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        正單搖跳繩失誤動(dòng)作的生物力學(xué)分析*

        2020-06-17 13:59:36亢建國(guó)趙慶蓉劉宇峰
        體育科技 2020年1期
        關(guān)鍵詞:搖繩發(fā)力跳繩

        亢建國(guó) 趙慶蓉 劉宇峰

        (忻州師范學(xué)院,山西 忻州 034000)

        跳繩運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)集健身、娛樂(lè)、競(jìng)技于一體,內(nèi)容和形式豐富多彩的體育運(yùn)動(dòng)[1]。跳繩運(yùn)動(dòng)受外部條件限制較小,運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)較小,而且膝蓋所受的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然行走時(shí)所受的地面反作用力[2],并且具有良好的健身效果,因此得到了廣大群眾的喜愛(ài)。歐美醫(yī)學(xué)專(zhuān)家稱(chēng)其為“最完美的健康運(yùn)動(dòng)”[3]。自《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》(2007 年)頒布以來(lái),跳繩運(yùn)動(dòng)便一直作為學(xué)生提高身體素質(zhì)的重要方法之一[4]。一分鐘跳繩被列入中考體育的測(cè)試項(xiàng)目。如何減少失誤,成為中學(xué)體育教師和廣大跳繩愛(ài)好者共同關(guān)注的問(wèn)題。本研究運(yùn)用三維運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)對(duì)正單搖跳繩失誤動(dòng)作進(jìn)行分析,以期為跳繩的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練及指導(dǎo)提供參考。

        1 研究對(duì)象與方法

        1.1 研究對(duì)象

        6 名愛(ài)好跳繩的男大學(xué)生。

        1.2 研究方法

        實(shí)驗(yàn)法。對(duì)受試者連續(xù)正單搖跳繩進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)捕捉。選取每名受試者跳繩的失誤動(dòng)作及失誤前連續(xù)穩(wěn)定跳繩10個(gè)周期的部分。

        圖1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)示意圖

        圖2 標(biāo)志點(diǎn)示意圖

        采用Vicon 三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(12 個(gè)攝像頭,采集頻率為400Hz)和美國(guó)AMTI 公司的三維測(cè)力臺(tái)(采集頻率為1200Hz)進(jìn)行拍攝和數(shù)據(jù)的采集(如圖1、圖2)。采用Excel軟件對(duì)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。

        6 名受試者做好熱身準(zhǔn)備后,在記錄員的提示下,依次持繩在三維測(cè)力臺(tái)上按照自己的習(xí)慣速度自然完成連續(xù)正單搖跳繩運(yùn)動(dòng),出現(xiàn)失誤后短暫休息,再重新開(kāi)始。

        如圖3 所示,按照重心高度變化結(jié)合三維測(cè)力臺(tái)受力情況,將跳繩運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期分為三個(gè)階段,即蹬地起跳階段(從重心最低點(diǎn)到離地瞬間)、騰空階段(從離地瞬間到落地瞬間)、落地緩沖階段(從落地瞬間到重心最低點(diǎn))。

        圖3 重心高度和地面反作用力變化曲線圖

        2 結(jié)果與分析

        2.1 重心高度與下肢關(guān)節(jié)角度對(duì)比分析

        在連續(xù)正單搖跳繩的過(guò)程中,重心高度呈現(xiàn)出有規(guī)律性的上下起伏。跳繩1 次失誤周期及其之前成功周期的重心高度變化情況見(jiàn)圖4。在跳繩過(guò)程中,所有受試者的重心高度雖有小幅波動(dòng),但失誤時(shí)的重心高度沒(méi)有明顯規(guī)律性改變。

        圖4 成功周期與失誤周期重心高度變化曲線圖

        由表1 可知,跳繩失誤時(shí),下肢關(guān)節(jié)角度沒(méi)有出現(xiàn)較大的波動(dòng),未超出成功周期的角度變化幅度。

        表 1 下肢關(guān)節(jié)角度變化

        由此看來(lái),有一定基礎(chǔ)的跳繩愛(ài)好者在正單搖跳繩過(guò)程中,不管是重心還是下肢關(guān)節(jié)角度的變化均比較穩(wěn)定。重心高度和下肢關(guān)節(jié)角度變化不是導(dǎo)致跳繩失誤的原因。

