古福明

(成都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)系 四川成都 610041)

影響跳馬落地穩(wěn)定性的生物力學(xué)因素

古福明

(成都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)系 四川成都 610041)

該文從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)視角,對(duì)影響跳馬落地穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了分析。研究認(rèn)為跳馬的第二騰空時(shí)間短暫,運(yùn)動(dòng)員必須調(diào)整好身體姿勢(shì),控制好人體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。落地前,應(yīng)降低身體重心高度,準(zhǔn)備好觸地姿勢(shì),注意落地緩沖問(wèn)題,使身體重心的投影點(diǎn)落在在雙腳支撐面內(nèi),避免出現(xiàn)前傾后倒現(xiàn)象。結(jié)果表明：運(yùn)動(dòng)員的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大小、落地瞬時(shí)身體重心的高度,重心投影點(diǎn)的位置及緩沖距離是影響跳馬落地穩(wěn)定性的主要因素。

跳馬 落地穩(wěn)定性 生物力學(xué)

體操跳馬一般由助跑、趨步、踺子、踺子踏跳、第一騰空、推馬、第二騰空和落地等8個(gè)動(dòng)作階段組成，跳馬動(dòng)作的要求是高、飄、遠(yuǎn)、美、穩(wěn)。當(dāng)前跳馬運(yùn)動(dòng)不斷地向著多軸的復(fù)合翻轉(zhuǎn)方向發(fā)展，這無(wú)疑加大了落地穩(wěn)定性的難度[1]。黃強(qiáng)等[2]對(duì)參加第27屆奧運(yùn)會(huì)的我國(guó)男子體操選手落地穩(wěn)定性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)果表明落地動(dòng)作完成較差，落地穩(wěn)定的僅占43.19%。因此，落地穩(wěn)定性是跳馬比賽中獲勝的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理，影響落地穩(wěn)定性的因素有：支撐面積、重心位置、穩(wěn)定角或平衡角等，而這些因素又與跳馬的第二騰空階段緊密相關(guān)。因此，該文運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理對(duì)跳馬第二騰空和落地動(dòng)作進(jìn)行分析討論，旨在幫助教練員和運(yùn)動(dòng)員更好地把握落地動(dòng)作的影響因素，提高跳馬訓(xùn)練效果。

1 第二騰空動(dòng)作的影響

第二騰空動(dòng)作技術(shù)是高質(zhì)量完成跳馬動(dòng)作的關(guān)鍵，該階段對(duì)運(yùn)動(dòng)員落地穩(wěn)定性具有重要影響。優(yōu)良的騰空動(dòng)作技術(shù)既能促進(jìn)人體翻轉(zhuǎn)角速度和人體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的調(diào)整，又能為隨后的落地穩(wěn)定創(chuàng)造良好條件。根據(jù)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理，人體在騰空狀態(tài)時(shí)必然遵循動(dòng)量矩守恒定律，即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的乘積等于一個(gè)常數(shù)[3]。因此，為了完成動(dòng)作目的，人體可借助空中姿態(tài)的變化和人體環(huán)節(jié)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整人體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小和方向，從而實(shí)現(xiàn)人體轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的變化或動(dòng)量矩在轉(zhuǎn)動(dòng)軸間的轉(zhuǎn)移。

1.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保持原來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)能力的物體量。物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)越不容易改變，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是分析評(píng)價(jià)騰空動(dòng)作技術(shù)比較常用的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)參數(shù)之一。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是由質(zhì)量和相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量分布這兩個(gè)因素構(gòu)成的，前者是不變的量，后者是可變量。身體姿勢(shì)變化的本質(zhì)上是改變了人體質(zhì)量到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離，當(dāng)人體質(zhì)量分布偏離轉(zhuǎn)動(dòng)軸越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，反之越小。因此，在跳馬第二騰空的初始階段，運(yùn)動(dòng)員應(yīng)盡量使雙手靠攏自己的身體，同時(shí)并攏雙腳，讓人體四肢盡量靠近身體，減小人體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，增大角速度，從而順利地完成翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。而在落地的準(zhǔn)備階段，運(yùn)動(dòng)員身體要做一定程度的伸展，充分利用肢體變化調(diào)整自身姿態(tài)，盡量增大人體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小轉(zhuǎn)動(dòng)速度，提高落地穩(wěn)定性。

