趙西堂，李曉琨

(1.肇慶學(xué)院體育與健康學(xué)院，廣東 肇慶 526061；2.北京體育大學(xué) 教育學(xué)院，北京 100084)

1988年NBA扣籃大賽，邁克爾·喬丹以幾近完美的空中姿態(tài)凌空扣籃給人們留下了深刻的印象，一個(gè)重要的原因就是因?yàn)槠湓诳罩谢璧母杏X，加之當(dāng)年扣籃畫面經(jīng)過慢放技術(shù)的處理，再次點(diǎn)燃了人們期待飛翔的激情，使人們再次產(chǎn)生了“人真的能夠飛翔嗎？”這樣的疑問。

然而根據(jù)物理學(xué)定律，答案是否定的。人體跳離地面后應(yīng)屬于上拋運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)模式下人體只受到重力的作用，飛行曲線應(yīng)是一個(gè)平滑的拋物線，而絕不應(yīng)有在空中滑翔的可能。但是這一現(xiàn)象在眾多體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中已被廣泛認(rèn)可，那么這些運(yùn)動(dòng)員是如何做到的呢？他們的“飛翔”真的違背了運(yùn)動(dòng)學(xué)定律了嗎？

1 體育運(yùn)動(dòng)中的滯空現(xiàn)象

對于滯空現(xiàn)象的解讀，前人已做了不少的研究：早在1975年美國愛荷華大學(xué)體育學(xué)教授Robert和James[1]兩位教授就對籃球運(yùn)動(dòng)中的跳投滯空現(xiàn)象進(jìn)行了研究，指出了滯空現(xiàn)象和滯空技術(shù)的存在；我國學(xué)者王斌、虞重干等通過專家訪談和力學(xué)實(shí)驗(yàn)后也得出了類似的結(jié)論：排球運(yùn)動(dòng)員在跳起后存在著滯空現(xiàn)象，并指出排球運(yùn)動(dòng)員滯空時(shí)間為0.06～0.14s，平均滯空時(shí)間0.08s[2]。隨后一些研究也指出了滯空現(xiàn)象的存在，其中尤以2007年美國運(yùn)動(dòng)科學(xué)FSN的實(shí)驗(yàn)最為著名，他們采用高頻攝像技術(shù)對籃球的滯空現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，用影像更為直觀地指出了滯空現(xiàn)象的存在！我國中央電視臺(tái)探索頻道(CCTV10)也曾經(jīng)對這一研究過程進(jìn)行了播放。國內(nèi)外學(xué)者一致認(rèn)為體育運(yùn)動(dòng)中滯空確實(shí)存在，而對于滯空的定義國內(nèi)外研究進(jìn)行了相應(yīng)的闡述；Cooper &Siedentop在1969年指出：“多數(shù)籃球運(yùn)動(dòng)員在跳至最高點(diǎn)時(shí)投籃，而有些運(yùn)動(dòng)員在縱跳達(dá)至最高點(diǎn)一小段時(shí)間后球才離手。”[3]他們把這一空中停留的現(xiàn)象稱之為滯空(hanging in the air)，這也是對滯空現(xiàn)象較早的定義；但是該定義只是指出了滯空現(xiàn)象，并沒有指出滯空的本質(zhì)。后來Robert &James(1979)[1]和我國學(xué)者虞重干(1980)[2]將滯空定義為運(yùn)動(dòng)員跳至最高點(diǎn)時(shí)頭部和上身會(huì)在最高點(diǎn)處保持一段時(shí)間，并將這一現(xiàn)象稱之為滯空。而人體頭部和軀干在最高點(diǎn)保持的時(shí)間稱之為滯空時(shí)間，并將運(yùn)動(dòng)員所具備的這一能力稱之為滯空能力。

綜合國內(nèi)外的相關(guān)研究，雖然有學(xué)者提出了滯空現(xiàn)象的存在，同時(shí)對其形成機(jī)制進(jìn)行了論述，但是對滯空現(xiàn)象的本質(zhì)與形成機(jī)制的研究尚不深入不全面；國內(nèi)一些研究甚至將滯空時(shí)間與騰空時(shí)間混為一談[4,5]。因此，有必要對滯空現(xiàn)象進(jìn)行深入的探討。

