散打動作技術(shù)的運動生物力學分析

散打動作技術(shù)的運動生物力學分析散打是一項用身體特定部位作為進攻或防守武器的搏擊性運動?？v觀其動作技術(shù)特點，散打中任一技術(shù)動作都是在肩、軀干、腰、髖、膝、裸各關(guān)節(jié)的充分配合下完成的，要求將各關(guān)節(jié)的分力聚集一點作用于目標。散打動作技術(shù)主要有拳法、腿法、摔法。拳法主要包括直拳、擺拳、勾拳、劈拳、扣拳、鞭拳、彈拳七種，是以直、擺、勾、為主體；腿法主要有前蹬腿、側(cè)踹退、橫鞭腿、后擺腿、下劈腿、掃腿六種，是以前蹬腿、鞭腿、側(cè)踹腿為主體；散打中的摔法主要有夾摔、抱纏摔、接腿摔、等三種1I。拳法的特點在于進攻路線短、沖力大、速度快、發(fā)力狠、動作突然、防不慎防、躲避困難、而且易于應(yīng)用身體的力量。腿法的特點進攻路線長、打擊力大、是遠距離進攻最有效的武器。摔法的特點是速度快、發(fā)力突然，是貼身搏擊的銳利武器。1 對散打動作技術(shù)肌群工作特征分析肌肉是人體運動的發(fā)動機，是產(chǎn)生力的器官。散打動作技術(shù)的肌群力學特征主要通過參與工作的肌肉作用類型、肌肉功率、肌肉功、肌肉的發(fā)力順序四方面表現(xiàn)出來。11 參與工作的肌群及其特點散打中的每一動作技術(shù)都是全身性的運動，都要求身體各部位的肌群協(xié)調(diào)、充分的配合使機體能量經(jīng)濟化和動作效果最優(yōu)化。從體育解刨學的角度上講，其動作設(shè)計與人體的上肢、軀干、和下肢等關(guān)節(jié)的肌肉的工作特征緊密相連。下面以散打中最常用的右手摜拳為例、對參與摜拳動作關(guān)節(jié)的運動及肌肉工作的特點進行分析：右手摜拳的動作要求右腿輕微下潛繼而快速蹬地并向內(nèi)扣，髖關(guān)節(jié)伸展內(nèi)旋，軀干向左回旋，同時肩胛骨前伸，肩關(guān)節(jié)前屈，肘關(guān)節(jié)伸的同時伴隨前臂內(nèi)旋，右拳向外、向前、向里橫摜，力達拳面。做摜拳動作時，右腿輕微下潛右后快速蹬地并向內(nèi)扣動作是由髁關(guān)和膝關(guān)節(jié)完成，參與的肌群為小腿三頭肌、脛骨后肌、股四頭肌等，是肌肉在近固定時做超等長收縮完成的。髖關(guān)節(jié)伸展內(nèi)旋動作主要是臀大肌、大收肌、股二頭肌、半肌腱和半膜肌、臀中肌和臀小肌前部及闊筋膜張肌等肌群在近固定時做向心工作完成的。軀干左回旋動作是由左側(cè)腹內(nèi)斜肌和右側(cè)腹外斜肌在下固定時做向心工作完成。在手臂擺動過程中，上肢帶的肩胛骨做前伸運動，主要是由前鋸肌和胸小肌在近固定時做離心工作完成的；肩關(guān)節(jié)前屈主要是由胸大肌、三角肌前部肌纖維做等長工作完成；肘關(guān)節(jié)伸的同時伴隨前臂內(nèi)旋動作，肘關(guān)節(jié)伸主要是由肱三頭肌和肘肌在近固定時做向心工作完成的；前臂內(nèi)旋是旋前原肌、旋前方肌在近固定時做向心工作完成。由以上分析得知，各關(guān)節(jié)肌肉的收縮形式有離心收縮、超等長收縮、等長收縮等收縮形式。在各種收縮形式中，產(chǎn)生肌力的大小順序為：超等長收縮離心收縮等長收縮向心收縮日。顯而易見。超等長收縮產(chǎn)生的肌力最大。之所以這種收縮能產(chǎn)生更大的力量是由于肌肉彈性體產(chǎn)生的張力變化和肌牽張反射。從運動生物力學的角度說，人體肌肉包括肌腱是一種黏彈性物質(zhì)，其在收到迅速牽拉伸長時，能夠產(chǎn)生強大的彈性回縮力，黏性物質(zhì)如果緩慢被拉伸，或者拉伸后在停頓一段時間就會出現(xiàn)松弛現(xiàn)象，其彈性回縮力就會大大降低。所以在散打動作中，盡可能的使肌肉做超等長收縮，使其產(chǎn)生更大的肌力。