蹦床選手觸網起跳技術的生物力學研究,運動生物力學論文

蹦床選手觸網起跳技術的生物力學研究,運動生物力學論文蹦床是運發(fā)動在網上借助彈力床的彈力將人體彈向空中，在空中做各種體操動作和翻筋斗的競技運動。蹦床運動在我們國家獲得了飛速的發(fā)展，十分是在北京奧運會上，中國健兒勇奪男女單項金牌。華而不實踩網技術是網上蹦床的重要技術之一。踩網俗稱壓網，運發(fā)動落網后依靠腿部和腳踝向下壓網的氣力，最大限度的讓網產生向下的作用力，進而造成向上的反彈作用。由于蹦床起跳技術(包括著網與起網兩個階段)的優(yōu)劣直接影響整套動作的質量及完成情況，所以，對蹦床運發(fā)動著網起跳動作進行生物力學研究具有重要的現(xiàn)實意義。1、研究方式方法1.1研究對象1)遴選江蘇省蹦床隊網上男子一線優(yōu)秀運發(fā)動7名，平均年齡(211.8)歲;平均身高(1701.8)cm;平均體重(62.31.5)kg，參加本實驗前熟悉實驗步驟和實驗要求。2)國際體操運動標準比賽蹦床彈性網一張，5.2m3.1m1m。1.2測試儀器與設備1)Sony攝像機1臺，采集頻率為50Hz，300萬像素;2)采用德國Novel足底壓力分布測試系統(tǒng)，數(shù)據采集頻率為100Hz;3)flexcomb外表肌電分析系統(tǒng)。1.3實驗方式方法1.3.1網的彈性系數(shù)測量實驗步驟1)將蹦床網分成3個區(qū)，為運發(fā)動常落入的3個區(qū)域(圖1)。2)分別測量3個區(qū)域初始狀態(tài)時，最低點的離地距離。3)進行加載，對3個區(qū)域分別進行加載，加載負荷由0～100kg，每次增加負荷為10kg。1.3.2足底力學與外表肌電的同步測試采用Emed-pedar足底壓力測量采集系統(tǒng)，對左右鞋墊進行調零，受試者開場運動時，開場采集數(shù)據并將攝像機開啟。外表肌電儀的外表電極順著肌纖維的走向依次貼在七塊肌肉(股直肌，脛骨前肌，腓腸肌，腘繩肌，臀大肌，豎脊肌(腰骶部)，腹肌)的肌腹上。把壓力傳感器放入受試者足底部，把角度傳感器放入受試者足背部與皮膚緊貼(足背屈傳感器角度變小，跖屈變大)，最后，將信號處理器機盒固定在運發(fā)動腰部。結合同步的足底壓力和攝影機拍攝的畫面，進行后期剪切，找出不同區(qū)域不同踩網階段的肌電圖以獲得原始分析資料(在選取時應注意采集肌電變化較為穩(wěn)定的幾個周期中的一個作為分析標的)。詳細為找出著網踩網最低、離網、空中最高這些時間點，然后劃分不同階段。1.4實驗控制與數(shù)據處理我們對運發(fā)動的實驗數(shù)據采集均在運發(fā)動在網上預備起跳后的最后立臂跳，也就是做第一個有效動作之前完成，數(shù)據分析采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件包完成，結果均以XS表示。2、結果與分析2.1網的彈性系數(shù)經過測量可知網的彈性系數(shù)不是一個恒定指標，隨著負荷的變化而發(fā)生變化。一區(qū)域的彈性系數(shù)為(40.5567.321)N/cm，趨勢線為:Y=－0.0252X2+2.3357X+28.468進行描繪敘述，R2＝0.8323。二區(qū)域的彈性系數(shù)為(41.4416.803)N/cm，趨勢線為Y=0.0989X2+0.9919X+32.179進行描繪敘述，R2=0.8688。