輪滑雙蹬技術外刃蹬地動作的加速度情況分析

1、輪滑雙蹬技術外刃蹬地動作的加速度情況分析輪滑雙蹬技術外刃蹬地動作的加速度情況分析劉鋒 1，關汝華2（1.吉林大學體育學院，吉林長春130012；2.吉林大學數(shù)學院，吉林長春130012）摘要探究輪滑運動雙蹬技術的外刃蹬地動作是否在前進方向產(chǎn)生了加速度，運用數(shù)理演繹方法進行分析。結果：外刃蹬地動作在水平方向上只能產(chǎn)生一個不大的側向力，當右腳外刃蹬地動作的滑行軌跡處于以運動員總運動方向為y軸的直角坐標系的第II象限、或左腳外刃蹬地動作的滑行軌跡處于同一直角坐標系第I象限時這個側向力指向運動員總運動方向的側后方，產(chǎn)生的加速度與總運動方向呈負值。結論：雙蹬技術外刃蹬地動作在水平方向上只能產(chǎn)生一個不大的

2、、與總運動方向相反的加速度。關鍵詞雙蹬技術；支撐腿；外刃蹬地；傾斜；速度；加速度；方向輪滑運動的雙蹬技術自出現(xiàn)以來在輪滑運動教練員、運動員中備受推崇，在專業(yè)體育期刊和書籍中也有大量運用運動力學分析、評論的文章，一致認為雙蹬技術“將傳統(tǒng)技術中減速的自由滑進階段改變?yōu)橐淮卫幂喭庋氐牡诺兀粋€單步中增加了一次積極的加速階段。”1-4但我們從人體內力必須作用在外界支撐點上才能起作用的基本原理出發(fā)6-53（我們說：在輪滑運動中不論人體內力多么復雜，它最后必須作用在地面上才能產(chǎn)生支撐反作用力；不論怎么蓄動能、勢能，它都是人體肌肉力作用的結果，不會人體內力沒有做功，這人就運動起來了，并且蓄了動能、勢能。）

3、，根據(jù)輪滑運動蹬地方向與支撐腿（慣性滑進）滑行方向相垂直的特點，運用最基本的運動力學知識分析雙蹬技術外刃蹬地時支撐腿與地面相互作用力的關系，認為外刃蹬地動作是否在前進方向產(chǎn)生了加速度還值得商榷。attach137395/attach圖1 輪滑直道前滑運動力學基本原理圖1. 輪滑運動正確的蹬地方向與支撐腿滑行方向相垂直輪滑運動最基本的技術是支撐腿向側蹬地，正確的動作是蹬地方向與支撐腿（慣性滑進）滑行方向相垂直，這是由輪滑鞋的幾何形狀特點不便向后蹬地和向前滑行速度大于支撐腿蹬伸速度決定的1。運動力學原理是由支撐腿蹬地的支撐反作用力使身體重心產(chǎn)生向側移動的加速度后在某一時刻的速度與慣性滑進方向的速度

4、合成一個新的速度，并把身體重心推到新的支撐腿上，沿著新的速度方向前進（見圖1）。傳統(tǒng)的直道滑行是這樣，彎道交叉步滑行是這樣，雙蹬技術也不能違背這個基本原理。根據(jù)運動的合成與分解的平行四邊形定則：attach137399/attach2. 外刃蹬地動作的支撐反作用力符合曲線運動的向心力的特征雙蹬技術的支撐腿向外傾斜向側蹬地動作（簡稱外刃蹬地）的支撐反作用力方向與支撐腿的慣性滑行方向相垂直，身體重心受到了向側的加速度，作用一定時間后，身體重心向側運動的速度理應不為零，并沿著合速度方向前進。但當外刃支撐向側蹬地結束后，也就是所受外力消失以后，身體重心并沒有根據(jù)慣性定律保持原來的運動狀態(tài)遠離支撐點繼續(xù)

5、向外側運動下去，沒有交換支撐腿、把身體重心推到新的支撐腿上，沿著合速度方向前進。而是進入外刃支撐轉變平刃支撐過程，身體重心回到了原支撐腿上、由原支撐腿繼續(xù)支撐身體重心進入直線滑進階段。所以，從支撐腿開始向外側傾斜到由向側外傾斜轉變?yōu)榇怪边@段時間里，以支撐腳為參考系，身體重心在支撐反作用力水平分力方向上位移為零，向側的速度為零，不適用運動的合成與分解的平行四邊形定則。因此，這個側向力符合曲線運動的向心力的特征5，運動員在切線方向上不受力，沒有加速度，速度大小沒有改變，只是改變了速度的方向。外刃蹬地時的滑行軌跡是一段曲線。如果沒有交換支撐腳，相同道理，內刃蹬地時的滑行軌跡也是一段曲線。3. 兩腿交