如在直拳、摜拳、勾拳時，在啟動階段使蹬地腿有意識的小幅度下潛或身體小幅度的轉(zhuǎn)動使肌肉先做離心收縮，繼而快速蹬地、轉(zhuǎn)髖、送肩使肌肉做向心收縮，從而增大肌力。在做鞭腿動作時同樣使進攻腿下潛，繼而快速蹬地，肌肉做超等長收縮，使進攻腿產(chǎn)生了更大的肌力，通過發(fā)作用力于地面，從而增加了進攻腿的啟動速度。但應(yīng)注意腿的下潛動作及蹬地發(fā)力到動作完成整個過程是快速、連貫一致的，否則會出現(xiàn)肌肉的松弛現(xiàn)象。12 肌肉工作的功率分析散打中進攻腿或拳對目標擊打效果的優(yōu)劣往往取決于完成動作過程中肌肉功率的大小。肌肉的功率(P)等于肌肉收縮力(T)與肌肉收縮速度( )的乘積，即P：w ： ：T旦：Tt t t 肌肉的功率值由該r_v曲線圖可以得到，肌力隨著肌肉收縮速度的減小而逐漸增大，當肌肉收縮的速度減慢至零時，肌力最大。在圖1上每一點的功率等于以該點和坐標原點為兩對角頂點的矩形面積，由圖知肌肉的功率存在一個最大值，當肌肉收縮速度達到v。時肌肉的收縮速度與肌力的乘積最大，即爆發(fā)力P=TV最大，所以散打拳法和腿法技術(shù)中要想發(fā)揮出最大爆發(fā)力必須擁有適宜的力量和速度。事實上，有學者已研究表明，肌肉功率的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還有另外一個很重要的因素肌力的梯度 。在肌肉功率計算公式中，肌肉力量T是一個變量，如果力T是受力點位置的函數(shù)T(r)。但是，如果力T是時間的函數(shù)T(t)時，那么上面的功率計算公式就變?yōu)镻= = =T (1) dS+ v+ _s_mdt dt dt dt dtd St 由上式可以看出， 即力T隨時間t的變化率，稱為肌肉梯度，對肌肉的功率也有重要的貢獻。所以在散打動作中要求運動員在極短的時間內(nèi)發(fā)揮出最大力，使得 的值增大，從而增大爆發(fā)力。有資料顯示人體爆發(fā)力達到最大所用的時間約為300400ms，而散打運動員完成某一擊打動作時間也在1 80600ms之間，已有學者對超級散打王柳海龍和散打王寶力高的后鞭腿動作進行研究，結(jié)果得出柳海龍完成這一動作需要330ms，寶力高完成該動作需要310msis；也有學者對散打健將運動員和一級運動員優(yōu)劣勢側(cè)踹腿達到最大力量所用的時間進行對比研究，得出健將級運動員優(yōu)勢側(cè)踹腿達到最大力量所需時間平均為184162ms，弱勢側(cè)踹腿為1653 4-124ms，一級運動員優(yōu)勢側(cè)踹腿到達最大力量所需時間平均為1950 4-12Oms，弱勢為189-3102ms ，由以上研究表明散打擊打動作技術(shù)在理論上基本能達到發(fā)揮最大功率所需要的峰值。這就要求我們在平時的散打訓練中，盡量以發(fā)展運動員的肌肉功率為主，在短時間內(nèi)使運動員的擊打力量和動作速度最大化。另外，有研究表明爆發(fā)力的大小與主動肌的收縮快慢和對抗肌的放松程度有很大關(guān)系171。主動肌的主動收縮能加快動作的速度，相反，對抗肌的收縮則起著阻礙動作速度的作用。肌肉放松可以減小肌肉之間的對抗，提高動作的速度。當主動肌群收縮的同時，適時地放松對抗肌群，能減少對抗肌的阻力，增大主動肌群的收縮速度和力量，使動作變得更快、打擊更有力，從而有效的增加了肌肉的功率。綜上所述，我們在平時的散打擊打訓練中，不僅要在短時間內(nèi)完成動作外，還應(yīng)在擊打過程中使肢體和相應(yīng)關(guān)節(jié)的肌肉放松，直到擊打肢體剛接觸目標的瞬間增加關(guān)節(jié)的肌肉力量，使肌1m 、肉梯度 增大，從而發(fā)揮出最大功率，使打擊效果最優(yōu)化。13 肌肉工作的肌肉功分析肌力的系統(tǒng)是在肌肉力影響下由關(guān)節(jié)連接的骨組成的，一個擊打動作的所表現(xiàn)出的速度意味著加速度、力、肌肉收縮。