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究和滯空現(xiàn)象出現(xiàn)的本質(zhì)，我們可以將滯空定義為：人體在跳躍過程中，在身體重心移至最高點(diǎn)前后一段時(shí)間內(nèi)，通過呼吸與肢體的協(xié)調(diào)變化，使人體的頭部和軀干在空中的運(yùn)行軌跡表現(xiàn)為接近平行于地面而飛行的現(xiàn)象，或者說是人體頭部和軀干在最高點(diǎn)處保持一段時(shí)間的現(xiàn)象，稱為滯空現(xiàn)象。

對于滯空時(shí)間與騰空時(shí)間的關(guān)系，通過定義可以更好地辨別兩者之間的關(guān)系。事實(shí)上滯空現(xiàn)象與騰空有明顯的區(qū)別：騰空現(xiàn)象是指人體跳躍離地后到著地之前的一段時(shí)間。由此可知滯空只是騰空的一部分，騰空時(shí)間長為滯空提供了必要的前提條件；而滯空則需要良好的身體協(xié)調(diào)能力，才能保證身體在跳躍過程中由于肢體相對位置的調(diào)整而導(dǎo)致的身體重心變化符合經(jīng)典力學(xué)的預(yù)定曲線，同時(shí)也使得上體和頭部在高處保持一段時(shí)間，良好的滯空能力需要較強(qiáng)的技術(shù)來保障。由此，可以推斷騰空時(shí)間長者并不能代表其滯空時(shí)間長，也就是說跳得高騰空時(shí)間長的運(yùn)動(dòng)員其滯空能力未必就強(qiáng)，反之亦然；這也能解釋一些運(yùn)動(dòng)員跳得很高但身體達(dá)到最高點(diǎn)后，身體下降很快，而有些運(yùn)動(dòng)員則能在最高點(diǎn)停留時(shí)間較長。

2 滯空現(xiàn)象的形成機(jī)制

在沒有被科學(xué)驗(yàn)證前，國外專家對滯空的定義顯得十分謹(jǐn)慎，“看似空中停留”或是“空中停留的印象”而事實(shí)上他們依然認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員的滯空現(xiàn)象只是一個(gè)表象而已，因?yàn)檫@一現(xiàn)象看似難以用經(jīng)典力學(xué)定律來解釋。

本研究通過采用經(jīng)典力學(xué)理論分析和國內(nèi)外文獻(xiàn)對滯空的研究成果，認(rèn)為可以將滯空產(chǎn)生的主要機(jī)制歸結(jié)為三個(gè)方法：1.跳躍過程中空中飛行時(shí)間的比例分配；2.人體肢體在空中相對位置的變化而導(dǎo)致的重心位置變化；3.腹式逆呼吸的應(yīng)用。后兩種方法都是通過調(diào)節(jié)身體重心的位置來實(shí)現(xiàn)的。

2.1 跳躍騰空階段縱向時(shí)間比例

在搞清楚滯空現(xiàn)象的存在機(jī)制前，我們需要搞清楚一些物理學(xué)的定律和相關(guān)概念，力學(xué)定律告訴我們，在人們的生活環(huán)境中重力無處不在且一直起著作用，一般認(rèn)為地球的重力加速度為g(常取9.8m/s2)；人體跳起后在不受外力作用的情況下無論物體內(nèi)部力如何相互作用，物體的質(zhì)量如何做調(diào)整分布，人體重心的運(yùn)動(dòng)軌跡將不會(huì)改變。

跳起的運(yùn)動(dòng)員在空中只受到重力的作用(忽略空氣阻力)，其騰空的時(shí)間只受垂直方向的初速度影響，起跳時(shí)豎直方向的速度越快，其騰空時(shí)間就越長。從豎直方向上看：人體整個(gè)身體的重心在達(dá)到最高點(diǎn)之前應(yīng)做重力加速度為g的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，在達(dá)到最高點(diǎn)之后應(yīng)做重力加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng)；根據(jù)相關(guān)力學(xué)理論，在豎直方向上人體重心的運(yùn)動(dòng)速度在上升和下落兩個(gè)階段是對稱的，也就是說，理論上將起跳時(shí)人體離地時(shí)的重心速度與落地前人體重心的速度大小應(yīng)一致。由于在豎直方向上，人體跳起后的前段時(shí)間，整個(gè)人體在豎直方向上運(yùn)動(dòng)較快，在即將達(dá)到頂點(diǎn)前的一段時(shí)間整個(gè)人體在豎直方向上運(yùn)動(dòng)較慢；同樣地，人體在下落階段人體下落速度在頂點(diǎn)后的一段時(shí)間下落速度較慢，而在接近地面時(shí)人體運(yùn)動(dòng)速度較快。由此可知：人體在縱跳的整個(gè)過程中，人體在最高點(diǎn)前后的一段時(shí)間內(nèi)豎直方向上人體的移動(dòng)速度較慢；也就是說人體在最高點(diǎn)的前后，人體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相對較長。