三區(qū)域的彈性系數(shù)為(44.4698.406)N/cm，趨勢線為Y=0.2511X2－0.1008X+35.357進行描繪敘述，R2=0.9711。由計算結果可看出，總體上三個區(qū)域的彈性系數(shù)隨著負荷的增加而增加，比照三個趨勢線，彈性系數(shù)一區(qū)域﹤二區(qū)域﹤三區(qū)域。2.2足底壓力2.2.1足底壓力分區(qū)將足底分為圖2所示的7個區(qū)域，即5個趾骨(Toe1～5)為1區(qū)域，第4和第5跖骨(Meta4～5)為2區(qū)域，第3和第2跖骨(Meta2～3)為3區(qū)域，第1跖骨(Meta1)為4區(qū)域，足弓外側(MidFootLateral)為5區(qū)域，足弓內側(MidFootMedial)為6區(qū)域，足跟(Medial)為7區(qū)域。測得每個區(qū)域的平均力值(MeanForce)、峰值壓強(Peakpressure)以及接觸面積(ContactArea)。2.2.2足底壓力。從著網起跳的壓力分布曲線來看，蹦床運發(fā)動每次跳躍經過構成一個總壓力波峰，而且足底各區(qū)域的壓力峰值幾乎發(fā)生在同一時刻，而非步行或跑步表現(xiàn)出的各區(qū)域壓力峰值有雙波峰的特征(圖3、圖4)。2.2.3足底壓力中心軌跡。由圖5，我們能夠看出，壓力中心主要在足中部，足弓部分過渡到足前掌。曲線較短，講明承受的沖量較大。3個區(qū)域壓力中心軌跡速度沒有明顯差異，著網后單腳的足底壓力中心，由前腳掌向下移動，在全掌著網時刻以6.68m/s速度霎時到達足中區(qū)。隨后以0.14m/s緩慢向下移動，至網最低點時，穩(wěn)定在足弓中部。在起網的經過中，單腳的足底壓力中心以0.49m/s的速度，由足中區(qū)向前腳掌中前部區(qū)域移動，最后在離網的霎時足底壓力中心軌跡消失(表1)。2.2.4足底的力學分析。在整個壓網經過中，觸網時刻最先受力的是Mo2、3、4區(qū)域即跖骨部分，足底Mo3區(qū)域即2、3跖骨受力值均大于Mo2、Mo4區(qū)域，Mo5、6、7區(qū)域受力趨近于0;全掌著網時刻，足底7個區(qū)域力值均迅速增大，Mo7區(qū)域即足跟部分均大于其他各個區(qū)域，Mo5區(qū)域即足弓外側大于Mo6區(qū)域即足弓內側;網最低點時刻，足底各個區(qū)域受力均到達峰值，Mo7區(qū)域即足跟部分均大于其他各個部分，同時Mo5區(qū)域即足弓外側大于Mo6區(qū)域即足弓內側;離網時刻，Mo5、6、7區(qū)域受力幾乎消失，足底受力向前腳掌移動，主要集中在Mo1、2、3、4區(qū)域，Mo1區(qū)域即足趾部分以及Mo3區(qū)域即2、3跖骨部分受力比Mo24區(qū)域大，在離網瞬時足底壓力消失(表2)。比照網的3個區(qū)域，在觸網時刻，足底Mo1區(qū)域即足趾部分，在一區(qū)域的受力明顯大于其他兩個區(qū)域;在全掌著網和網最低點時刻，足底受力在網三個區(qū)域無明顯差異不同;離網時刻，足底Mo1區(qū)域受力出現(xiàn)與觸網時刻相反的趨勢，網三區(qū)域﹥網二區(qū)域﹥網一區(qū)域。2.2.4.1足底的壓強分析。受試者在整個網經過中，峰值壓強在三個區(qū)域的波峰都出先在同一時刻，即著網最低點時刻。