潘 靈

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對(duì)短跑中蹲踞式起跑技術(shù)的生物力學(xué)分析

潘 靈

（北京體育大學(xué)，北京 100084）

將短跑的蹲踞式起跑技術(shù)的眾多指標(biāo)進(jìn)行量化式分析，重點(diǎn)研究起跑時(shí)重心高度、膝關(guān)節(jié)開(kāi)放角度及重心位置變化對(duì)于短跑起跑效果的影響。采用高速攝像機(jī)從人體側(cè)面水平方向拍攝影像，截取受試者預(yù)備階段至第一步落地完成階段的視頻進(jìn)行圖像解析，選取人體各主要關(guān)節(jié)以及腿部取出比例數(shù)據(jù)標(biāo)尺，通過(guò)扎齊奧爾夫斯基模型進(jìn)行圖像解析，運(yùn)用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)比較T值的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。分析不同層次運(yùn)動(dòng)員的短跑出發(fā)技術(shù)的差異，并尋找到最快捷高速的動(dòng)作運(yùn)動(dòng)軌跡。

蹲踞式起跑；重心位置；膝關(guān)節(jié)角度；生物力學(xué)分析

田徑是世界體育歷史上最古老的競(jìng)賽項(xiàng)目，而“百米飛人大戰(zhàn)”一直以來(lái)都是世界重大田徑賽事中的重中之重。隨著現(xiàn)代科技的不斷革新，技術(shù)動(dòng)作的逐步發(fā)展，人們也在不斷的沖擊著速度的極限。短跑成績(jī)的高低，主要取決為起跑、起跑后加速跑、途中跑和終點(diǎn)沖刺四部分的因素。雖然，途中跑的快慢是影響短跑成績(jī)的最主要因素[1]，但在當(dāng)今世界競(jìng)技運(yùn)動(dòng)水平不斷提高，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手間差距日益縮小，每個(gè)細(xì)微的技術(shù)環(huán)節(jié)都可能影響運(yùn)動(dòng)員的名次。起跑作為短跑項(xiàng)目中的起始階段，對(duì)其后的三個(gè)階段水平能否正常發(fā)揮起著決定作用。因此，運(yùn)動(dòng)員的起跑技術(shù)和能力對(duì)提高短跑成績(jī)勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生重要作用。

1 研究的意義

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，“高重心”的起跑動(dòng)作，相對(duì)于一般技術(shù)而言，更有利于運(yùn)動(dòng)員獲得最佳的加速度，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。因?yàn)椤案咧匦摹弊藙?shì)起跑時(shí)重心上升幅度較小，可使運(yùn)動(dòng)員在起跑時(shí)蹬力集中在推動(dòng)人體向前運(yùn)動(dòng)上，發(fā)揮水平速度較快，同時(shí)減少兩腿不必要的負(fù)擔(dān)，起跑時(shí)省力，對(duì)提高動(dòng)作頻率有利[2]。從兩種起跑姿勢(shì)的力學(xué)特點(diǎn)看，“高重心”姿勢(shì)優(yōu)越于普通姿勢(shì)，能夠從技術(shù)上保證在極短時(shí)間內(nèi)快速運(yùn)動(dòng)，使身體由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到動(dòng)態(tài)，并形成正常、合理的疾跑要求[3]。本研究致力于將短跑的蹲踞式起跑技術(shù)的眾多指標(biāo)進(jìn)行量化式分析，重點(diǎn)研究重心位置變化對(duì)于短跑起跑效果的影響。擬解決的問(wèn)題是：對(duì)普通式蹲踞式起跑的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行量化分析，從而對(duì)教師及教練員針對(duì)短跑的蹲踞式起跑教學(xué)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持和理論支撐，并利于廣大學(xué)生及運(yùn)動(dòng)員對(duì)蹲踞式起跑技術(shù)的理解和掌握。

