電腦主機通過1394接口相連，使用Ulead Video Studio 5.0 DVD將圖像文件轉成Avi文件格式，并對它們進行編輯。根據(jù)系統(tǒng)的人體模型參數(shù)，將運動員的姿勢進行解析，到運動員手觸水結束解析。每幅取19個點，通過降低通數(shù)字濾波法對解析數(shù)據(jù)進行平滑處理，平滑系數(shù)為8。

3 蹲踞式出發(fā)技術測定結果分析

3.1 蹲踞式出發(fā)動力學結果

通過Excel對數(shù)據(jù)的整理，動力學數(shù)據(jù)結果如表1所示，運動員離臺階段f-t受力情況曲線圖如圖3所示。

表1 蹲踞式出發(fā)技術動力學結果

圖3 蹲踞式出發(fā)案例F-t曲線圖

水平方向和垂直方向的力值變化幾乎是同時的，測定的過程還會存在一定的誤差，所以出發(fā)反應時統(tǒng)一用T1表示。圖3顯示了從運動員出發(fā)到離臺階段的水平方向、左右方向和垂直方向受力的變化情況。由圖3可知，左右方向的沖量也有細微的變化，這和蹲踞式技術的雙腳前后支撐的技術特征相關聯(lián)。水平方向的力值變化是一條相對平滑的曲線，可以說明運動員在離臺過程中力值的增加比較緩慢，水平的力值和垂直的力值都達到了一個峰值，水平方向達峰值的時間為0.46s，垂直方向達峰值的時間為0.44s，達到峰值所用的時間越短，說明蹲踞式技術的發(fā)力越迅速，在動作完成過程中力量能夠快速增加，利于獲取較大的離臺沖量和速度，水平方向的力值達到峰值后先增大后減小，然后最終消失，說明運動員在臺上的用力時間相對比較長，水平方向力的峰值水平需要進一步提高。

3.2 蹲踞式出發(fā)運動學結果

游泳出發(fā)技術運動學參數(shù)包括5個技術階段，21個運動學參數(shù)。該系統(tǒng)測定實驗結果如表2所示。預備階段就是指運動員就位之后到發(fā)出出發(fā)信號的時間；離臺階段就是指發(fā)出出發(fā)信號到運動員離臺瞬間的時段；騰空階段就是指運動員腳離臺瞬間到手指觸碰到水瞬間的時間段；入水階段就是指運動員手指觸水瞬間的動作時相。評價出發(fā)效果的重要指標是水下滑行階段。離臺階段是影響蹲踞式出發(fā)效果的重要階段，在此階段蹲踞式出發(fā)技術產生的重心水平速度大于其垂直速度。在入水階段，蹲踞式入水的重心垂直速度為3.17m/s大于其重心水平速度2.42m/s，會影響運動員的入水深度，滑行階段減速的可能性增大。游泳運

動員入水后速度遞減較小距離評定指標是5m，從入水階段到水下滑行階段運動員速度明顯變化的距離評定指標是7m，運動員從入水速度慢慢過度到水中游進速度的距離評定指標是10m。在本研究中，運動員入水后到達5m所用的時間為1.5s，達到7m所用的時間為2.67s，達到10m所用的時間為4.37s。

表2 蹲踞式出發(fā)技術運動學測定結果

[1]吳強,俞志偉,吉愛紅等.一種小型電阻應變式三維力傳感器的仿真設計[J].中國機械工程2011,22(11):1288-1293。

[2]孫通.北京奧運會抓臺式與蹲踞式出發(fā)反應時的比較[J].體育科學研究,2010,03:86-89.

[3]高磊.新型椎體撐開器的研制及生物力學測試[D].蘇州大學,2013.