健美操轉(zhuǎn)體180°直體屈曲成俯撐動作的生物力學(xué)分析,運動生物力學(xué)論文

健美操轉(zhuǎn)體180°直體屈曲成俯撐動作的生物力學(xué)分析,運動生物力學(xué)論文難度動作的編排和完成情況是影響競技健美操水平的重要因素。國際體聯(lián)FIG,2001-2004年〔2003年版〕難度評分規(guī)則有4組342個難度動作。其中C組跳躍類難度動作185個，占54.09%,且有不斷遞增之勢。這足以表示清楚C組難度動作的完成情況對整套動作的評定具有至關(guān)重要的作用。世界競技健美操諸強(qiáng)的套路編排中也以大量高分值的C組難度動作的編排作為得分利器。筆者從運動生物力學(xué)的研究角度切入，運用有關(guān)運動學(xué)理論對競技健美操C組難度中0.6分值的轉(zhuǎn)體180直體屈曲成俯撐〔C546〕難度動作進(jìn)行研究與分析，對該動作的力學(xué)基礎(chǔ)理論進(jìn)行綜合分析，希望能給廣大健美操工作者以幫助。1研究對象與方式方法1.1研究對象以武漢體育學(xué)院健美操隊三名不同運動等級的男性運發(fā)動為測試對象，基本情況見表1.【1】1.2研究方式方法利用兩臺日產(chǎn)松下NV-MD9000攝像機(jī)采用定點、定焦、定距的方式進(jìn)行同步〔外同步〕拍攝，曝光時間為1/500s,頻率為50f/s;采用美國ARIEL三維圖像解析系統(tǒng)對運發(fā)動的技術(shù)動作進(jìn)行解析。2結(jié)果與分析2.1三名運發(fā)動身體重心速度特征分析李智在X方向上的速度最大為1.739m/s;嚴(yán)躍輝在Y方向上的速度最大為0.782m/s;劉號在身體下降觸地時最大速度為3.397m/s.從圖1曲線可見，三名被試對象在助跑起跳階段水平運動速度均呈快速上升波形。這是由于C546難度動作要求運發(fā)動一步助跑的原因。嚴(yán)躍輝在一步蹬伸時，身體重心隨即在垂直方向完成起跳，而另外兩名運發(fā)動則有一個向前、向上運動的經(jīng)過。身體重心速度在Y軸左右方向上的特征，直觀反映了運發(fā)動在完成前進(jìn)式轉(zhuǎn)體類動作時，肢體平衡控制能力的強(qiáng)弱。三名測試對象在助跑、蹬伸經(jīng)過中，均保持了良好的平衡性，即沒有出現(xiàn)幅度過大的左右晃動現(xiàn)象。李智最大的Y軸重心速度0.717m/s出如今1.420s處，為轉(zhuǎn)體階段；嚴(yán)躍輝也于轉(zhuǎn)體階段出現(xiàn)了最大Y軸重心速度0.782m/s;而劉號則在2.0s時，出現(xiàn)0.938m/s的Y軸重心速度。華而不實劉號在轉(zhuǎn)體接臥撐時，身體左右移動幅度較大〔見圖2〕.身體重心速度位于Z軸垂直方向的變化情況是反映該難度動作騰空高度、質(zhì)量好壞、觀賞性怎樣的直接評價標(biāo)準(zhǔn)。踏跳階段，李智、嚴(yán)躍輝重心速度呈加速上升經(jīng)過，嚴(yán)躍輝到達(dá)2.144m/s,大于李智的1.896m/s;而劉號的起跳準(zhǔn)備時間過長，其速度只要1.621m/s,是影響其蹬伸垂直速度的因素之一。嚴(yán)躍輝在蹬伸轉(zhuǎn)體經(jīng)過中重心速率最快，與其身高較高有一定的關(guān)系。在起跳高度相差不大的前提下，需要提高轉(zhuǎn)體速率，來減少完成動作所要消耗的時間。這也符合運動生物力學(xué)中增大轉(zhuǎn)動速度進(jìn)而來減少轉(zhuǎn)動慣量的相關(guān)理論。2.2三名運發(fā)動身體重心位移特征分析李智、嚴(yán)躍輝、劉號三人在完成該動作經(jīng)過中，身體在Y〔左右〕方向的位移偏轉(zhuǎn)幅度均較小。在X〔水平〕方向上，李智重心位移運動了0.696m;嚴(yán)躍輝重心位移運動了0.809m;劉號則為0.771m.C546難度動作決定了運發(fā)動在保持水平方向運動的同時，其左右方向不產(chǎn)生較大的運動幅度，而在垂直方向，由于伴隨助跑起跳與蹬伸騰空會出現(xiàn)重心垂直位移現(xiàn)象。