2 研究對(duì)象方法內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

受試者的選擇：為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)有效性，本實(shí)驗(yàn)供共選擇了12位身高、體重、年齡及力量素質(zhì)相似的受試者。并具有較好的田徑短跑運(yùn)動(dòng)背景，其中6位來(lái)自北京體育大學(xué)體育教育學(xué)院田徑班，無(wú)運(yùn)動(dòng)等級(jí)；6位來(lái)自北京體育大學(xué)競(jìng)技體育學(xué)院2012級(jí)田徑班，均為國(guó)家二級(jí)運(yùn)動(dòng)員。詳細(xì)情況見(jiàn)表1和表2。

表1 受試者基本情況（N=12）

表2 受試者力量素質(zhì)情況（N=12）

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用SONY NP-F970高速攝像機(jī)，從人體側(cè)面水平方向拍攝影像。拍攝時(shí)要求受試者身著短袖短褲，盡量暴露身體各關(guān)節(jié)的位置，以便后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在拍攝過(guò)程中，高速攝像機(jī)以50Hz的頻率進(jìn)行錄像，受試者在聽(tīng)到發(fā)令聲后進(jìn)行30米加出發(fā)沖刺。

實(shí)驗(yàn)錄制結(jié)束后，截取受試者預(yù)備階段至第一步落地完成階段的視頻進(jìn)行圖像解析，選取人體各主要關(guān)節(jié)以及腿部取出比例數(shù)據(jù)標(biāo)尺，通過(guò)扎齊奧爾夫斯基模型進(jìn)行圖像解析，并計(jì)算出重心，導(dǎo)出各關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡解，從而計(jì)算關(guān)節(jié)角度、水平加速度、重心高度的數(shù)值變化趨勢(shì)，量出實(shí)際數(shù)據(jù)與世界優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行對(duì)照比較、處理；同時(shí)分析起跑后加速至穩(wěn)定速度所用的時(shí)間與距離，運(yùn)用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)比較T值的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。分析不同層次運(yùn)動(dòng)員的短跑出發(fā)技術(shù)的差異，并尋找到最快捷高速的動(dòng)作運(yùn)動(dòng)軌跡。

3 研究結(jié)果

3.1 對(duì)受試者重心位置變化的分析

3.1.1 起跑準(zhǔn)備階段重心高度對(duì)起跑速度的影響

起跑準(zhǔn)備階段，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員聽(tīng)到“預(yù)備”的口令聲時(shí)，會(huì)將臀部抬起，雙手支撐地面。此時(shí)的身體重心高度與運(yùn)動(dòng)員自身的身高比值，即為重心身高比。重心水平速度，為起跑后一步的過(guò)程中，重心水平距離上移動(dòng)的平均速度。不同受試群體間的重心身高比及重心水平速度采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，見(jiàn)表3。

表3 不同受試群體間起跑準(zhǔn)備階段重心身高比與水平速度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：兩組受試者的重心身高比與重心水平速度具有顯著性差異（P<0.0001）；在對(duì)單個(gè)受試者的重心身高比與重心水平速這兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性水平進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，得到相關(guān)系數(shù)為0.79，兩組數(shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性。

3.1.2 起跑后第一步末重心提升高度對(duì)起跑速度的影響

運(yùn)動(dòng)員聽(tīng)到起跑發(fā)令后，由預(yù)備姿勢(shì)到第一步結(jié)束階段，計(jì)算重心提高的高度，考慮到每位受試者第一步的步長(zhǎng)及跨步時(shí)間不同，則用重心提升高度與起跑開(kāi)始至第一步結(jié)束階段的時(shí)間，計(jì)算出重心的提升速度。不同受試群體間的重心提升速度及重心水平速度采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示見(jiàn)表4。

表4 不同受試群體間重心提升速度與重心水平速度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：兩組受試者起跑后至第一步結(jié)束的過(guò)程中重心提升速度比與重心水平速度具有顯著性差異（P<0.0001）；在對(duì)單個(gè)受試者的重心提升高度比與重心水平速度這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)受試群體中，重心水平速度整體上隨著重心提升速度的增加而減小。

3.2 起跑準(zhǔn)備階段膝關(guān)節(jié)角度對(duì)起跑速度的影響

起跑準(zhǔn)備階段，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員聽(tīng)到“預(yù)備”的口令聲時(shí)，會(huì)將臀部抬起，雙手支撐地面。此時(shí)的膝關(guān)節(jié)會(huì)呈現(xiàn)出一定的彎曲角度，在“預(yù)備”姿勢(shì)時(shí)，位置靠前的腿的膝關(guān)節(jié)開(kāi)放角度稱為前膝角度，位置靠后的腿的開(kāi)放角度稱為后膝角度。不同受試群體間的前后膝角度采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，見(jiàn)表5、表6及表7。

