跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員起跳階段起跳腿工作性質(zhì)及重心運(yùn)動(dòng)特征研究

韓冰楠1，李超2

(1.鄭州大學(xué)體育學(xué)院,河南 鄭州450004；2.廣州市禺山高級(jí)中學(xué)體育組，廣東 廣州511400)

摘要：運(yùn)用文獻(xiàn)資料法、運(yùn)動(dòng)學(xué)測試法、對比分析法，對兩組(14名)不同水平的跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員起跳腿各關(guān)節(jié)工作性質(zhì)及能力進(jìn)行對比研究，并對起跳階段運(yùn)動(dòng)員身體重心運(yùn)動(dòng)(時(shí)間、速度、空間)特征進(jìn)行分析。研究顯示：跳遠(yuǎn)起跳階段髖關(guān)節(jié)工作為先等長收縮再離心收縮，不是緩沖外界負(fù)荷的主要關(guān)節(jié)；不同水平運(yùn)動(dòng)員膝、踝關(guān)節(jié)緩沖、蹬伸工作能力呈顯著性差異，踝關(guān)節(jié)對提高重心垂直速度的貢獻(xiàn)不顯著；運(yùn)動(dòng)員水平越高蹬伸時(shí)間指數(shù)、水平速度轉(zhuǎn)變率越高，重心軌跡曲線越平滑。

關(guān)鍵詞：跳遠(yuǎn)；起跳腿；工作性質(zhì)；重心運(yùn)動(dòng)；重心提升角

中圖分類號(hào)：G823.3

收稿日期：2015-06-18

作者簡介：韓冰楠(1978-)，女，漢族，副教授

研究方向：體育教學(xué)與訓(xùn)練

Research on the Features of Take-off Leg and Centre of Gravity of Elite Athletes in Long Jump

HAN Bing-nan1，LI Chao2

(1. physical education college of Zhengzhou University, Zhengzhou 450004,China；

2. Yushan Senior High School Of Guangzhoug, Guangzhou 511400,China)

Abstract：Using the methods of literature review, kinematics test and contrastive analysis, this paper analyzed the takeoff leg's capacity of working and the centre-of-gravity motion in different levels of long jumpers. The results showed that the nature of hip joint work was long contraction and eccentric contractions; hip joint was not the main joint in reducing the load; There showed significant difference between high-level and low-level jumpers in the eccentric capacity of Knee and ankle, and ankle had no significant on improving the center of gravity vertical speed; The Angle of gravity ascension had significant difference and correlation between Buffer stage and Pedal out stage; The higher level of athletes, the higher speed of kicking time index, the higher horizontal velocity changing rate, and the smoother track of centre gravity path.

Key words：Long jump, Take off leg, Nature of work, Centre-of-gravity motion, Focus ascension Angle

起跳階段，起跳腿的工作能力及身體重心的運(yùn)動(dòng)特征，對跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)起跳效果產(chǎn)生的影響較大。20世紀(jì)60年代，歐美相關(guān)學(xué)者都開始重視運(yùn)動(dòng)員起跳腿工作性質(zhì)的研究，研究認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員在高速助跑后至完成起跳的過程中，起跳腿的伸肌群完成的是超等長收縮。此外，1997年國際田聯(lián)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測試隊(duì)在對雅典世界田徑錦標(biāo)賽跳遠(yuǎn)比賽的研究報(bào)告中，就涉及到運(yùn)動(dòng)員起跳前后身體重心的變化，研究認(rèn)為身體重心的變化與成績呈現(xiàn)一定相關(guān)性。然而，不同水平運(yùn)動(dòng)員起跳腿各關(guān)節(jié)的工作能力差異及其起跳腿工作能力與身體重心運(yùn)動(dòng)特征的相關(guān)性，有待深入研究。據(jù)此，本文運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)方法，對兩組水平不同的運(yùn)動(dòng)員起跳過程中起跳腿的工作性質(zhì)及身體重心運(yùn)動(dòng)特征行定量研究，以期為跳遠(yuǎn)起跳腿專項(xiàng)力量及起跳技術(shù)訓(xùn)練提供一定理論依據(jù)。