但是為什么垂直縱跳時(shí)這一現(xiàn)象表現(xiàn)的不夠明顯呢？這是因?yàn)槿梭w在水平方向上具有較快的速度，使得飛行造成的滑翔的現(xiàn)象更為直觀，由于水平方向上的速度不會(huì)因縱跳高度的改變而改變，由于近71%的飛行時(shí)間在縱跳的上半部分，加之最高點(diǎn)前后兩個(gè)階段是連接一起，這就意味著飛行的距離將是縱跳起跳前半階段(或下降階段的后半段)飛行的距離的4.9倍(142/29，空氣阻力忽略不計(jì))，滑翔的印象自然就形成了。

2.2 身體重心位置的改變

在進(jìn)行身體重心位移的分析時(shí)，首先需要搞清楚的是重心的概念。重心，是指在重力場中，物體處于任何方位時(shí)所有各組成支點(diǎn)的重力的合力都通過的那一點(diǎn)，即物體各部分所受重力之合力的作用點(diǎn)。由于人體由不同的肢體環(huán)節(jié)構(gòu)成，每一個(gè)環(huán)節(jié)又都有自身的重量，因此人體的重心應(yīng)是各環(huán)節(jié)重心的在重力三維空間上的疊加，也就是說如果人體的上體質(zhì)量較大而下肢長，那么身體的重心將靠近身體的上部，人體解剖學(xué)重心位置與性別、體型因素有關(guān)，人體工程學(xué)常用的方法是采用1889年布拉溫(Braune)-菲舍爾模型 (Fischer)[6]。而正常人體重心位置除與性別、體型有關(guān)外，人群、身體姿勢、形態(tài)結(jié)構(gòu)、呼吸、心跳等任何細(xì)微動(dòng)作都會(huì)影響身體重心的位置(事實(shí)上人體的重心并不是平穩(wěn)地固定在一個(gè)點(diǎn)而是在以某一點(diǎn)為中心不停地晃動(dòng)，無論人體處在靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài))。如：男子重心大約是身高的57%，女子重心大約為身高的55%，通常情況下身高相同時(shí)男子重心位置較女子高[7]。

大量研究指出身體姿勢的改變和呼吸作用均能影響身體重心的位置。有研究指出跳高時(shí)運(yùn)動(dòng)員擺動(dòng)腿、上肢的擺動(dòng)、上體的伸展與深吸氣的共同作用能身體重心在運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)上升15cm左右[8]，為本研究提供了直接的實(shí)驗(yàn)支持。相關(guān)研究指出起跳前身體重心的位置是影響縱跳高度的重要因素[9]。

