1.成都工業(yè)學(xué)院，四川 成都 611730；2.中國民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 618301；3.四川省運(yùn)動(dòng)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041

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優(yōu)秀女子跳高運(yùn)動(dòng)員助跑、起跳階段運(yùn)動(dòng)學(xué)比較分析

Comparative Analysis of Elite Female High Jumpers’ Kinematics in the Run-up nd Take-off Phase

1.成都工業(yè)學(xué)院，四川 成都 611730；2.中國民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 618301；3.四川省運(yùn)動(dòng)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041

張艷1，張建2，程亮3

ZHANG Yan1，ZHANG Jian2，CHENG Liang3

摘要：探討優(yōu)秀女子背越式跳高運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，比較健將(n=6)與一級(jí)組(n=8)在助跑、起跳階段運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)差異，為運(yùn)動(dòng)員科學(xué)訓(xùn)練提供定量依據(jù)。對(duì)身高、體重相配匹的健將和一級(jí)組成功完成的背越式跳高全過程進(jìn)行三維錄像拍攝，Simi Motion9.01采集的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行組間獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，并與成績進(jìn)行person相關(guān)分析。結(jié)果顯示：(1)助跑階段：健將組倒3步、2步、1步重心合速度顯著大于一級(jí)組(P<0.05)，倒1步后傾角顯著小于一級(jí)組(P<0.05)；(2)起跳階段：健將組內(nèi)傾角變化幅度、起跳腿髖關(guān)節(jié)蹬伸幅度、重心變化幅度非常顯著大于一級(jí)組(P<0.01)，起跳腿著地時(shí)相重心垂直速度、離地時(shí)相重心高度顯著大于一級(jí)組(P<0.05)；(3)倒1-3步重心合速度、起跳蹬伸過程髖、踝關(guān)節(jié)角度、內(nèi)傾角和重心高度變化幅度與成績顯著正相關(guān)；倒1步后傾角、起跳時(shí)相擺動(dòng)腿角速度、起跳腿著地時(shí)相內(nèi)傾角與成績顯著負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：女子；背越式跳高；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；助跑；起跳

跳高是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)的田徑項(xiàng)目[1]。在1989年我國運(yùn)動(dòng)員金玲保持了1.97m女子背越式跳高亞洲紀(jì)錄(之后2009年被哈薩克斯坦名將瑪麗娜·愛托娃打破，1.99m)，隨后的20多年我國女子跳高水平停滯不前，隨著福建名將鄭幸娟跳出1.95m的好成績(2014年)，我國女子跳高水平又進(jìn)入亞洲前列，但是與世界紀(jì)錄(2.09m)差距較大。同時(shí)，作者查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)于女子跳高的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究，有學(xué)者總結(jié)了優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)模型[2-3]，或?qū)蓚€(gè)運(yùn)動(dòng)員間參數(shù)進(jìn)行對(duì)比[4-5]，或分析國內(nèi)與國外優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的差異[6-8]。而對(duì)國內(nèi)健將與一級(jí)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的比較缺乏研究。為此，本研究現(xiàn)場拍攝了2013年全國田徑大獎(jiǎng)賽廣東肇慶站女子背越式跳高決賽，通過比較健將與一級(jí)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作在助跑和起跳階段運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)差異，分析與成績的相關(guān)性，找出運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作的不足，為科學(xué)訓(xùn)練提供定量依據(jù)。

1對(duì)象與方法

1.1對(duì)象

以2013年全國田徑大獎(jiǎng)賽廣東肇慶站14名優(yōu)秀女子背越式跳高運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象，包括福建名將鄭幸娟(1.88m)。根據(jù)測試成績劃分為健將組(n=6，年齡23.2±3.7歲，身高179.5±4.2cm，體重56.9±6.0kg，測試成績1.84±3.10m)和一級(jí)組(n=8，年齡21.3±2.6歲，身高178.6±5.8cm，體重56.2±5.7kg，測試成績1.76±2.52m)，組間身高、體重?zé)o顯著差異。