Y軸方向上，李智的身體平衡控制力最突出，由其曲線的近似水平，即反映其身體空中姿態(tài)較好，未出現(xiàn)左右晃動現(xiàn)象；嚴(yán)躍輝、劉號則在動作結(jié)束時，身體出現(xiàn)左右方向上的位移移動，華而不實劉號最為明顯。這與以上所述的Y軸重心速度變化也是呈對應(yīng)關(guān)系的。由于此時肌肉做退步忍讓性工作來更好地使拉長的肌肉進(jìn)行后繼性收縮，將彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，進(jìn)而產(chǎn)生控制肢體穩(wěn)定的必要能量。這些來自于腰背等核心肌群的收縮。遞增的雙波峰圖形反映了運發(fā)動在Z軸方向上兩次起跳中重心垂直位移的變化情況。在助跑起跳時刻，李智、嚴(yán)躍輝的起跳高度相差不大，基本到達(dá)0.8m;而當(dāng)?shù)诙蔚派炱鹛鴷r，李智的重心則到達(dá)最高為1.048m,其余二者均低于此高度。華而不實劉號的兩次起跳高度均低于前兩名運發(fā)動。此差異除了應(yīng)考慮訓(xùn)練水平、技術(shù)動作、氣力差異外，還應(yīng)考慮運發(fā)動的身高、體重等影響因素。2.3三名運發(fā)動完成C546難度動作的時間特征三名運發(fā)動在完成此動作時，劉號的起跳蹬伸準(zhǔn)備時間較長，為0.8s;嚴(yán)躍輝空中轉(zhuǎn)體上挺的用時最短，僅用時0.48s完成。因而嚴(yán)躍輝完成整個動作所用總時間只要2.580s;李智完成該動作所用總時間為2.66s;劉號用時2.72s完成該動作〔見表2〕【2】運動生物力學(xué)肌肉學(xué)講強(qiáng)調(diào)肌肉的松弛原理。緩沖時間過長不利于肌肉彈性勢能的利用[44],因而，起跳緩沖階段應(yīng)在最大拉長肌肉初長度的情況下，減少用時。劉號的助跑用時0.800s就顯得過長。但這并不是一味的要求縮短起跳助跑時間，而是要求在有效的時間內(nèi)使關(guān)節(jié)、肌肉充分牽拉、伸展至能夠獲得更大的反作用力的前提下，以到達(dá)身體獲得更大沖量的目的。如若只以單純的減少啟動時間為目的，而下肢各肌肉、關(guān)節(jié)沒有得到牽拉到位，就缺乏以產(chǎn)生較大的沖量。在上升階段完成轉(zhuǎn)體180并屈曲軀干，壓低重心，軀干和腿部都要進(jìn)行快速收縮，兩腿伸展與軀干接近成平行直線。這就對在有限的空間內(nèi)完成復(fù)雜肢體動作的難度提出了要求。身材適中、氣力素質(zhì)優(yōu)秀、騰空高度出色的運發(fā)動就能夠順利地到達(dá)完成此動作的相關(guān)要求。嚴(yán)躍輝在蹬伸起跳經(jīng)過中用時最短，其實就是由該運發(fā)動的身高所決定的。嚴(yán)躍輝身材較高的特點決定了其必須通過提高轉(zhuǎn)動速度來完成減小轉(zhuǎn)動慣量的要求，否則就無法完成該動作的空中轉(zhuǎn)體上挺要求；而提高轉(zhuǎn)動速度則相應(yīng)要求肌肉的爆發(fā)力提高，這就在時間上有所具體表現(xiàn)出。2.4三名運發(fā)動完成C546難度動作的髖、膝關(guān)節(jié)速度特征分析李智助跑踏跳至重心第一個低點時，右膝最大屈曲角度為136.29，左膝最大屈曲角度為122.14，騰空轉(zhuǎn)體時刻，右膝最大屈曲角度為77.99，左膝在同等狀態(tài)下的屈曲角度為70.94；嚴(yán)躍輝在騰空轉(zhuǎn)體前，左右膝關(guān)節(jié)屈曲角度較接近，到達(dá)96左右，而踏跳時刻，重心最低點處，右膝屈曲只要159.16，左膝屈曲則有121.43；劉號在踏跳時刻，重心最低點處，右膝屈曲只有142.70，左膝屈曲則有122.29。除此之外，三名運發(fā)動在兩腿落地緩沖時，左右兩腿膝關(guān)節(jié)速度相差都很小，講明此刻兩腿動作幅度已基本同步。此后左右膝關(guān)節(jié)速度均呈下降趨勢，關(guān)節(jié)速度到達(dá)第一波谷時，是為兩腿落地緩沖最大后開場蹬伸騰空動作。