我們知道較大的力能產(chǎn)生較大的加速度，而較大的肌肉收縮產(chǎn)生較大的力，但是，較大的肌肉力是位于近身體中心的，而在散打運動中我們希望建立在攻擊的手和腳上的速度，所以問題是如何諧調(diào)肌肉來順序的運動發(fā)力。所以，在擊打動作中只慮肌肉力是無法達到目的，因為從許多串聯(lián)的肌肉中獲得的瞬時力總和其意義不大。只有考慮擊打過程中的整個肌肉功才是更有用的，因為它們直接與系統(tǒng)的動能變化緊密相連。基本原理是肌肉功等于肌肉力乘以肌肉縮短的距離，這種功改變了系統(tǒng)的動能。這種情況下，改變的是身體環(huán)節(jié)的速度或角速度，因此我們的Et的要協(xié)調(diào)肌肉收縮，使功最大化，從而使最遠端環(huán)節(jié)的末端效應(yīng)器的最大速度。由希爾方程知，肌肉的收縮力隨著肌肉收縮速度的增加而減小，收縮速度為0時，肌力最大。這意味著在相鄰環(huán)節(jié)之間的相對運動應(yīng)該在角速度為0時開始，既在此時開始激活肌肉，肌肉一開始激活就有力使一個環(huán)節(jié)相對于它的臨近環(huán)節(jié)加速，在肌肉激活到最大之前跟著發(fā)生運動，節(jié)節(jié)加速傳遞，從而使末端擊打動能最大化。所以散打運動在完成擊打動作時要求上下肢、腰、髖、軀干協(xié)調(diào)配合，通過蹬地、轉(zhuǎn)髖，合腰將進攻腿或拳作用于擊打部位，原因是通過髖關(guān)節(jié)和軀干的轉(zhuǎn)動所做的功可以使拳或腳的速度最大化 ，許多短的肌肉產(chǎn)生相鄰椎骨之間的轉(zhuǎn)動，這些肌肉只能縮短很小的量。但是他們的巨大數(shù)量可以做大量的功，許多淺層的軀干肌跨過一個以上的椎間關(guān)節(jié)，因為他們離開椎骨轉(zhuǎn)動軸有一段距離，加上它們同樣可以縮短相當大的量，所以它們可以產(chǎn)生相當大的力矩，髖關(guān)節(jié)相對于腳的轉(zhuǎn)動可以發(fā)展力矩和角位移。所有這些動作都可以產(chǎn)生肌肉功并可傳遞到肩帶，作為動能表現(xiàn)出來。肌肉功原理就要求我們在進行擊打動作訓練及實戰(zhàn)中充分利用蹬地、轉(zhuǎn)髖、合腰的力，使肌肉充分做有用功，使得末端擊打部位的動能最大化。在散打教學訓練中注重腿部、髖部、腰部的力量練習。14肌肉工作的順序原則人體四肢由近端至遠端，各關(guān)節(jié)所配備的肌肉由強變?nèi)?，運動中當需要克服大阻力或需要表現(xiàn)出較高的動作速度時，肢體各關(guān)節(jié)的肌肉雖然都同時用力，但各關(guān)節(jié)產(chǎn)生的力不同，大關(guān)節(jié)產(chǎn)生的力最大，中關(guān)節(jié)次之，小關(guān)節(jié)最小。對于肌肉工作順序原理問題，我國學者早有研究，有學者對跆拳道橫踢動作研究時得出后橫踢肌肉的發(fā)力順序首先是髂腰肌、股直肌、縫匠肌、闊筋膜張肌完成主動收縮，在完成屈髖動作的同時，臀中肌，臀小肌完成右大腿的旋內(nèi)動作，其次，股四頭肌收縮完成伸膝動作的同時在小腿三頭肌的作用下完成裸關(guān)節(jié)的伸屈動作 ；有研究表明鞭腿打擊動作的活動順序為髖關(guān)節(jié)一膝關(guān)節(jié)一髖關(guān)節(jié)一膝關(guān)節(jié)一踝關(guān)節(jié)。充分說明了關(guān)節(jié)活動順序由大關(guān)節(jié)到小關(guān)節(jié)的原理。因此，在散打動作中，要增加出拳或踢腿的速度和力量就必須的利用肌肉大小關(guān)節(jié)發(fā)力的順序，主動加強大關(guān)節(jié)用力，再帶動中關(guān)節(jié)運動，最后帶動小關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)運動。