汪海軍

不同等級(jí)的兩名攀巖運(yùn)動(dòng)員竄跳技術(shù)動(dòng)作的生物力學(xué)分析

汪海軍

武漢體育學(xué)院體育科技學(xué)院，湖北 武漢430205

摘要：竄跳技術(shù)屬于高難度攀巖技術(shù)，經(jīng)常出現(xiàn)在難度、抱石、速度競(jìng)賽中具有一定的研究?jī)r(jià)值。本文運(yùn)用文獻(xiàn)資料、三維攝像解析、專家咨詢、比較分析等研究方法,通過對(duì)不同等級(jí)的兩名攀巖運(yùn)動(dòng)員的竄跳技術(shù)動(dòng)作生物力學(xué)對(duì)比分析、全面、系統(tǒng)分析研究影響運(yùn)動(dòng)員竄跳技術(shù)動(dòng)作的核心因素。

關(guān)鍵詞：攀巖運(yùn)動(dòng)員；竄跳技術(shù)；生物力學(xué)分析

前言

攀巖運(yùn)動(dòng)起源于歐洲的阿爾卑斯山脈,具有一定的時(shí)代性與傳承性。我國(guó)培養(yǎng)的優(yōu)秀攀巖運(yùn)動(dòng)員鐘齊鑫連續(xù)蟬聯(lián)四屆攀巖世界錦標(biāo)賽速度賽冠軍,但是攀巖運(yùn)動(dòng)進(jìn)入全新發(fā)展階段,在難度、抱石項(xiàng)目我國(guó)的競(jìng)技水平屬于亞洲二流，與日本、韓國(guó)、歐美國(guó)家的水平差距越來越大, 每次世界大賽幾乎無緣下一輪。但在本人進(jìn)行文獻(xiàn)查閱中，文獻(xiàn)資料及其匱乏。為促進(jìn)我國(guó)攀巖運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，提高專業(yè)運(yùn)動(dòng)員的水平，有必要對(duì)攀巖技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行科學(xué)化研究。所以應(yīng)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)去對(duì)攀巖技術(shù)動(dòng)作的研究分析是必要的。

1研究對(duì)象和研究方法

1.1研究對(duì)象

本文選取全國(guó)攀巖錦標(biāo)賽冠軍1名與1名優(yōu)秀男子攀巖運(yùn)動(dòng)員作為研究對(duì)象，其中國(guó)家級(jí)健將一名(陳睿智)，國(guó)家2級(jí)一名(方盛虎)，具體情況見表1。

表1　兩名攀巖運(yùn)動(dòng)員基本情況

1.2研究方法

1.2.1文獻(xiàn)資料法

在中國(guó)期刊網(wǎng)、萬方論文數(shù)據(jù)庫等電子資源數(shù)據(jù)庫，同時(shí)在國(guó)際攀聯(lián)聯(lián)合會(huì)網(wǎng)站查閱運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在攀巖運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用等方面的資料。

1.2.2專家訪談法

咨詢中國(guó)登山協(xié)會(huì)攀巖隊(duì)教練、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)等方面的專家，采集數(shù)據(jù)的最佳方法、三維高速攝像誤差減小的途徑、攀巖運(yùn)動(dòng)三維攝像拍攝注意事項(xiàng)。

1.2.3三維攝像解析法

1.2.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

用三維測(cè)試系統(tǒng)對(duì)2名攀巖運(yùn)動(dòng)員所完成的竄跳技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行拍攝，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的分析與測(cè)試。

1.2.3.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

采用Arieal公司APAS三維錄像解析系統(tǒng)對(duì)動(dòng)作技術(shù)進(jìn)行拍攝解析。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：兩臺(tái)日產(chǎn)松下NV-MD9000數(shù)碼攝像機(jī)，頻率為50幀/秒。攝影框架為愛捷009-D，并設(shè)23球13球?yàn)閄軸，平滑系數(shù)設(shè)定為8。注：X軸為水平方向、Y軸為代表空間范圍、Z軸為垂直方向。