1.2轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置

跳馬第二騰空的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是人體繞多軸轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，因此，人體環(huán)節(jié)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或人體姿態(tài)會(huì)影響人體空中復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置。良好的身體姿勢(shì)應(yīng)使身體質(zhì)量分布向轉(zhuǎn)動(dòng)軸靠攏，以減小身體質(zhì)量到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離，從而減小人體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加速人體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在盡可能短時(shí)間內(nèi)完成翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，為落地準(zhǔn)備留出時(shí)間和空間。

1.3騰空高度

跳馬第二騰空的高度直接影響著運(yùn)動(dòng)員身體的伸展程度[4]。很顯然，運(yùn)動(dòng)員騰空高度越高，人體在空中的滯留時(shí)間越長(zhǎng)，就越有利于騰空動(dòng)作的順利完成。這樣運(yùn)動(dòng)員在空中才能更好地調(diào)整身體姿態(tài)，為落地動(dòng)作做好充分準(zhǔn)備，提高落地穩(wěn)定性，并且高飄動(dòng)作更能體現(xiàn)跳馬動(dòng)作的特點(diǎn)。

運(yùn)動(dòng)員推馬離開(kāi)時(shí)刻人體重心的垂直速度決定了人體第二騰空的重心高度，推馬離開(kāi)時(shí)刻人體重心的水平速度決定了人體第二騰空的遠(yuǎn)度，而推馬離開(kāi)速度又是由運(yùn)動(dòng)員的推馬動(dòng)作技術(shù)和上肢肌肉爆發(fā)力決定的。因此，在肌肉爆發(fā)力一定的情況下，運(yùn)動(dòng)員應(yīng)通過(guò)積極地推馬動(dòng)作，加大推馬離開(kāi)的垂直速度。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果也表明，在保持推馬離開(kāi)時(shí)刻人體重心水平速度不減小的情況下，增加推馬離開(kāi)時(shí)刻人體重心的垂直速度，能產(chǎn)生更多的時(shí)間和空間完成第二騰空動(dòng)作，并能為落地動(dòng)作做積極準(zhǔn)備[1]。

2 落地緩沖動(dòng)作的影響

從運(yùn)動(dòng)員的腳接觸體操墊到身體起立站穩(wěn)階段就是跳馬落地階段。落地階段對(duì)跳馬動(dòng)作質(zhì)量至關(guān)重要，落地時(shí)腳的跳動(dòng)、移動(dòng)，身體晃動(dòng)，甚至摔倒都會(huì)影響動(dòng)作效果，會(huì)被直接扣掉一定的分值。大量研究表明，跳馬第二騰空的動(dòng)作技術(shù)質(zhì)量好壞，即第二騰空階段身體各環(huán)節(jié)繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大小是否調(diào)整得當(dāng)，直接影響著落地技術(shù)的穩(wěn)定性[5]。因此，傾倒力矩、落地瞬時(shí)重心投影點(diǎn)至落地點(diǎn)的距離、重心高度和緩沖距離等都影響落地穩(wěn)定性。