        2.2 繩速度分析

        由于跳繩是周期性運(yùn)動(dòng),搖繩也呈規(guī)律性地周期變化。如圖5 所示,在蹬地起跳階段,繩速較快且迅速加快;進(jìn)入騰空階段,繩速呈相對(duì)緩慢下降趨勢(shì),但是會(huì)有小幅度的調(diào)整;落地緩沖階段,繩速快速下降。

        圖5 重心高度、繩速和地面反作用力變化曲線圖

        結(jié)合三維圖像,可以看到蹬地起跳階段繩速增加的起點(diǎn)在頭頂前上方,一直加速到腳離地,而判斷跳繩成功與否的“過(guò)腳”是在騰空階段的繩速下降期。過(guò)腳后,繩速又有小幅度加速,這是為保證跳繩維持連續(xù)運(yùn)動(dòng)以及為下次加速做調(diào)整。落地緩沖期身體重心下降,跳繩正好處于上升期,上肢較難向上發(fā)力,繩速下降是由人體運(yùn)動(dòng)自然規(guī)律決定的。

        由此可見(jiàn),蹬地起跳階段的發(fā)力是搖繩動(dòng)作的核心部分。為了便于描述和研究,本研究將蹬地起跳階段的搖繩動(dòng)作命名為“功能性搖繩”,將跳繩加速區(qū)間的搖繩動(dòng)作命名為“功能性搖繩發(fā)力區(qū)”。為了更好地描述“功能性搖繩”的時(shí)機(jī),將繩上兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的中點(diǎn)和兩腳尖之間中點(diǎn)的連線與過(guò)兩腳尖中點(diǎn)的垂線形成的夾角命名為“功能性搖繩啟動(dòng)角(α)”(見(jiàn)圖6)。

        圖6 功能性搖繩啟動(dòng)角

        2.3 功能性搖繩啟動(dòng)角比較分析

        功能性搖繩啟動(dòng)角的大小反映了功能性搖繩發(fā)力的早晚。該角越大表示發(fā)力越晚,反之,發(fā)力越早。

        如表2 所示,6 名受試者在跳繩失誤前連續(xù)成功的10個(gè)周期內(nèi),均有最適合自己的功能性搖繩啟動(dòng)角范圍,而失誤周期的功能性搖繩啟動(dòng)角均超出了這個(gè)范圍。其中,5 名受試者的失誤周期功能性搖繩啟動(dòng)角比其成功周期的小,這說(shuō)明其功能性搖繩發(fā)力偏早,跳繩加速提前,導(dǎo)致尚未進(jìn)入騰空期,跳繩已到達(dá)腳部位置,造成無(wú)法過(guò)腳而最終失誤。另外一名受試者的失誤周期功能性搖繩啟動(dòng)角比成功周期的大,這說(shuō)明其跳繩加速滯后,導(dǎo)致跳繩還未順利通過(guò)腳底,就進(jìn)入落地緩沖階段而導(dǎo)致最終失誤。由此可見(jiàn),功能性搖繩啟動(dòng)的時(shí)機(jī)是導(dǎo)致跳繩失誤的因素之一。

        表2 跳繩成功周期與失誤周期功能性搖繩啟動(dòng)角角度

        3 結(jié)論

        3.1 在跳繩的蹬地起跳階段繩速逐漸加快;騰空階段繩速逐漸減慢,過(guò)腳后又有小幅度加速和調(diào)整;落地緩沖階段繩速逐漸下降。蹬地起跳階段的加速搖繩(功能性搖繩)是保證跳繩成功的關(guān)鍵。

        3.2 重心高度和下肢關(guān)節(jié)角度的變化均不是導(dǎo)致正單搖跳繩失誤的原因。

        3.3 蹬地起跳階段,功能性搖繩的發(fā)力時(shí)機(jī)是導(dǎo)致正單搖跳繩失誤的因素之一。

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