1.2.3.3實(shí)驗(yàn)過程

攀巖竄跳技術(shù)動(dòng)作的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試于2012年7月14日在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)室內(nèi)攀巖館抱石場(chǎng)地進(jìn)行。根據(jù)拍攝現(xiàn)場(chǎng)的條件，采用定點(diǎn)、定焦、定距的方式進(jìn)行同步(外同步)拍攝，對(duì)2名男子攀巖運(yùn)動(dòng)員的竄跳技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行同步拍攝,兩機(jī)的主光軸夾角72度，鏡頭相對(duì)地面高度1.1米，兩機(jī)間距9.20米。右機(jī)：拍攝距離8.60米；左機(jī)：拍攝距離7.65米；巖壁高度：3-4米，巖壁傾斜度135度；同步燈 ●：拍攝參考點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的布置如下圖一：

圖一　實(shí)驗(yàn)布置圖

1.2.3.4影片解析與數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分析數(shù)據(jù)包括身體重心、各關(guān)節(jié)點(diǎn)速度以及位移、各關(guān)節(jié)和軀干的角度和各時(shí)段的時(shí)間等數(shù)據(jù)。本研究中選取的主要指標(biāo)有重心位移與速度，踝、膝、髖、肘關(guān)節(jié)角度與速度變化。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1兩運(yùn)動(dòng)員竄跳動(dòng)作過程中的膝關(guān)節(jié)角度、速度

2.1.1兩運(yùn)動(dòng)員竄跳過程中膝關(guān)節(jié)角度的特征分析

陳竄跳過程中準(zhǔn)備階段重心是處于最低點(diǎn)處，右膝最大屈曲角度為41.516度，左膝最大屈曲角度為20.848度；左膝最小屈曲角度為13.323度;當(dāng)兩運(yùn)動(dòng)員擺動(dòng)到最右邊時(shí)，陳的左膝最大屈曲角度為55.368度，右膝最小屈曲角度為89.499度；方的左膝最大屈曲角度為18.041度，右膝最小屈曲角度46.345為度;當(dāng)兩運(yùn)動(dòng)員處于蹬離階段時(shí)，陳的右膝蹬伸角度為114.21度，左腳蹬伸角度為145.75度；方的右膝蹬伸角度為108.03度，左膝蹬伸角度為125.89度。通過表明陳從預(yù)備階段重心位置都要比方低，為預(yù)擺階段以及蹬離階段獲得更大的動(dòng)能而準(zhǔn)備；預(yù)擺階段陳擺動(dòng)幅度比方大，為了獲得更大慣性沖量，從而讓動(dòng)作銜接更加順暢，蹬離階段陳膝關(guān)節(jié)角度比方較大說明蹬離重心高度較大，從而讓運(yùn)動(dòng)員身體更加舒展貼近巖壁，為抓握住巖點(diǎn)所需高度做準(zhǔn)備。膝關(guān)節(jié)角度—時(shí)間3D曲線的共性特征：在預(yù)擺階段，右膝關(guān)節(jié)角度θ小→大→小→大；蹬離階段，θ由小→大；抓握階段，θ由大→小→大。

2.1.2兩運(yùn)動(dòng)員竄跳過程中膝關(guān)節(jié)速度的特征分析

在保證竄跳動(dòng)作成功為前提的情況下，兩運(yùn)動(dòng)員膝關(guān)節(jié)速度—時(shí)間3D曲線的共性特征：在蹬離階段，右腿膝關(guān)節(jié)速度v由小→大，左腿膝關(guān)節(jié)速度V由大→小；在抓握階段左右膝關(guān)節(jié)速度由大→小→大，出現(xiàn)周期性多峰值；在預(yù)擺階段陳的膝關(guān)節(jié)速度比較穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)，峰值比較均勻變化；在抓握瞬間陳左右膝關(guān)節(jié)速度分別為：5.5734m/s、5.4828m/s;方左右膝關(guān)節(jié)速度分別為：4.1703m/s、5.0803m/s.說明方的左右膝關(guān)節(jié)速度不平衡，身體穩(wěn)定性差，重心容易外傾容易從巖壁上脫落。