觸網時刻，Mo4區(qū)域即第一跖骨峰值壓強均高于其他足底區(qū)域，Mo5、6、7區(qū)域峰值壓強幾乎為0;全掌著網時刻，Mo7區(qū)域即足跟部分迅速出現(xiàn)峰值壓強，大于其他足底區(qū)域(表3)。2.2.5足底的接觸面積分析。觸網時刻，Mo3即第2、3跖骨觸網面積大于其他區(qū)域，足弓及足跟幾乎未觸及網面;全掌著網時刻，足跟與網接觸，接觸面積遠大于其他足底區(qū)域;網最低點時刻，Mo7區(qū)域即足跟部分與網接觸面積無太大差異不同，Mo5區(qū)域即足弓外側與網接觸面積大于其他區(qū)域;離網時刻，足弓及足跟部分與網接觸消失，Mo1區(qū)域即足趾部分接觸面積大于其他各區(qū)。4個時刻中，Mo3和Mo4區(qū)域與網接觸面積變化不大，網最低點時刻各個足底區(qū)域與網接觸面積到達峰值(表4)。比照網的3個區(qū)域，在觸網時刻，足底Mo1區(qū)域即足趾部分在與網一區(qū)域的接觸面積大于其他兩個區(qū)域。離網時刻，接觸面積表現(xiàn)出相反的趨勢，網三區(qū)域﹥網二區(qū)域﹥網一區(qū)域。2.2.6外表肌電分析。2.2.6.1著網起跳經過不同區(qū)域各肌肉的RMS比擬由圖6可知區(qū)域1肌肉RMS普遍高于其他區(qū)域，區(qū)域2高于區(qū)域3，但兩者類似度較高，曲線走向趨勢一樣。2.2.6.2著網起跳經過不同區(qū)域各肌肉的IEMG比擬從圖7能夠看出在2區(qū)域各肌肉的IEMG值普遍較高，高于其他區(qū)域，其次為3區(qū)域，而1區(qū)域的IEMG較小。2.2.6.3著網階段和離網階段的IEMG以1區(qū)域為例能夠看出著網階段各肌肉的IEMG均明顯大于離網階段，華而不實腹肌、股直肌、臀大肌的變化尤其明顯(表5)。3、討論3.1足底壓力中心軌跡由壓力中心軌跡并通過攝像機影片解析可得出，運發(fā)動從空中至觸網時刻，首先有屈髖屈膝動作，肌肉收縮，踝關節(jié)角度逐步變小，準備與網接觸面;在觸網時刻前腳掌先接觸網面，然后霎時過渡到全掌觸網時刻，之后踝關節(jié)角度緩慢變大，伸髖伸膝，壓力中心穩(wěn)定在足弓后部，直至網最低點時刻，此時踝關節(jié)角度到達峰值;起網階段初期，踝關節(jié)角度開場變小，稍微屈髖屈膝，而后踝關節(jié)角度由低點一直增大同時伴隨著伸髖伸膝，受試者蹬伸起網直至離網。受試者在網的三個區(qū)域，足底壓力中心軌跡沒有明顯差異，軌跡速度基本一樣。3.2足底壓力由實驗結果分析可得，網一區(qū)域彈性系數(shù)小于二區(qū)域小于三區(qū)域。由于網一區(qū)域最為軟，所以在觸網時刻，足趾部分能夠與網更好的接觸，接觸面積4.13cm2，受試者在這里區(qū)域能夠愈加充分的發(fā)力，此區(qū)域受力到達6.195N。如表6所示，在網最低點時刻，足弓部分受力與網上正常站立狀態(tài)相比，增加幅度大于其它足底各個區(qū)域，足弓外側增加幅度大于內側，并且受力也大于足弓內側。足弓外側與網接觸面積大于足弓內側。比照網的三個區(qū)域，在越軟的區(qū)域，足弓部分受力越大。在離網時刻，彈性系數(shù)大的區(qū)域足趾部分受力大，到達69.85N。由于網的彈性大，在肌肉收縮蹬伸還不充分時，受試者已經先于其他區(qū)域彈起，滯留在足底的壓力多，足底壓力大。