1研究對象與方法

1.1研究對象

本研究以優(yōu)秀跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員起跳階段起跳腿工作性質(zhì)及重心運(yùn)動(dòng)特征為研究對象。選取2014年全國田徑錦標(biāo)賽(1)全國青年田徑錦標(biāo)賽;(2)全國室內(nèi)田徑錦標(biāo)賽成都站;(3)14名選手為測試對象。按照運(yùn)動(dòng)員的比賽成績進(jìn)行分組，A組為健將級(jí)運(yùn)動(dòng)員(7.8m以上)，B組為一級(jí)運(yùn)動(dòng)員(7.3m以上)。兩組被試基本情況如表1。

表1　兩組被試基本信息與成績對比情況

注：*表示p<0.05，**表示p<0.01。(下同)

1.2研究方法

1.2.1文獻(xiàn)資料法

查閱了自2003年至2013年國內(nèi)外與肌肉工作、重心軌跡、跳遠(yuǎn)起跳環(huán)節(jié)相關(guān)核心期刊60余篇了解研究現(xiàn)狀和前沿動(dòng)態(tài)，并借鑒其他學(xué)科的相關(guān)研究成果，為本文研究提供了重要理論支持。

1.2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)測試法

1.2.2.1錄像拍攝

采用一臺(tái)JVC9800錄像機(jī)高速攝像機(jī)進(jìn)行定點(diǎn)、定焦拍攝。拍攝頻率為50幀/s，機(jī)高為1.1m，主光軸對準(zhǔn)起跳板后側(cè)0.7m處，垂直于運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)平面，攝像機(jī)距離助跑道中心線為25m，并根據(jù)需要在賽后拍攝了比例尺。對運(yùn)動(dòng)員起跳腿踏板到離開瞬間范圍進(jìn)行拍攝，選取每名運(yùn)動(dòng)員的最好一次有效成績作為解析對象。

1.2.2.2測試數(shù)據(jù)解析

選擇運(yùn)動(dòng)員最佳的一次試跳動(dòng)作影片，利用美國的APAS錄像解析系統(tǒng)，采用日本松井秀治模型對影片進(jìn)行數(shù)字化解析，將運(yùn)動(dòng)學(xué)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行四階巴特澳茲數(shù)字濾波法平滑，截止頻率為8HZ，濾出所需研究指標(biāo)。

1.2.3數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

運(yùn)用Spss19.0統(tǒng)計(jì)軟件，對被試的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對兩組測試對象的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行差異性對比分析，對測試對象相關(guān)指標(biāo)與成績、騰起角的關(guān)系運(yùn)用Bivariate相關(guān)分析。

2結(jié)果與分析

2.1髖關(guān)節(jié)工作性質(zhì)分析

對起跳階段兩組運(yùn)動(dòng)員起跳腿髖關(guān)節(jié)角度變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明：兩組不同水平運(yùn)動(dòng)員，髖關(guān)節(jié)均未表現(xiàn)出明顯的緩沖跡象(詳見圖1)。起跳過程，兩組運(yùn)動(dòng)員髖關(guān)節(jié)均一直在增大，未出現(xiàn)明顯縮小階段。髖關(guān)節(jié)先等長收縮再離心收縮，沒有明顯的緩沖跡象。

圖1　起跳階段髖關(guān)節(jié)角度變化

起跳階段，起跳腿髖關(guān)節(jié)角度未出現(xiàn)明顯縮小，反而一直在增大。本文進(jìn)一步研究髖關(guān)節(jié)蹬伸角速度與離地瞬間重心水平速度、垂直速度變化的相關(guān)性。結(jié)果表明：髖關(guān)節(jié)角速度與重心水平速度、垂直速度變化均呈顯著性相關(guān)關(guān)系(詳見表2)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)相關(guān)理論，人體四肢由近心端至遠(yuǎn)心端，各關(guān)節(jié)肌肉的生理橫斷面呈逐漸減小趨勢。當(dāng)克服大阻力時(shí)，構(gòu)成運(yùn)動(dòng)鏈的各關(guān)節(jié)的肌肉需要同時(shí)用力，大關(guān)節(jié)的肌肉生理橫截面大，產(chǎn)生肌力矩也相對較大。人體在運(yùn)動(dòng)過程中克服阻力矩從而使動(dòng)作產(chǎn)生角加速度，再依據(jù)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的大小依次表現(xiàn)出先后順序。因此起跳階段，髖關(guān)節(jié)雖然不參與緩沖，但是髖關(guān)節(jié)先于膝、踝關(guān)節(jié)開始蹬伸工作，對提升人體重心、引領(lǐng)膝踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)具有較大作用。因此，在日常訓(xùn)練中，不能忽視髖關(guān)節(jié)離心工作肌群的快速收縮力量訓(xùn)練。