2.2.1 呼吸導(dǎo)致重心位置變化

2.2.1.1 逆式腹式呼吸

呼吸是人體維持生命的最重要的生理功能之一，正常情況下人們常常對呼吸不會(huì)產(chǎn)生太多的注意。但是在體育運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員常常會(huì)有意識無意識地改變呼吸的節(jié)奏或方式來更好地完成動(dòng)作，以便于通過呼吸獲得更好的成績。呼吸分為胸式呼吸和腹式呼吸兩種[10]，腹式呼吸又為順呼吸和逆呼吸兩種[11]，逆式呼吸時(shí)，肩帶上提、膈肌收縮與正常呼吸時(shí)基本一致，順式呼吸時(shí)吸氣階段腹肌應(yīng)放松以保證膈肌的下移擴(kuò)胸腔縱向距離，而逆式吸氣時(shí)腹肌用力收縮以確保胸腔保持較高的位置；同樣地，呼氣時(shí)逆式呼吸腹肌用力方式與順式呼吸也完全相反，即吸氣時(shí)收縮腹肌，呼氣時(shí)再將它放松。由此可見逆式呼吸與正常腹式呼吸腹部肌肉用力機(jī)制存在明顯不同，無論從理論上還是在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中都證明了采用逆式呼吸能夠更加有效地提升身體重心位置；在體育運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)員常常采用逆式呼吸的方法，以便于獲取更大的利益。如果在籃球或者排球運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)采用逆式呼吸，逆式呼吸在此時(shí)的重要意義表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，通過逆式呼吸一方面提升起跳前人體的重心高度以便于同樣條件下以獲得更大的縱跳高度；其次，吸氣時(shí)大幅提高重心高度，而呼氣時(shí)腹肌的放松能夠使重心下降較大距離，延長了重心在體內(nèi)的變化范圍，而此變化范圍為延長滯空時(shí)間提供了良好的保障；最后，由于腹部肌肉收縮既可以為縱跳發(fā)力提供發(fā)力平臺(tái)，同時(shí)也可以為空中完成動(dòng)作的發(fā)力提供良好的平臺(tái)。

2.2.1.2 實(shí)驗(yàn)依據(jù)

相關(guān)證據(jù)表明呼吸運(yùn)動(dòng)能夠有效地改變?nèi)梭w重心的位置：解剖學(xué)指出人體重心大致位置一般在第3骶骨椎體前7cm處，相關(guān)研究明確指出呼吸會(huì)影響到重心的高度，Mosso認(rèn)為在仰臥位置時(shí)正常的深吸氣能使身體重心上移1/2～2/3cm[8]，而Duggar,B.C.(1962)研究指出在直立狀態(tài)下正常的呼吸能使人體重心上下浮動(dòng)范圍超過6cm[12]；上文提到的跳高運(yùn)動(dòng)員通過腿、上肢肢體的變化、上體的伸展與深吸氣的共同作用能使身體重心在運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)上升15cm左右，該實(shí)驗(yàn)過程中呼吸方式采用的應(yīng)是逆式呼吸的方式(這種呼吸方式是田徑和球類運(yùn)動(dòng)員最常采用的呼吸方式)，但是逆式呼吸對人體重心的影響作用仍不得而知，這需要更加精確的實(shí)驗(yàn)來證明，理論上講，逆式呼吸能夠更大幅度地改變重心的位置。體育運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中相關(guān)專家一致認(rèn)為：身體的滯空能力與身體腰腹肌肉力量有關(guān)，同時(shí)也與身體協(xié)調(diào)平衡能力有關(guān)。如核心力量訓(xùn)練對提高排球運(yùn)動(dòng)員的滯空能力、滯空平衡控制能力的力量素質(zhì)有一定效果[13]。強(qiáng)大的腰腹肌力只是滯空的基礎(chǔ)，良好的肌肉協(xié)調(diào)能力會(huì)使身體重心移動(dòng)曲線在符合力學(xué)運(yùn)動(dòng)軌跡的情況下保證上體處于相對穩(wěn)定的位置，是滯空的關(guān)鍵。

2.2.2 空中肢體相對位置的變化而導(dǎo)致的重心位置變化

正常人體解剖學(xué)重心一般處在身體正中第三骶椎上緣前7cm處，正如前文所述人體不同的肢體環(huán)節(jié)構(gòu)成，人體重心與性別、身體姿勢、呼吸等因素有關(guān)。因此人體姿勢變化時(shí)人體的總重心將隨姿勢的變化而變化，前人已對人體姿勢的變化對重心的影響建立了模型即德瑪帕薩特模型,通過各環(huán)節(jié)的重心來計(jì)算人體的總重心，由于姿勢的變化導(dǎo)致各環(huán)節(jié)的重心發(fā)生了變化，最終致使人體總重心也發(fā)生相應(yīng)的變化。