彈性系數(shù)小的區(qū)域，受試者肌肉收縮充分，足底壓力小。3.3不同肌肉在不同區(qū)域的RMS肌肉的RMS大小主要反映了肌纖維募集的有效性和相關肌肉收縮的協(xié)調性，而RMS的變化又取決于肌肉所承載的負荷性大小。因而，不同區(qū)域的RMS的差異主要是由網的軟硬度程度造成的。另外，RMS的差異恰恰反映肌肉能否能協(xié)調順暢活動和運動單位能否能高效募集，一區(qū)域的RMS明顯高于其他區(qū)域，運發(fā)動在該區(qū)域肌肉運轉更協(xié)調順暢募集效率更高層次，這就是為何要盡量進入一區(qū)域踩網蹬伸的原因。3.4不同肌肉在不同區(qū)域的IEMG二區(qū)域各肌肉的IEMG值普遍較高，原因可能是由于在二區(qū)域運發(fā)動肌肉的放電量高但募集效率低于一區(qū)域，肌肉協(xié)調性發(fā)力差，構成了RMS與IEMG在不同區(qū)域的變化不一致。在著網階段各肌肉的股直肌IEMG的數(shù)值普遍高于蹬伸離網階段。有研究表示清楚:隨著肌肉做功下降，IEMG的值也隨之下降。在著網經過中肌肉主要進行緩沖和蓄勢工作，肌肉做功較大;在蹬伸離網階段，是彈性勢能釋放的經過，肌肉本身做功相對較小，因而構成了IEMG的差異現(xiàn)象。4、結論與建議1)網的彈性系數(shù)對足底壓力有一定的影響，在觸網和離網時刻，不同區(qū)域的足趾受力和接觸面積有所不同，但是并不影響足底壓力中心軌跡和速度。在較軟的區(qū)域，足底與網的貼合度更高層次，接觸面積大，受力更大，所以在最柔軟區(qū)域愈加穩(wěn)定，受力最大。2)著網階段，足跟部分對足底力值的奉獻最大，但是足弓部分以及足趾部分力的增加幅度更大，足底所受的合力增加幅度基本是一致的，所以最佳發(fā)力應該是力愈加合理的分配到足底的各個區(qū)域，這樣才能使起跳愈加穩(wěn)定，足底合力更高層次。3)著網最低點足弓部分與網的接觸面積大，并且力的增加幅度最高，因而運發(fā)動應該在訓練比賽時愈加注意足弓部分的保衛(wèi)。4)運發(fā)動在踩網經過中的下肢肌群電活動均較為活潑踴躍，華而不實腓腸肌，脛前肌，電活動明顯高于其他肌肉，是保證起跳動作成功完成的關鍵肌群，在訓練中應注重對這兩塊肌肉的專項訓練。而股直肌，腘繩肌對于動作完成的穩(wěn)定性有重要幫助，應對其加強靜力性訓練。5)對于活動時程較長的肌群，十分是像豎脊肌(腰骶部)活動時程長的肌肉要提高重視加強保衛(wèi)和疲憊恢復，訓練后要及時放松來有效避免或延緩勞損的出現(xiàn)。對脛前肌，腓腸肌應在進入訓練、比賽前進行充分的熱身活動，以免肌肉在著網后蹬伸時拉傷。以下為參考文獻:［1］周繼和，羅炯，李齊茹.我們國家蹦床女子網上單人項目現(xiàn)在狀況及差距分析［J］.西安體育學院學報，2001(2):57－59.［2］羅炯，周繼和，譚進.我們國家蹦床網上女子單人自選動作分析［J］.成都體育學院學報，2002(1):82－85.［3］譚成清，曾子曼，李艷翎.蹦床運動訓練與傷?。跩］.北京體育大學學報，2001，24(3):335－337.［4］李東建.蹦床運動垂直跳的初探［J］.蹦床與技巧，2000(3):3－7.［5］張瑾.蹦床項目運發(fā)動損傷特點以及其防治［M］.蹦床高級教練員崗位培訓班專項課程教學資料，國家體育總局體操運