表2　髖關(guān)節(jié)蹬伸角速度與

2.2膝、踝關(guān)節(jié)工作性質(zhì)分析

將被試起跳腿關(guān)節(jié)(膝、踝)的緩沖幅度、蹬伸角速度，分別與緩沖、蹬伸階段的身體重心速度變化(水平、垂直)進(jìn)行相關(guān)性分析(詳見表3)。踝關(guān)節(jié)緩沖幅度、蹬伸角速度均與重心(緩沖階段、蹬伸階段)的垂直速度變化相關(guān)性不顯著，與重心(緩沖階段、蹬伸階段)的水平速度變化呈高度顯著性相關(guān)關(guān)系；膝關(guān)節(jié)緩沖幅度、蹬伸角速度與重心的水平、垂直速度變化均呈顯著性相關(guān)關(guān)系。說明膝關(guān)節(jié)“超等長”工作對重心水平、垂直方向運(yùn)動(dòng)特征均有影響；踝關(guān)節(jié)對重心水平方向運(yùn)動(dòng)特征影響較大，但是對重心垂直方向運(yùn)動(dòng)特性影響不顯著。因此，應(yīng)該注重膝關(guān)節(jié)“超等長”能力、踝關(guān)節(jié)水平方向工作能力的訓(xùn)練。

表3　緩沖幅度及蹬伸角速度與緩沖、

兩組測試對象膝、踝關(guān)節(jié)緩沖幅度對比分析，均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(詳見表4)。踝關(guān)節(jié)蹬伸角速度變化組間的差異性高度顯著(P<0.01)，且A組膝關(guān)節(jié)緩沖幅度小于B組，踝關(guān)節(jié)緩沖幅度大于B組，膝踝關(guān)節(jié)蹬伸角速度均大于B組。膝踝關(guān)節(jié)緩沖幅度、蹬伸角速度較能反映各組運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)“超等長”收縮能力。B組運(yùn)動(dòng)員應(yīng)該注重膝踝關(guān)節(jié)超等長能力及其踝關(guān)節(jié)柔韌性的訓(xùn)練。

表4　 兩組測試對象膝、踝關(guān)節(jié)緩沖幅度、蹬伸角速度對比分析

2.3重心運(yùn)動(dòng)特征分析

2.3.1時(shí)間特征

跳遠(yuǎn)起跳腿從踏板到離開踏板瞬間所用時(shí)間為起跳時(shí)間。可細(xì)分為緩沖時(shí)段(即起跳腳落地瞬間到膝關(guān)節(jié)角度最小時(shí)刻)、轉(zhuǎn)化時(shí)段(即膝關(guān)節(jié)角度最小時(shí)刻到身體重心移至支撐垂直面時(shí)刻)、蹬伸時(shí)段(即身體重心移至支撐垂直面時(shí)刻到支撐腳離地瞬間)。1999年禹小明提出蹬伸時(shí)間指數(shù)的概念，同時(shí)把蹬伸時(shí)間指數(shù)定義為：蹬伸時(shí)間指數(shù)(T總)=[轉(zhuǎn)化時(shí)間(T2)+蹬伸時(shí)間(T3)]/緩沖時(shí)間(T1)[1]。蹬伸時(shí)間指數(shù)能夠較全面的描述起跳階段重心運(yùn)動(dòng)的時(shí)間特征，且較能反應(yīng)運(yùn)動(dòng)員起跳質(zhì)量。