6、替支撐在地面滑行軌跡的夾角輪滑運動直道前滑的總運動方向是左、右兩腿交替支撐滑行的合運動方向。根據(jù)輪滑運動的基本運動力學原理，支撐反作用力推動身體重心向側移動，左右兩腿交替支撐滑行時身體重心的移動軌跡是圍繞總運動方向y軸左右S形曲線往復穿行，兩腿交替支撐在地面滑行軌跡與總運動方向夾角越大、直線性越差、效率越低（見圖2）。圖2 雙蹬技術外刃蹬地動作受力分析圖可近似地計算水平面上滑行軌跡與總運動方向的夾角。以向側蹬地時間t=1 s為例，假設運動員慣性滑行速度n=10 m/s，質量m=50 kg，支撐反作用力F=490 N，勻加速，空氣阻力、地面摩擦阻力、軸承摩擦阻力忽略，內刃蹬地時支撐腿向側傾斜與地

7、面夾角g=50°，根據(jù)公式水平分力：attach137400/attach (2) 產(chǎn)生側向水平加速度:attach137401/attach(3)1 s時身體重心側向移動速度：attach137402/attach(4)因為輪滑運動蹬地動作的方向與支撐腿滑行方向相垂直，根據(jù)運動的合成與分解的平行四邊形定則，1 s時合速度：attach137403/attach合速度與原慣性滑進方向的速度夾角： attach137404/attach假設外刃蹬地時支撐腿向側傾斜與地面夾角q=70°，根據(jù)公式水平分力attach137405/attach產(chǎn)生側向水平加速度：attach137

8、406/attach1 s時身體重心側向移動速度：attach137407/attach1 s時合速度：attach137408/attach合速度與原慣性滑進方向的速度夾角：attach137409/attach運動員用傳統(tǒng)技術的滑行軌跡與總運動方向夾角： Da/2=32°/2=16°運動員用雙蹬技術滑行的軌跡與總運動方向夾角：（Da+Db）/2=（32°+18°）/2=25°但是，因為外刃支撐向側蹬地后并沒有交換支撐腿、把身體重心推到新的支撐腿上，沿著合速度方向前進，而是進入外刃支撐轉變平刃支撐過程。所以還是在慣性滑進方向的速度和向心力（產(chǎn)

9、生的向心加速度）的作用下，沿著切線方向前進。以支撐時間t=1 s為例，假設運動員慣性滑行速度n=10 m/s，質量m=50 kg，支撐反作用力F=490 N，外刃蹬地時支撐腿向側傾斜與地面夾角q=70°，根據(jù)曲線運動向心力公式：attach137410/attachattach137411/attach角速度公式：attach137412/attach雙蹬技術外刃蹬地時運動員將在半徑29.8 m的曲線上以線速度10 m/s、角速度0.336 rad/s向前外側偏離前進方向轉彎滑去。根據(jù)角速度公式：attach137413/attach可見外刃蹬地時支撐腿向外傾斜程度越大、支撐反作用力

10、越大角速度越大，直線性越差、前進效率越低。4外刃蹬地時支撐腿不可能向外傾斜很大雙蹬技術外刃蹬地時支撐腿向側傾斜程度不可能很大。單腿支撐、向外側傾斜，表面上看身體重心的投影點似乎移出了支撐面，但僅僅通過人體內力改變身體姿態(tài)就可使重心回到支撐面上方6，一定是身體重心沒有離開支撐面就在支撐面之內，實際上是利用了人體平衡的特點中的當人體重心發(fā)生偏移有失去平衡的傾向時，人體能借助于補償動作在一定范圍內通過改變身體姿態(tài)改變局部重心位置，可以使人體總重心的位置仍在支撐面內的道理6。假設外刃蹬地時支撐腿向側傾斜程度比較大、動態(tài)支撐反作用力也比較大，就會使身體重心獲得較大的水平方向加速度，如果沒有其它的外力作用