1.2方法

1.2.1三維錄像解析

使用兩臺(tái)德國產(chǎn)Basel高速攝像機(jī)從不同角度(主光軸夾角約120°，兩臺(tái)攝像機(jī)高為1.5m，機(jī)距約20m，圖1)拍攝了14名受試者成功的背越式跳高動(dòng)作。德國Simi Motion9.01三維錄像系統(tǒng)解析了該動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。使用24點(diǎn)星狀輻射框架、鄭秀媛女子人體模型(16環(huán)節(jié)、21個(gè)標(biāo)志點(diǎn))和低通濾波平滑處理數(shù)據(jù)，截?cái)囝l率為8Hz[9]，獲得所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。本研究三維空間坐標(biāo)系以沿著桿方向?yàn)閄方向，水平垂直于桿子方向?yàn)閅方向，垂直方向?yàn)閆方向(圖2)。

1.2.2數(shù)理統(tǒng)計(jì)

2結(jié)果與分析

結(jié)合動(dòng)作特點(diǎn)及前人的研究[1，4]，本研究把完整的背越式跳高動(dòng)作劃分五個(gè)時(shí)相(a.倒3步著地時(shí)相，b.起跳腿著地時(shí)相，c.起跳腿離地時(shí)相，d.身體完全過桿時(shí)相，e.身體落地時(shí)相)，共四個(gè)階段。助跑階段(a-b)、起跳階段(b-c)、騰空過桿階段(c-d)和落地緩沖階段(d-e)。另外，為了方便討論，本研究把起跳階段又分為起跳緩沖過程(起跳腿著地時(shí)相到起跳腿膝關(guān)節(jié)最大緩沖角度時(shí)相)和起跳蹬伸過程(起跳腿膝關(guān)節(jié)最大緩沖角度時(shí)相到起跳腿離地時(shí)相)。本研究只對(duì)助跑和起跳階段進(jìn)行了分析。

2.1助跑階段

背越式跳高最后3步采用“弧形助跑”，目的是降低身體重心，加長起跳工作距離。在起跳時(shí)人體有一個(gè)由內(nèi)傾轉(zhuǎn)向垂直的運(yùn)動(dòng)，其產(chǎn)生的法向加速度可加大支撐點(diǎn)的壓力，增加起跳效果，產(chǎn)生的切向加速度有利于向橫桿方向運(yùn)動(dòng)，這是身體起跳后由垂直轉(zhuǎn)為水平的主要?jiǎng)恿1]。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表1)健將組最后3步重心合速度顯著大于一級(jí)組，相關(guān)性結(jié)果顯示倒1-3步重心合速度與成績呈顯著中度正相關(guān)(r=0.743、r=0.601、r=0.703)，說明健將組的優(yōu)勢(shì)是“弧形助跑”的速度大，而較大的速度有利于成績的發(fā)揮。成萬祥[8]研究我國男子運(yùn)動(dòng)員發(fā)現(xiàn)，助跑速度過小從而過早降低了人體重心，阻礙了人體騰起初速度，限制了人體騰空后的旋轉(zhuǎn)，對(duì)女子運(yùn)動(dòng)員的研究也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)論[6]；另外，從倒1-3步離地時(shí)相重心合速度得出兩組的節(jié)奏均成“小—大—小”趨勢(shì)，陳楠[11]比較了國內(nèi)和國外優(yōu)秀女子跳高運(yùn)動(dòng)員倒2步的步速，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)運(yùn)動(dòng)員助跑倒1步出現(xiàn)減速現(xiàn)象(相比國外選手)，作者解釋這可能是倒2步的技術(shù)欠佳所致。本研究也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)論，說明國內(nèi)優(yōu)秀女子運(yùn)動(dòng)員需要加強(qiáng)助跑技術(shù)，在合理的范圍內(nèi)需保持較高的倒1步助跑速度。