2.2兩運(yùn)動(dòng)員竄跳動(dòng)作過程中的髖關(guān)節(jié)角度、速度

竄跳動(dòng)作髖關(guān)節(jié)角度—時(shí)間3D曲線圖的特征分析：在準(zhǔn)備階段，陳的右髖關(guān)節(jié)度為67.947度，左髖節(jié)角度為56.321度，方的右髖關(guān)節(jié)角度為84.878度，左髖關(guān)節(jié)角度為166.83度；預(yù)擺階段，陳左、右髖關(guān)節(jié)角度變化都比較穩(wěn)定，方的左右髖關(guān)節(jié)角度變化從大→小→大的趨勢(shì)形成V字形變化，蹬離階段——抓握階段：兩運(yùn)動(dòng)員形成共性特征：左右髖關(guān)節(jié)角度都是從小→大的趨勢(shì)變化，最大右髖關(guān)節(jié)角度分別為178.38度、176.72度；最大左髖關(guān)節(jié)角度分別為168.1度、167.31度；由于蹬離與抓握階段身體充分伸展為抓握目標(biāo)巖點(diǎn)做準(zhǔn)備，所以髖關(guān)節(jié)角度肯定會(huì)達(dá)到最大而且兩運(yùn)動(dòng)員無明顯差異。

竄跳動(dòng)作髖關(guān)節(jié)速度—時(shí)間3D曲線圖的特征分析：在預(yù)擺階段：陳的右髖關(guān)節(jié)速度變化區(qū)間為0.1942m/s——3.5752m/s,方的右髖關(guān)節(jié)速度變化區(qū)間為0.5019m/s——2.7952m/s,呈現(xiàn)共性特征就是：髖關(guān)節(jié)速度變化為小→大→小→大周期性的變化；呈現(xiàn)共性特征就是：髖關(guān)節(jié)速度變化為小→大→小→大周期性的變化；髖關(guān)節(jié)速度都出現(xiàn)多峰值。在蹬離階段；抓握巖點(diǎn)時(shí)刻兩運(yùn)動(dòng)員共性特征：髖關(guān)節(jié)速度都呈急速下降趨勢(shì)：陳左右髖關(guān)節(jié)速度分別為：1.9597m/s、1.8837m/s；方左右髖關(guān)節(jié)速度分別為：2.1494m/s、1.7688m/s。由此可看出陳在預(yù)擺階段髖關(guān)節(jié)的速度明顯大于方，而且成周期穩(wěn)定性變化；從而可看出陳在預(yù)擺階段、蹬離巖點(diǎn)時(shí)刻、抓握階段的髖關(guān)節(jié)速度要大于2級(jí)運(yùn)動(dòng)員。

2.3兩運(yùn)動(dòng)員竄跳動(dòng)作過程中的踝關(guān)節(jié)角度

兩運(yùn)動(dòng)員竄跳過程中踝關(guān)節(jié)角度變化都有共同特征：在預(yù)擺與蹬離銜接時(shí)踝關(guān)節(jié)角度從小到大變化。在預(yù)擺階段；陳的左踝關(guān)節(jié)角度變化區(qū)間為19.22度——28.89度，右踝關(guān)節(jié)角度變化區(qū)間為38.835度——155.02度。方的左踝關(guān)節(jié)角度變化區(qū)間為21.25度——47.58度，右踝關(guān)節(jié)角度變化區(qū)間為51.59度——125度。蹬離時(shí)刻，陳的左腳踝關(guān)節(jié)角度為120.94度，右腳踝關(guān)節(jié)角度為105.41度；方左腳踝關(guān)節(jié)角度為112.78度，右腳踝關(guān)節(jié)角度為99.45度；兩運(yùn)動(dòng)員踝關(guān)節(jié)角度的蹬伸會(huì)影響到抓握階段的效果。預(yù)擺階段踝關(guān)節(jié)變化對(duì)蹬離階段影響大，通過腳與巖點(diǎn)接觸面形成角度，踝關(guān)節(jié)角度越小越有利于蹬伸以及巖點(diǎn)接觸面大摩擦力量而增大，蹬伸更加充分。