11、，根據(jù)慣性定律會遠離支撐點繼續(xù)運動下去，不會向相反方向擺回到支撐面之內。如果沒有交換支撐腿、沒有第二個支撐點，當線速度明顯下降時就會向傾斜方向摔倒。而要使身體重心回到支撐面之內就需要一個（支撐點在身體重心投影點右外側的）方向相反的力，產(chǎn)生反方向的加速度來克服慣性，使身體重心向外側運動的速度減小、消失，并向反方向再加速，這是需要較大的力和較多的時間的。以右腳為參考系，從右腳外刃蹬地身體重心向外側運動開始到返回支撐點上方所做的功：attach137414/attach5. 外刃蹬地動作在水平方向上做功的效率很低根據(jù)前面的推論，運動員外刃蹬地時支撐腿向側傾斜程度不大。假設運動員內刃蹬地時支撐腿最大傾

12、斜程度可以達到與地面夾角g=50°，外刃蹬地時支撐腿最大傾斜程度可以達到與地面夾角q=70°，質量m=50 kg，支撐反作用力F=490 N，內刃蹬地時的側向水平加速度6.30 m/s2，外刃蹬地時的側向水平加速度3.35 m/s2。外刃蹬地時的側向水平加速度是內刃蹬地時的53%，運動員做同樣的功，外刃蹬地產(chǎn)生側向水平加速度的效率僅是內刃蹬地時的53%。輪滑運動雙蹬技術外刃蹬地做功中有用功效率可以用三角函數(shù)值表示h= cosq。6. 外刃蹬地時的動力性支撐力不可能很大假設運動員外刃蹬地時支撐腿向側傾斜與地面夾角q=70°，支撐反作用力的豎直向上分力根據(jù)公式F豎=F

13、sinq，三角函數(shù)值大約是0.94。如果支撐反作用力很大會產(chǎn)生較大的加速度，當F豎/m>g的時候會使運動員跳起來，支撐腿跳離地面。雙蹬技術的外刃蹬地動作從外刃開始支撐到結束到轉變成內刃支撐，支撐腳沒有離開地面，說明支撐反作用力產(chǎn)生的加速度不大。所以，外刃蹬地雖然是動力性工作，但因加速度不大，還是更趨近于靜力性工作。7. 外刃蹬地時的支撐反作用力指向總運動方向的側后方假設右腳外刃蹬地滑行的軌跡是圓上的一段弧，把圓放入笛卡爾直角坐標系中，以圓心為坐標原點，以直道前滑總運動方向為y軸，過圓心橫線為x軸，只有軌跡處于第III象限時慣性滑進方向的速度有指向y軸正值的分速度，同時支撐反作用力有指向y

14、軸正值的分力、可以在總運動方向上產(chǎn)生加速度（見圖3）。但右腳外刃蹬地滑行的軌跡處于第III象限的前提是左腳內刃蹬地時的支撐反作用力產(chǎn)生的速度與慣性滑進方向的速度的合速度指向左前方，即指向y軸正值、x軸負值，這將導致左腳內刃蹬地時慣性滑進方向（的速度方向）嚴重偏離總運動方向y軸，前進效率大大降低。圖3 假設右腳外刃蹬地滑行軌跡圖右腳外刃蹬地時的滑行軌跡實際上是處于直角坐標系的第II象限里。因為直道前滑左腳內刃蹬地時慣性滑進方向(的速度的方向)是指向左前方的，在擺動腿著地時刀尖方向應與支撐腿向側蹬地的支撐反作用力產(chǎn)生的速度和慣性滑進方向的速度的合速度方向平行的前提下，只要左腳內刃蹬地時的合速度方向

15、是指向右前方的時候，即指向y軸正值、x軸正值，根據(jù)圖2，右腳外刃蹬地時的滑行軌跡就是在直角坐標系的第II象限里，右腳外刃蹬地時的支撐反作用力方向就是指向總運動方向的側后方的。將右腳外刃蹬地時的支撐反作用力在水平面上分解成與總運動方向y軸平行的力和垂直的力，與總運動方向y軸平行的力產(chǎn)生的加速度為負值。同理，左腳外刃蹬地時的滑行軌跡處于直角坐標系的第I象限里時支撐反作用力與總運動方向y軸平行的分力產(chǎn)生的加速度為負值。8. 結論輪滑運動雙蹬技術的外刃蹬地動作只能在水平方向上產(chǎn)生一個不大的、與總運動方向相反的加速度。 參考文獻：1 于立強，孫維民，王煥. 輪滑教育M. 長春： 吉林科學技術出版社，2008：46，32，38，49.2 孫顯墀，孫一. 對速度輪滑直道雙蹬技術的探討J. 冰雪運動，2006（6）：29-31. 3 常莉彬. 對速度輪滑雙蹬技術結構