表5 前膝角度與后膝角度數(shù)據(jù)

表6 前膝角度與重心水平速度數(shù)據(jù)

表7 后膝角度與重心水平速度數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：兩組受試者在準(zhǔn)備階段的前膝角度，后膝角度與起跑后至第一步結(jié)束的過(guò)程中重心水平速度具有顯著性差異（P<0.0001）；在對(duì)單個(gè)受試者的前膝角度與后膝角度這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)前膝角度與后膝角度具有顯著性差異（P<0.01）。

4 結(jié)論

4.1 起跑準(zhǔn)備階段重心高度對(duì)起跑速度的影響

起跑準(zhǔn)備階段，起跑速度較快的受試者群體在準(zhǔn)備姿勢(shì)中的重心高度普遍高于同等身體素質(zhì)水平但未接受過(guò)系統(tǒng)專業(yè)性訓(xùn)練的受試者群體。優(yōu)秀的受試者群體重心身高比值在30%～36%之間，高出普通的受試者群體5個(gè)百分點(diǎn)。在同等身體素質(zhì)的情況下，高重心的起跑準(zhǔn)備姿勢(shì)，有助于獲得更好的起跑速度。應(yīng)注意的是，在起跑準(zhǔn)備階段其重心位置應(yīng)與“預(yù)備”姿勢(shì)的重心位置相同，即其重心位置投影點(diǎn)與“預(yù)備”姿勢(shì)的重心位置投影點(diǎn)一致，距起跑線大約15～20 cm[4]。

4.2 起跑開(kāi)始階段重心提升速度對(duì)起跑速度的影響

在起跑過(guò)程中，優(yōu)秀的受試者群體在起跑加速過(guò)程中，重心提升的水平速度反而低于普通受試者，這表明優(yōu)秀的受試者群體在蹬離起跑器過(guò)程中，重心提升的較平緩，從而能夠更好的保證水平速度的提升。

4.3 起跑準(zhǔn)備階段膝關(guān)節(jié)開(kāi)放角度對(duì)起跑速度的影響

起跑是人體由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的瞬間過(guò)程。起跑屬于快速爆發(fā)力（爆發(fā)力= 力×距離/時(shí)間），如果力量大，爆發(fā)力值也增大[5]。人體的兩足獲得的支撐作用力越大，身體的加速度就越大。在起跑準(zhǔn)備階段，高水平的受試者整體膝關(guān)節(jié)開(kāi)放角度較大，前膝角在95°～115°之間，后膝角度在115°～130°之間。較大的膝關(guān)節(jié)開(kāi)放角度能夠使得在起跑發(fā)令瞬間，運(yùn)動(dòng)員的伸膝動(dòng)作幅度小，蹬地時(shí)間短，便于提高頻率。

[1]王海明,洪元舟.對(duì)提高短跑起跑反應(yīng)速度的探討[J].山東體育學(xué)院學(xué)報(bào),2005,16(3):36-38.

[2]汪廣茂,歷祥英.程序控制模式在挺身式跳遠(yuǎn)教學(xué)中的運(yùn)用[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,33(2):61-64.

[3]汪廣茂.短跑“高重心”起跑技術(shù)的力學(xué)分析[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào),2013,(2):46-49.

[4]王保成,許樹(shù)海.田徑運(yùn)動(dòng)高級(jí)教程[J].北京:人民體育出版社,1994,1(996):1.

[5]徐茂典.蹲踞式起跑動(dòng)作的生物力學(xué)分析[J].體育科學(xué)研究, 2008,12(3):63-65.

2014-12-29

潘 靈（1992-）,女,安徽蚌埠人,北京體育大學(xué)在讀碩士研究生,研究方向:體育教育訓(xùn)練學(xué)及體能訓(xùn)練方向.

G822.1

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1672-4658(2015)02-0163-03