2.4兩運(yùn)動(dòng)員竄跳動(dòng)作過程中的肘關(guān)節(jié)角度、速度

2.4.1兩運(yùn)動(dòng)員竄跳過程中肘關(guān)節(jié)角度的特征分析

通過對(duì)竄跳動(dòng)作肘關(guān)節(jié)角度—時(shí)間3D曲線圖的特征分析：在準(zhǔn)備階段：陳左右肘關(guān)節(jié)角度分別為161.24度、145.04度，方左右肘關(guān)節(jié)角度分別為153.93度、102.62度；在預(yù)擺階段：兩運(yùn)動(dòng)員左右肘關(guān)節(jié)角度共性特征是：θ由大→小→大→小出現(xiàn)多峰值：在蹬離階段：手離開巖壁時(shí)陳的左右手肘關(guān)節(jié)角度分別為：106.40度、55.675度；方的左右手肘關(guān)節(jié)角度分別為：143.91度、91.682度；在抓握階段：抓住巖點(diǎn)時(shí)陳的左右手肘關(guān)節(jié)角度分別為：120.30度、119.01度；方的左右手肘關(guān)節(jié)角度分別為：143.04度、150.51度。如表3-2各時(shí)間角度

2.4.2兩運(yùn)動(dòng)員竄跳過程中肘關(guān)節(jié)速度的特征分析

通過對(duì)竄跳動(dòng)作肘關(guān)節(jié)速度—時(shí)間3D曲線圖的特征分析，得出兩運(yùn)動(dòng)員共性：在預(yù)擺階段：速度v由大→小→大→?。坏烹x階段：速度v由小→大；抓點(diǎn)階段：速度v由大→小；當(dāng)手臂離開巖點(diǎn)到手腳都離開巖點(diǎn)時(shí)，陳左右肘速度變化為：1.0156m/s——7.9397m/s，

4.0350m/s——5.2929m/s；陳抓住巖點(diǎn)時(shí)左右肘速度分別為：1.0155m/s、1.2264m/s；方抓住巖點(diǎn)時(shí)左右肘速度分別為：0.7369m/s、0.8829m/s.可以看出兩者整個(gè)竄跳動(dòng)作過程中肘速度是有一定的差距，但兩者最后抓點(diǎn)肘速度都差不多。此因素會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作成功率降低。

2.5身體重心的位移特征與分析

兩名運(yùn)動(dòng)員四肢蹬離至抓住目標(biāo)巖點(diǎn)這段時(shí)間，身體重心在Y方向的位移變化較小，位移的變化主要是體現(xiàn)在X方向和Z方向上，即身體重心在左右方向和垂直方向上有變化。其身體重心在上升的過程時(shí)，前后、左右方向上都必須保持較好的穩(wěn)定性，否則將影響抓住巖點(diǎn)的時(shí)機(jī)；兩運(yùn)動(dòng)員重心在Z方向上較大變化是從四肢蹬離瞬間開始的，兩名運(yùn)動(dòng)員的差異性除了應(yīng)考慮技術(shù)動(dòng)作、訓(xùn)練水平、力量素質(zhì)等因素外，身高也是此差異性的另一誘因，二者近6公分的身高差距，勢(shì)必導(dǎo)致其重心的不同，方為竄跳動(dòng)作獲得更好的速度、力量以及騰起高度，必然會(huì)通過加大肢體的擺動(dòng)幅度，加快動(dòng)作核心肌肉群的收縮速度。

2.6二者身體重心的速度特征分析

由實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)比較可知，在預(yù)擺階段：方X、Y方向的速度都明顯低于陳，并且方的Y方向速度大于X方向速度，垂直重心速度為負(fù)值，明顯方的發(fā)力方向不對(duì)。造成更大的傾倒力矩使得方的騰起高度與速度都低于陳。陳在蹬離階段，其各方向的重心速度都快于方。這表明方在身體蹬伸時(shí)，其核心肌肉群的爆發(fā)力尚有待提高，反觀二者身體重心在竄跳階段的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以認(rèn)定其不僅在X，Z軸上運(yùn)動(dòng)，而是在X、Y、Z方向上均有一定的移動(dòng)。通過兩運(yùn)動(dòng)員比較發(fā)現(xiàn)重心最大垂直速度出現(xiàn)在四肢蹬離瞬間。需要指出的是兩運(yùn)動(dòng)員竄跳過程中，身體重心在Z方向上的速度出現(xiàn)了兩次峰值，而最后一次峰值恰好是在蹬伸結(jié)束的時(shí)刻，而且身體重心在X方向上最大速度值是在蹬伸之前擺動(dòng)階段。可以判定擺動(dòng)階段X方向較大的速度是為蹬伸階段緩沖蹬伸做準(zhǔn)備。在兩名運(yùn)動(dòng)員完成抓點(diǎn)瞬間，通過觀察數(shù)據(jù)的變化可以發(fā)現(xiàn)，尤其是Z方向上速度減小相當(dāng)明顯，證明在垂直方向有很大的加速度，這就表現(xiàn)在兩名運(yùn)動(dòng)員完成竄跳動(dòng)作時(shí)的身體有明顯的下拉傾向，需要強(qiáng)大的屈肘力量。