在縱跳的過程中，運(yùn)動(dòng)員為了保持頭部與上體的相對高度，在重心達(dá)到最高點(diǎn)之前，通過兩臂上舉，小腿上收，展腹挺胸，使身體相對縮短，重心位置相對上移(該狀態(tài)下人體的重心可以達(dá)到胸部附近)，在到達(dá)重心位移的頂點(diǎn)后通過放小腿，減小背弓等以降低身體重心，致使身體重心的飛行軌跡符合力學(xué)曲線，并保證頭部和上體在最高點(diǎn)前后階段保持在較高的位置，或者說是上體和頭部的高度變化不大。由此可知，滯空時(shí)間的長短與身體重心的變化距離有關(guān)；當(dāng)然身體的協(xié)調(diào)性對身體重心的軌跡變化與飛行力學(xué)曲線重疊至關(guān)重要。

大量研究表明：通過身體姿勢的變化可以有效地延長滯空時(shí)間。相關(guān)研究指出：排球運(yùn)動(dòng)員在完成扣球起跳時(shí)通過收小腿和上舉手臂的空中動(dòng)作能有效地實(shí)現(xiàn)滯空，研究指出這一動(dòng)作會(huì)使得騰空頂點(diǎn)前后頭部和髖部中心點(diǎn)均出現(xiàn)相對平坦的一段曲線，證明了滯空現(xiàn)象的存在，同時(shí)通過與沒有收小腿和沒有手臂上舉的動(dòng)作相比，空中適時(shí)地收小腿和上舉手臂能有效地實(shí)現(xiàn)滯空現(xiàn)象；同樣地也有研究表明：排球運(yùn)動(dòng)員在攔網(wǎng)時(shí)適當(dāng)曲髖也能很好地實(shí)現(xiàn)滯空，身體姿勢以髖關(guān)節(jié)為中心做呈“<”型的攔網(wǎng)姿勢，能有效地延長攔網(wǎng)滯空時(shí)間[14]；Robert &James通過對愛荷華大學(xué)六名男籃運(yùn)動(dòng)員的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：滯空現(xiàn)象無論在實(shí)踐上還是在理論上確實(shí)存在，可以通過小腿和手臂的適時(shí)收放實(shí)現(xiàn)滯空；經(jīng)過隔天的兩次45min和30min的練習(xí)，運(yùn)動(dòng)員能夠在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)滯空技術(shù)[1]。

圖1 滯空現(xiàn)象(Bishop R D,Hay J G,1979)注：圖中黑點(diǎn)表示中心，下線表示重心運(yùn)行軌跡；上線表示頭的運(yùn)行軌跡。

根據(jù)力學(xué)原理，縱跳離地后人體重心的變化軌跡將符合力學(xué)運(yùn)動(dòng)曲線，不論你的肢體之間做怎樣的相對運(yùn)動(dòng)，也無法改變?nèi)梭w重心的運(yùn)動(dòng)曲線。事實(shí)也是如此，縱跳后人體重心的運(yùn)動(dòng)曲線將不可能有滯空現(xiàn)象的存在，所謂的滯空現(xiàn)象是由于人們將注意點(diǎn)放在了人體的上體或者頭的運(yùn)動(dòng)軌跡上了，這才給人以滯空現(xiàn)象的存在，如果將關(guān)注點(diǎn)放在人體的腳部，那么腳的下落速度將比應(yīng)有速度更快。

3 結(jié)論

3.1 人體滯空現(xiàn)象在體育運(yùn)動(dòng)中確實(shí)存在，騰空與滯空兩者之間存在著一定的差異；滯空是指人體的頭部和軀干在最高點(diǎn)處保持一段時(shí)間的現(xiàn)象，而不是指身體重心會(huì)在最高點(diǎn)保持一段時(shí)間；滯空現(xiàn)象并不違背運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)定律。

3.2 運(yùn)動(dòng)員可以通過運(yùn)用各種空中技巧來實(shí)現(xiàn)滯空現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)的途徑有兩個(gè)：通過逆式呼吸和身體姿勢的變化來實(shí)現(xiàn)重心高度的改變，進(jìn)而使重心變化曲線符合力學(xué)運(yùn)動(dòng)曲線；該過程中人體各肌肉的協(xié)調(diào)性發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

3.3 運(yùn)動(dòng)員可以充分利用縱跳時(shí)縱向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律——在接近最高點(diǎn)前后的兩個(gè)階段，時(shí)間比例相對較大且身體縱向移動(dòng)速度較慢——來使滯空現(xiàn)象表現(xiàn)得更為直觀。