吳三大提出過“書法之源源于自然”的論斷。實(shí)踐中，他從鑿石和彈棉花中感悟出書法的節(jié)奏和韻律，從觀云卷云舒琢磨到字體的靈動(dòng)和變化，從民族舞蹈中尋覓到字體的造型和變異。因此，他的作品極具節(jié)奏感和韻律感，從他落款的三大的“大”字，可以看出橫平不平，捺劃采用藏族舞蹈中“巴喳嗨”的動(dòng)作造型，讓書法呈現(xiàn)舞美感。

表5是測試對象起跳環(huán)節(jié)蹬伸時(shí)間指數(shù)與成績的相關(guān)分析，結(jié)果表明：運(yùn)動(dòng)員跳遠(yuǎn)成績與蹬伸時(shí)間指數(shù)呈高度顯著性相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

表5　測試對象起跳腿蹬伸時(shí)間指數(shù)與成績的相關(guān)分析

表6表明，兩組測試對象蹬伸時(shí)間指數(shù)存在高度顯著性差異(P<0.01)，且A組(水平高)大于B組(水平相對較低)。在起跳時(shí)間一定的情況下，運(yùn)動(dòng)員起跳腿各關(guān)節(jié)工作能力越強(qiáng)，緩沖時(shí)間相對縮短，提前進(jìn)入轉(zhuǎn)化、蹬伸階段，蹬伸時(shí)間指數(shù)相對變大，起跳質(zhì)量得到提升。

表6　兩組測試對象起跳腿蹬伸時(shí)間指數(shù)對比分析

2.3.2速度特征

運(yùn)動(dòng)員起跳離地瞬間的垂直速度和水平速度的大小決定了其自身的騰起初速度和騰起角。為了更準(zhǔn)確地反映運(yùn)動(dòng)員起跳過程中技術(shù)的完善程度，引入丁偉水平速度轉(zhuǎn)變率指標(biāo)。水平速度轉(zhuǎn)變率={起跳騰起時(shí)相的垂直速度大小-起跳腿蹬伸作用所產(chǎn)生速度的垂直部分-肌肉回彈速度(近似于著地時(shí)相重心向下的垂直速度)}/水平速度損失量[2]。定義中所涉及到的起跳腿蹬伸所產(chǎn)生的速度可用動(dòng)量定理獲得，即ft=mv，力值f可運(yùn)用美國田徑教練員馬肯.茨所獨(dú)創(chuàng)的方法求得，即f=mvθ/1.91n[3](m是運(yùn)動(dòng)員的身體質(zhì)量；v是運(yùn)動(dòng)員的助跑速度；θ是運(yùn)動(dòng)員的起跳騰起角度；n是運(yùn)動(dòng)員從著地至離地所拍攝的圖像的幅數(shù))，以上公式可以獲得定義中所涉及的起跳腿蹬伸所產(chǎn)生的速度。騰起角度θ可由騰起時(shí)相的垂直分速度與水平分速度推出，依據(jù)“v蹬垂直=v蹬sinθ”可推出蹬伸所產(chǎn)生速度的垂直分速度。肌肉回彈速度、起跳騰起時(shí)相的垂直速度、水平速度損失量等指標(biāo)可從解析數(shù)據(jù)中簡單推導(dǎo)獲取。

表7是被試跳遠(yuǎn)成績與水平速度轉(zhuǎn)變率相關(guān)性分析。結(jié)果表明：成績與水平速度轉(zhuǎn)變率呈高度相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

表7　成績與水平速度轉(zhuǎn)變率相關(guān)性分析

對兩組測試對象起跳階段水平速度轉(zhuǎn)變率進(jìn)行比較分析(如表8)，結(jié)果表明，兩組被試水平速度轉(zhuǎn)變率差異性顯著(P<0.05)。運(yùn)動(dòng)員水平越高，水平速度轉(zhuǎn)變率的值越大，水平速度向垂直速度的轉(zhuǎn)換效率越高。