表2顯示，兩組受試者前傾角依次增大，而后傾角依次減小。根據(jù)力學(xué)原理分析前傾角增大，后傾角減小，有利于人體獲得更多的擺動(dòng)幅度，在降低身體重心高度的同時(shí)增加彈性勢(shì)能，為起跳階段做準(zhǔn)備。本研究發(fā)現(xiàn)，只有倒1步后傾角健將與一級(jí)組間有顯著差異(P=0.019)，倒1步后傾角與成績呈中度顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.626)，說明健將組身體擺動(dòng)幅度大，儲(chǔ)備的彈性勢(shì)能多，有利于成績的發(fā)揮。但也有學(xué)者認(rèn)為倒1步若人體重心高度下降過大，雖增加了垂直工作距離，但會(huì)使人體重心水平速度損失加大，破壞助跑的節(jié)奏，不利于快速起跳[12]。顯然，倒1步需要降低人體重心高度是有必要的。

2.2起跳階段

起跳階段是把人體動(dòng)能和存儲(chǔ)的肌肉彈性勢(shì)能，通過起跳腿的緩沖與蹬伸，使人體重心獲得向上騰起速度的過程[1]。由動(dòng)能定理得知在力大小一定的前提下，沿著力方向的做功距離越長，產(chǎn)生的動(dòng)能越大。該階段人體垂直速度的產(chǎn)生除了來自起跳的蹬伸對(duì)地面的反作用力、身體各環(huán)節(jié)的擺動(dòng)、肌肉彈性力外，起跳時(shí)力作用的距離也起到重要的作用。

表1　倒1-3步離地時(shí)相重心合速度

注：V表示離地時(shí)相重心合速度。

表2　倒1-3步前、后傾角數(shù)據(jù)

注：前傾角：蹬伸離地時(shí)相身體重心到足趾的連線與地面在矢狀面形成的傾斜角；后傾角：著地時(shí)相身體重心到足趾的連線與地面在矢狀面形成的傾斜角。

表3　起跳階段重心高度和內(nèi)傾角

內(nèi)傾角：著地瞬間人體重心到足趾的連線與地面的夾角。

表4　起跳階段擺動(dòng)腿和手臂擺動(dòng)角速度

注：負(fù)值表示向下擺動(dòng)，正值表示向上擺動(dòng)。

表5　起跳階段起跳腿髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度變化范圍

表6　起跳階段重心速度和時(shí)間

V1表示重心水平速度，Vz表示重心垂直速度，負(fù)值表示方向垂直向下。

本研究發(fā)現(xiàn)(表3)健將組在起跳腿著地時(shí)相人體重心與一級(jí)組無顯著差異，但是在起跳腿離地時(shí)相重心高度和變化幅度均顯著大于一級(jí)組(P=0.045、P=0.005)，說明健將組在起跳階段有更長的向上做功距離，因此會(huì)產(chǎn)生更多的動(dòng)能；另外，該階段內(nèi)傾角變化幅度越大，說明人體重心變化幅度越大，著地時(shí)相內(nèi)傾角小，說明重心高度相對(duì)低。健將組在起跳腿著地時(shí)相非常顯著小于一級(jí)組(P<0.001)，而變化幅度非常顯著大于(P=0.002)一級(jí)組。相關(guān)性結(jié)果顯示起跳腿離地時(shí)相重心高度、重心高度變化幅度和內(nèi)傾角變化幅度與成績呈中度顯著正相關(guān)(r=0.675、r=0.772、r=0.725)，起跳腿著地時(shí)相內(nèi)傾角與成績呈中度顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.778)，進(jìn)一步說明了此觀點(diǎn)。