2 散打動作技術(shù)特征的力學分析散打進攻時打擊力量的大小、方向以及擊打點是評價動作效果好壞的較為重要的生物力學依據(jù)之一。下面我們從力學原理方面進行分析。在散打動作中拳法和腿法屬于進攻動作，主要以擊打有效部位為主，可稱為擊打眭動作。對于擊打性動作技術(shù)，應(yīng)用動量定理：F。= d(mv)=誓咖， 在時間t_tO時間段內(nèi)，擊打肢體接觸目標的初始動量分別為P和P。，于是可得擊打肢體接觸目標時在時間tto內(nèi)所受的總沖量的大小為II=f( Fi)dr=I dp=pPo上式表明：在擊打過程中，擊打肢體接觸擊打目標的時間內(nèi)，其動量的改變量等于這段時間內(nèi)作用于擊打目標合力的沖量，所以要增大擊打肢體對目標的擊打合力的沖量，就得增加擊打肢體接觸目標時間段內(nèi)的動量改變量。上式為用沖量表述的擊打肢體動量定理的積分形式，在擊打肢體擊打目標的過程中，沖量是隨時間變化的，因而合力的沖量等于各分力的沖量之和，而每一個分力的沖量都可以表示為平均力與時間的乘積，因此上式可表示為： (tt0)：pP。=iVmy (v為擊打肢體離開擊打目標的速度，v。為擊打肢體接觸擊打目標的速度，其中p=mv)，于是得知 =m( v-vo一)，一Io規(guī)定擊打肢體離開擊打目標的速度方向為正方向，于是可知v為正值，VO為擊打肢體剛接觸擊打目標時的速度，由于與離開目標時的速度方向相反，因此v0為負值，既上式可表示為：二 m(v+vo)。tt0 tt0上式表明：要增加擊打肢體對擊打目標的平均力度，就得增加肢體的質(zhì)量和打擊速度，肢體的質(zhì)量隨著運動狀態(tài)的變化而發(fā)生相應(yīng)變化，不易于控制，并且產(chǎn)生的效果并不大，因此最有效的方法是增大v。和v，減小卜to，既盡量的增加擊打肢體剛接觸和離開擊打目標的速度，縮短擊打肢體和擊打目標之間接觸的時間。對于v和t，我們可以使在擊打肢體接觸擊打目標時決出快收，以縮短擊打肢體和擊打目標接觸的時間t，增加擊打肢體離開擊打目標的速度v，但如何增大擊打肢體剛接觸擊打目標的速度Vo，這是值得我們探討的問題。在散打擊打動作中，大多數(shù)動作實質(zhì)上是繞相應(yīng)軸的轉(zhuǎn)動，如以鞭腿為例，由角速度與線速度的關(guān)系v=r2知，只要提高腿轉(zhuǎn)動的角速度m ，就可以增大腳接觸目標的速度v。由轉(zhuǎn)動定律M=Id得知，轉(zhuǎn)動體繞固定軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)動慣量(I)與角加速度( )之積等于轉(zhuǎn)動體所受的合外力矩(M )。因此要提高鞭腿進攻的角加速度，增加角速度，就必須增大肌力矩M，縮小轉(zhuǎn)動慣量I。所以在腳剛接觸擊打目標時應(yīng)加強各肌肉關(guān)節(jié)的用力，增大肌力矩，并在不同的動作階段合理的應(yīng)用進攻腿的屈與伸，改變轉(zhuǎn)動慣量的大小，才能提高角速度，才能真正實現(xiàn)提高進攻效果的目的。另外，由動量矩定理Mt=I 2-1，得知當動量矩的大小一定時，轉(zhuǎn)動體所受的沖量矩Mt在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)動慣量(I)與轉(zhuǎn)動速度( )之積的改變量。從動量矩定理可以看出，在肌力矩一定時，肢體在某一時刻以不同的姿勢轉(zhuǎn)動時，其擊打效果顯然是不同的。也就是說，進攻腿從蹬地動作開始到擊打動作結(jié)束，大腿相對髖關(guān)節(jié)從加速彎曲過渡到快速制動過程中，小腿如何折疊，有如何伸展，對進攻腿的動量矩變化