表8　兩組測試對象水平速度轉(zhuǎn)變率對比分析

2.3.3空間特征

起跳環(huán)節(jié)，運(yùn)動(dòng)員身體重心踏板時(shí)最低，隨后呈不斷上升趨勢，其軌跡大致呈現(xiàn)出一條單向性上升曲線[1]。為便于對重心提升角深入研究，將重心提升角分為緩沖階段重心提升角(α角)和蹬伸階段重心提升角(β角)。前者是著地時(shí)相身體重心位置與緩沖結(jié)束時(shí)相重心位置的連線與水平線所成的夾角，即α角；后者是緩沖結(jié)束時(shí)相重心的位置與騰起時(shí)相重心的位置的連線和水平線所成的夾角，即β角。對緩沖階段和蹬伸階段重心提升角度的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明：緩沖提升角與蹬伸提升角呈顯著性相關(guān)關(guān)系(詳見表9)。

表9　緩沖階段與蹬伸階段重心提升角的關(guān)系描述分析(°)

表10　 緩沖階段與蹬伸階段

對兩組被試進(jìn)行各階段重心提升角對比分析(如表11)，結(jié)果表明：兩組測試對象緩沖階段的重心提升角、蹬伸階段重心提升角均具有顯著性差異(P<0.05)，且A組運(yùn)動(dòng)員蹬伸、緩沖階段重心提升角均大于B組。說明A組運(yùn)動(dòng)員的緩沖、蹬伸能力均強(qiáng)于B組。兩組運(yùn)動(dòng)員蹬伸、緩沖階段重心提升角之差差異性高度顯著(P<0.01)，但是B組運(yùn)動(dòng)員蹬伸、緩沖階段重心提升角之差卻大于A組，說明A組運(yùn)動(dòng)員重心軌跡曲線較B組平滑，起跳階段重心軌跡曲線越平滑起跳效果越好。建議加強(qiáng)B組運(yùn)動(dòng)員起跳腿超等長能力(緩沖、蹬伸能力)的訓(xùn)練，尤其起跳腿膝關(guān)節(jié)緩沖能力的訓(xùn)練。

表11　兩組運(yùn)動(dòng)員各階段重心提升角對比分析(°)

3結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

3.1.1跳遠(yuǎn)起跳階段髖關(guān)節(jié)工作為先等長收縮再離心收縮，髖關(guān)節(jié)不是緩沖外界負(fù)荷的主要關(guān)節(jié)，但髖關(guān)節(jié)蹬伸角速度對運(yùn)動(dòng)員重心的水平、垂直速度有一定影響。

3.1.2踝關(guān)節(jié)對提高重心垂直速度的貢獻(xiàn)不顯著。不同水平運(yùn)動(dòng)員膝、踝關(guān)節(jié)緩沖、蹬伸工作能力具有顯著性差異。運(yùn)動(dòng)員水平越高，膝關(guān)節(jié)緩沖幅度越小，膝關(guān)節(jié)蹬伸角速度、踝關(guān)節(jié)緩沖幅度及蹬伸角速度越大。

3.1.3蹬伸時(shí)間指數(shù)、水平速度轉(zhuǎn)變率與成績均呈高度顯著性相關(guān)關(guān)系。運(yùn)動(dòng)員水平越高，蹬伸時(shí)間指數(shù)、水平速度轉(zhuǎn)變率越高。

3.1.4緩沖階段和蹬伸階段重心提升角度呈顯著性相關(guān)關(guān)系,且蹬伸提升角大于緩沖提升角。運(yùn)動(dòng)員水平越高，重心軌跡曲線越平滑。

3.2建議

3.2.1注重跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員起跳腿膝、踝關(guān)節(jié)“超等長”收縮能力及其擺動(dòng)腿、手臂協(xié)調(diào)訓(xùn)練。

3.2.2勿忽視跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員髖關(guān)節(jié)相關(guān)肌群的等長、離心工作能力訓(xùn)練。加強(qiáng)踝關(guān)節(jié)水平?jīng)_量下的緩沖蹬伸能力及其柔韌性訓(xùn)練。

3.2.3注意起跳腿緩沖、蹬伸工作能力的協(xié)調(diào)、平衡訓(xùn)練 。

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