背越式跳高運(yùn)動(dòng)員起跳腿踏上起跳點(diǎn)時(shí)，擺動(dòng)腿順勢(shì)上擺，同時(shí)積極擺臂，起跳腿髖、膝和踝關(guān)節(jié)迅速蹬伸，起跳腿的異側(cè)上伸，軀干充分伸展、整體身體幾乎與地面垂直[1]。研究表明，擺腿和擺臂對(duì)起跳起到積極的作用，從生物力學(xué)原理角度分析主要起到提高起跳離地時(shí)相人體重心的高度，向上擺動(dòng)增加起跳腿的制動(dòng)效果增加支撐的反作用力，使人體獲得更大的垂直速度[1]。汪麗華[13]的研究認(rèn)為，我國優(yōu)秀女子背越式跳高運(yùn)動(dòng)員擺動(dòng)腿擺動(dòng)角速度與騰起垂直初速度存在高度的相關(guān)性，同時(shí)也能影響人體起跳瞬間的重心高度。

本研究發(fā)現(xiàn)(表4)，在起跳緩沖和蹬伸過程健將組擺動(dòng)腿擺動(dòng)角速度雖大于一級(jí)組但不顯著(P>0.05)。結(jié)合表8相關(guān)性顯示起跳時(shí)相擺動(dòng)腿擺動(dòng)角速度與成績中度顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.646)，起跳時(shí)相向下的擺動(dòng)增加人體向下的動(dòng)量矩，進(jìn)而減少地面對(duì)支撐腿的反作用力，有利于起跳緩沖。有研究發(fā)現(xiàn)在起跳蹬伸過程較大的擺動(dòng)速度既可減輕支撐腿的負(fù)荷，又限制了后繼擺動(dòng)腿突停制動(dòng)的效果，減小了擺動(dòng)慣性力，不利于順利起跳[8]。本研究發(fā)現(xiàn)無論是健將組還是一級(jí)組在起跳蹬伸的擺動(dòng)角速度絕對(duì)值小于起跳緩沖過程，符合上述結(jié)論。運(yùn)動(dòng)員在起跳緩沖過程起跳腿的下肢關(guān)節(jié)屈肌積極退讓緩沖有利于減少地面的沖擊力，同時(shí)使下肢關(guān)節(jié)伸肌充分拉長，促使肌群有一定的初始長度進(jìn)行爆發(fā)式收縮。這種肌肉收縮形式稱為拉長—縮短周期(Stretehing-Shorting Cyele，SSC)[14-15]。因此在一定的范圍內(nèi)(起跳緩沖過程)起跳腿的各關(guān)節(jié)需要充分收縮，而在起跳蹬伸過程下肢關(guān)節(jié)需快速充分伸展。運(yùn)動(dòng)員在起跳緩沖過程向下擺臂，動(dòng)量矩向下傳遞減小地面反作用力有利于緩沖，而起跳蹬伸過程向下擺臂，動(dòng)量矩向上傳遞增加地面反作用力有利于起跳，本研究結(jié)果顯示，健將組和一級(jí)組雙手臂擺動(dòng)角速度無顯著差異(P>0.05)說明擺臂能力差距小。

本研究健將組無論在起跳緩沖還是蹬伸過程，起跳腿的髖、膝和踝關(guān)節(jié)變化幅度均大于一級(jí)組，其中蹬伸過程髖關(guān)節(jié)變化幅度均值差異非常顯著(P=0.003)(表5)。相關(guān)性分析顯示，起跳蹬伸過程起跳腿的髖和踝關(guān)節(jié)變化幅度與成績顯著相關(guān)(髖關(guān)節(jié)r=0.844、踝關(guān)節(jié)r=0.675)。王舉濤[16]的研究認(rèn)為我國優(yōu)秀女子背越式跳高運(yùn)動(dòng)員在起跳緩沖階段起跳腿的緩沖幅度小，在起跳腿離地瞬間的蹬伸速度不夠，這是成績欠佳的原因之一。因此，一級(jí)組應(yīng)該重視此技術(shù)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)下肢關(guān)節(jié)快速收縮、充分蹬伸的意識(shí)。