圖二　身體重心速度—時(shí)間曲線圖

3結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

1．竄跳技術(shù)的合理性表現(xiàn)為身體擺動(dòng)協(xié)調(diào)，人體重心降低更加貼近巖壁，重心產(chǎn)生的傾倒力矩小，蹬伸作用力主要是左右與垂直方向的結(jié)合，不會(huì)增加重力的向后傾倒力矩，身體重心呈弧線狀運(yùn)動(dòng)避免直上直下，使得身體蹬伸速度、高度更大從而更容易抓住目標(biāo)巖點(diǎn)。

2．蹬離瞬間時(shí)，竄跳動(dòng)力真正來源于腿部肌肉推力與手臂拉力，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)員自身的條件(身高較矮運(yùn)動(dòng)員應(yīng)主動(dòng)加強(qiáng)踝膝髖關(guān)節(jié)蹬伸幅度與速度)，利用肌肉松弛原理，最大限度的提高下肢屈曲、蹬伸幅度，以增大竄跳時(shí)的動(dòng)能。

3．方在竄跳動(dòng)作蹬伸過程中相對(duì)陳而言，蹬伸過程不夠充分，蹬伸方向過分的強(qiáng)調(diào)向上與向后，使得身體直上直下，造成人體頂離巖壁增加了重力傾倒力矩，并且踝膝髖蹬伸幅度與速度有待提高，這影響了其它整體環(huán)節(jié)的能量傳遞效果。

4．攀巖中為了維持人體平衡抵消重力產(chǎn)生的重力矩需要較大的手臂拉力，因此應(yīng)注重手臂肌肉與背闊肌肉的力量訓(xùn)練。運(yùn)用合理的攀登技術(shù)節(jié)約手臂力量非常重要。

5．蹬離瞬間時(shí)陳踝關(guān)節(jié)角度小于方，巖點(diǎn)支撐摩擦面大從而支撐反作用力大有助于蹬伸。

3.2建議

1．建議教練員在訓(xùn)練時(shí)應(yīng)注重對(duì)低水平運(yùn)動(dòng)員此技術(shù)動(dòng)作垂直、左右、前后方向的力學(xué)道理指導(dǎo)，明白此技術(shù)動(dòng)作重心正確的運(yùn)動(dòng)軌跡。加強(qiáng)身體各關(guān)節(jié)屈曲、蹬伸幅度與速度、靈敏協(xié)調(diào)性練習(xí)，以增大竄跳時(shí)的動(dòng)能。讓運(yùn)動(dòng)員能夠應(yīng)用最合理的技術(shù)動(dòng)作攀爬。

2．對(duì)于年輕運(yùn)動(dòng)員，應(yīng)先規(guī)范竄跳技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)力順序、屈伸幅度與速度，結(jié)合自身的特點(diǎn)開展針對(duì)性的訓(xùn)練。

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Biomechanical Analysis on Up Jumping Techniques between Two Rock-climbers in Different Levels

Wang Haijun

Abstract:As a high challenging technique, up jumping is often used in difficulty, bouldering and speed rock climbing competitions, and thus processes research values. By applying research methods such as literature, three-dimensional video analysis, expert consultation and comparative analysis, this paper makes overall analysis on core factors that influence up jump systematically by comparative biomechanical motor analysis between two rock-climbers in different levels.

Key words:rock climber; up jumping technique; dynamic biomechanical analysis

作者簡(jiǎn)介：汪海軍(1987-)，男，江西宜春人，碩士，助教，研究方向：攀巖、戶外拓展教學(xué)、訓(xùn)練理論與方法。

中圖分類號(hào)：G804

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-0256(2016)06-0128-3

doi:10.3969/ j.issn.1005-0256.2016.06.058

Sport Science College of Wuhan Sport University, Wuhan 430205, Hubei, China.