至騰空轉(zhuǎn)體至重心最高點時，李智左膝關(guān)節(jié)速度為4.731m/s,右膝關(guān)節(jié)速度為4.520m/s;嚴(yán)躍輝左膝4.920m/s,右膝4.322m/s;劉號左膝4.300m/s,右膝4.331m/s.隨后肢體屈曲，兩腿抬伸與軀干呈水平近似，膝關(guān)節(jié)速度開場迅速增大，至軀干下壓時，雙腿打開，兩膝速度開場減小。左腿膝關(guān)節(jié)運動速度明顯比右腿要快，結(jié)合動作視頻分析，在腿部蹬離地面后，人體要做向左后轉(zhuǎn)體180，所以左膝腿會較右膝腿先擺動，為了帶動身體的向上騰空轉(zhuǎn)體，左腿的速度要比右腿速度要快。在兩腿蹬離地面后進(jìn)入騰空階段，兩腿膝關(guān)節(jié)速度先迅速增大，至最大值后又迅速減小，左右腿膝關(guān)節(jié)向軀干收縮。隨后，軀干要進(jìn)行下壓動作，故兩膝速度開場減小。在下降經(jīng)過中，兩腿同時伸展與軀干成直線，兩腿膝關(guān)節(jié)又開場加速，在身體成俯撐落地霎時，兩腿膝關(guān)節(jié)速度基本一致。在最后落地緩沖經(jīng)過中，兩腿膝關(guān)節(jié)速度變化基本一致。2.5三名運發(fā)動完成C546難度動作的髖、膝關(guān)節(jié)角度特征分析健美操評分規(guī)則中對于各個動作一大考量標(biāo)準(zhǔn)就是觀察其空中的身體姿態(tài)，而各動作的關(guān)節(jié)角度則直接反映身體姿態(tài)的優(yōu)劣。髖、膝關(guān)節(jié)角度的變化情況，不僅與運發(fā)動髖、膝關(guān)節(jié)角的發(fā)力狀況對應(yīng)，也與整個動作連貫性、完成程度息息相關(guān)。在助跑起跳后的緩沖階段，三名運發(fā)動隨著身體重心的下降，膝關(guān)節(jié)夾角均出現(xiàn)了減小。這符合肌肉工作原理中拉長下肢肌群初長度的要求，即提高肌肉與肌腱的彈性勢能，增大下肢肌群的收縮力[47].運動生物力學(xué)肌肉松弛原理告訴我們，膝關(guān)節(jié)屈曲135為最佳起跳角度，因而若要獲得良好的起跳效果，膝關(guān)節(jié)不能過度屈曲，也不能屈膝缺乏，否則肌肉會出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，或產(chǎn)生主動力缺乏，導(dǎo)致其肌力下降。另外，膝關(guān)節(jié)的彎曲度增大也會導(dǎo)致起跳時間的延長，這對于爆發(fā)式蹬伸動作極為不利。因而，蹬伸緩沖經(jīng)過應(yīng)在一定范圍內(nèi)保持較合理的膝關(guān)節(jié)屈曲角度，以到達(dá)縮減緩沖時間、增大起跳腿蹬地氣力、提高起跳速度的目的。在起跳蹬伸階段，兩髖角度呈明顯遞增趨勢，在蹬離地面霎時，左、右髖角變化最大的為李智，其分別到達(dá)157.29和129.45左右，左右髖角速度為右髖2.29m/s,左髖1.82m/s;在騰空上升期，劉號的髖角角度于速度都處于最小值，其左髖角是54左右、右髖角是46左右，髖角速度為右髖0.4m/s,左髖0.5m/s;嚴(yán)躍輝在空中轉(zhuǎn)體經(jīng)過中，當(dāng)重心處于最高點處，左右髖角分別為136.90與142.20，此時對應(yīng)的髖角速度分別為1.3m/s與1.15m/s.3結(jié)論〔1〕三名運發(fā)動均能較好地完成C546的難度動作，其關(guān)節(jié)用力順序基本符合運動生物力學(xué)的規(guī)律。華而不實李智、嚴(yán)躍輝動作穩(wěn)定性較好，劉號落地穩(wěn)定性欠佳，且在Y軸方向晃動幅度較大。〔2〕嚴(yán)躍輝在蹬踏騰空前的重心速度較快，與其身高較高存在一定的關(guān)系，但其并未產(chǎn)生最大的垂直方向的重心位移?！?〕三名運發(fā)動騰空起跳階段的膝關(guān)節(jié)屈曲角度較小，不利于產(chǎn)生較大的騰空高度?！?〕劉號的助跑準(zhǔn)備時間過長，直接影響到其起跳高度與起跳速度