表6結(jié)果發(fā)現(xiàn)，起跳階段重心速度和時(shí)間只有起跳著地時(shí)相重心垂直速度組間均值有顯著差異(P=0.032)。較大的向下垂直速度會(huì)產(chǎn)生更多的動(dòng)量。多數(shù)學(xué)者[17-19]研究國內(nèi)外女子背越式跳高運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)間，普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為在蹬伸時(shí)間上有顯著差異(國外優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員緩沖和蹬伸時(shí)間平均分別為0.08s和0.08s)，國內(nèi)的選手表現(xiàn)為蹬伸時(shí)間過長，他們認(rèn)為這可能與受試者下肢肌群的退讓工作能力較差有關(guān)。而縮短起跳腿肌群退讓工作時(shí)間，能充分利用肌肉的彈性，產(chǎn)生較大的克制性收縮力。本研究健將組和一級(jí)組的蹬伸時(shí)間均值在0.10s，說明兩組受試者起跳蹬伸不夠積極。

3結(jié)論

(1)健將組優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在助跑階段倒1步后傾角小，倒1-3步助跑速度較快；起跳階段重心、內(nèi)傾角變化幅度大；髖、踝關(guān)節(jié)蹬伸幅度充分等方面。

(2)健將和一級(jí)組倒1-3步助跑節(jié)奏欠佳，需要提高倒1步的絕對(duì)速度。另外，還需加強(qiáng)起跳緩沖、起跳過程擺動(dòng)腿擺動(dòng)角速度并縮短起跳蹬伸時(shí)間。

(3)一級(jí)組需減小倒1步后傾角，在提高助跑的絕對(duì)速度同時(shí)注意助跑節(jié)奏；起跳階段增加重心和內(nèi)傾角變化幅度，加強(qiáng)起跳下肢積極蹬伸意識(shí)將是成績提高的突破口。

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Abstract

The paper investigated the kinematic characteristics of elite female Fosbury Flop jumpers and compared the kinematic difference between high-level jumpers (n=6) and level-1 jumpers (n=8) in their run-up and take-off stage to provide quantitative basis for athletes’ scientific training. The researchers recorded the Fosbury Flop process of both high-level jumpers and level-1 jumpers with 3D video camera, and analyzed the two groups’ kinematics data collected with Simi Motion 9.01 using an independent sample t-test, and made a person correlation analysis together with their scores. Results: (1) In the run-up stage, the gravity resultant velocity of the high-level jumpers in countdown step 3, step 2 and step 1 was significantly greater than the level-1jumpers(P<0.05), and high-level jumpers’ caster angle in countdown 1 is significantly smaller than the level-1 jumpers(P<0.05); (2) In the take-off stage, the high-level jumpers had bigger angle of toe-in, stretching range of the hip on the take-off leg, range of gravity shift than the level-1 jumpers (P<0.01), Both the vertical gravity velocity of the take-off leg at the landing moment and the height of the gravity off the ground at the take-off moment were significantly higher than that of level-1 jumpers(P<0.05); (3) In countdown step 1-3, the gravity resultant velocity and the jumping, pushing and stretching angles of both hip and ankle, their angles of toe-in, and the height of gravity presented a remarkable correlation. In countdown step 1, the caster angle and the angular velocity of the swinging leg, and angle of toe-in of the take-off leg at the landing moment were in significant negative correlation.

Key words:Female; the Fosbury Flop; Kinematic Analysis; Run-Up; Take-Off

CLC number：G823.1Document code：AArticle ID：1001-9154(2016)01-0109-05

(編輯孫君志)

中圖分類號(hào)：G823.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-9154(2016)01-0109-05

收稿日期：2015-05-10

作者簡介：張艷，講師，研究方向：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與教學(xué)。E-mail：1711073369@qq.com。

基金項(xiàng)目：四川省教育發(fā)展研究中心課題(CJF15015 )。

1．Chengdu Technological University ,Chengdu Sichuan 611730 ;2.Civil Aviation Flight University of China Guanghan Sichuan 618301 ;3.Sichuan Institute of Sports Skills Chengdu Sichuan 610041