2.1傾倒力矩

落地瞬時(shí)身體受到的傾倒力矩是由于人體的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。人體繞橫軸翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生前后的傾倒力矩，繞縱軸的轉(zhuǎn)體產(chǎn)生側(cè)向的傾倒力矩；而人體重力繞落地點(diǎn)產(chǎn)生的力矩既可能是穩(wěn)定恢復(fù)力矩，又可能是傾倒力矩。側(cè)向的傾倒力矩可通過(guò)運(yùn)動(dòng)員落地前在空中充分地完成轉(zhuǎn)體動(dòng)作而消減，也可通過(guò)運(yùn)動(dòng)員兩臂的不對(duì)稱運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)整。若落地時(shí)向左轉(zhuǎn)體時(shí)，左臂由側(cè)經(jīng)體前向右揮擺，而右臂沿弧線向內(nèi)經(jīng)體側(cè)下落，使雙臂運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的合力矩抵消向左側(cè)傾倒的力矩。前后傾倒力矩主要依靠落地前的動(dòng)作調(diào)整，通過(guò)增大人體繞橫軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小人體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度來(lái)減小。而人體重力是否產(chǎn)生傾倒力矩，取決于落地瞬時(shí)人體重心投影點(diǎn)是否在雙腳支撐面之內(nèi)，如果在雙腳支撐面內(nèi)，人體重力繞落地點(diǎn)產(chǎn)生恢復(fù)力矩，抵抗旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的傾倒力矩；如果在雙腳支撐面外，則產(chǎn)生傾倒力矩使人體前傾或后倒，非常不利于人體站穩(wěn)。因此，落地前選擇合適的落點(diǎn)和加大雙腳支撐面，使人體重心投影點(diǎn)始終保持在雙腳支撐面之內(nèi)，對(duì)提高運(yùn)動(dòng)員的落地穩(wěn)定性具有重要意義。

2.2落地瞬時(shí)重心高度

從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理可知，在支撐面不變的情況下，人體重心位置越低，穩(wěn)定性就越大；反之，穩(wěn)定性就越小。因此，降低落地瞬時(shí)的重心高度有利于提高落地穩(wěn)定性。一般地，運(yùn)動(dòng)員在落地之前已有明顯的屈膝、屈髖或分腿等落地前的準(zhǔn)備動(dòng)作，從而降低了落地瞬時(shí)人體的重心高度，并且增大了人體繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小了落地時(shí)的角速度，為落地緩沖做好充分準(zhǔn)備。

2.3落地緩沖距離和緩沖時(shí)間

運(yùn)動(dòng)員的落地緩沖過(guò)程就是人體與墊子的彈性碰撞過(guò)程。根據(jù)動(dòng)量定理，運(yùn)動(dòng)員落地緩沖距離越大，落地緩沖時(shí)間越長(zhǎng)，地面對(duì)人體的沖擊力就越小。在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，運(yùn)動(dòng)員在落地時(shí)應(yīng)通過(guò)順勢(shì)下蹲和屈髖、屈膝、屈踝等動(dòng)作，來(lái)增大落地的緩沖距離；同時(shí)，為了避免落地沖擊力造成人體的運(yùn)動(dòng)損傷，運(yùn)動(dòng)員著地時(shí)應(yīng)從前腳掌著地逐漸過(guò)渡到全腳掌著地，從而延長(zhǎng)落地緩沖時(shí)間，減小地面對(duì)人體的沖擊力，并且著地時(shí)間的延長(zhǎng)也有利于運(yùn)動(dòng)員提高落地的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

跳馬的第二騰空時(shí)間短暫，運(yùn)動(dòng)員必須調(diào)整好身體姿勢(shì)，控制好人體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。落地前，應(yīng)降低身體重心高度，準(zhǔn)備好觸地姿勢(shì)，注意落地緩沖問(wèn)題，選擇合適的落點(diǎn)，使身體重心的投影點(diǎn)落在在雙腳支撐面內(nèi)，避免出現(xiàn)前傾后倒現(xiàn)象。

[1]吳成亮，向家俊，徐波，等.跳馬落地速度與角度對(duì)落地穩(wěn)定性影響的仿真研究[J].首都體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，27(5)：469-473.

[2]黃強(qiáng)，蔣小娟.對(duì)第27屆悉尼奧運(yùn)會(huì)我國(guó)男子體操選手落地穩(wěn)定性的統(tǒng)計(jì)與分析[J].福建體育科技，2001，20(3)：16-19.

[3]陸愛(ài)云.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)[M].北京：人民體育出版社，2010.

[4]王尼.跳馬落地穩(wěn)定性力學(xué)分析[J].長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，24(2)：75-76.

G832.2

A

2095-2813(2016)05(b)-0135-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.14.135