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    短跑“高重心”起跑技術(shù)的力學(xué)分析

    2013-05-14 03:40:50汪廣茂
    韶關(guān)學(xué)院學(xué)報 2013年2期
    關(guān)鍵詞:起跑線姿勢角度

    汪廣茂

    (韶關(guān)學(xué)院 體育學(xué)院,廣東 韶關(guān) 512005)

    多年來,為了能夠迅速提高短跑運動員的運動水平,全國各級科研所在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,做了很多努力,為提高我國短距離跑做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn).起跑技術(shù)是獲得短跑比賽勝利的第一步.起跑的好與壞能夠為加速疾跑段創(chuàng)造有利條件,保證在極短時間內(nèi)使身體獲得加速運動,并急速獲得最高速度.它的前提條件是,必須有力作用于運動員本身,來促使它完成這一系列的連貫動作.這個力就是起跑時腿的后蹬力與附加力的反作用力[1].

    1 研究對象與方法

    1.1 研究對象

    通過對韶關(guān)學(xué)院體育學(xué)院等12位短跑運動員的研究,重點選中選鄒遠(yuǎn)樂(15.5 s)、譚明建(10.8 s)作為重點對象進(jìn)行了列表分析.

    1.2 研究方法

    (1)采用高速攝像機從人體側(cè)面水平方向拍攝照片,拍攝時在人體各主要關(guān)節(jié)以及腿部取出比例數(shù)據(jù)標(biāo)尺,通過圖片解讀分析儀分析,疊合成重心法,測定每位運動員身體重心、關(guān)節(jié)角度、丈量出實際數(shù)據(jù)與世界優(yōu)秀運動員進(jìn)行對照比較.

    (2)依據(jù)力學(xué)原理,進(jìn)行模擬動作,用測力臺測出各相關(guān)部委的受力部分,對穩(wěn)定角及重心的影響,進(jìn)行運算推導(dǎo),求出百米跑“高重心”起跑器的安裝方法.

    (3)對12名運動員進(jìn)行起跑30米的實驗,分別加擺臂、擺腿,伸驅(qū)干的不同姿勢跑,用模擬試驗,依次求得身體各部位的數(shù)據(jù),來論證起跑后蹬力與附加力的關(guān)系.

    2 研究結(jié)果

    依據(jù)照片、圖片以及數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合研究對象的基本情況,發(fā)現(xiàn)合理的起跑姿勢與身體重心的高低,力的分布與起跑器的安裝及附加力有著重要關(guān)系.

    表1 研究對象基本情況

    2.1 靜力學(xué)分析

    (1)測定人體重心.依據(jù)矩合成原理,通過坐標(biāo)從原點至手的支撐點為50 cm左右,在人體中線上找出重心(預(yù)備姿勢),鄒遠(yuǎn)樂和譚明建兩人重心的垂直高度分別為58.32 cm和56.68 cm,與李輝、李晨、史密斯等3人的重心高度接近(用相同照片),通過解析儀分析認(rèn)定,誤差為1.2~2.6 cm(見表2).

    表2 與標(biāo)準(zhǔn)重心及臂肩差距的比較

    (2)確定動作時的關(guān)節(jié)角度.通過對照片的測量取得關(guān)節(jié)角度的數(shù)據(jù),下肢三大關(guān)節(jié)(髖、膝、踝)都處于最佳的發(fā)力角,前膝夾角95°~98°,后膝夾角119°~128°,他們的伸肌處于適宜的拉長和放松狀態(tài),在蹬伸腿時可使前膝(主力腿)進(jìn)入135°左右的良好角度之內(nèi),屬于標(biāo)準(zhǔn)擺動范圍.這樣做能盡可能使重心位置前移,身體前傾較大,手、足的支撐力也不一樣.在起跑一剎那,盡快地破壞靜平衡狀態(tài),進(jìn)入動態(tài)過程,而下肢三大關(guān)節(jié)伸屈,為肌肉作爆發(fā)式工作創(chuàng)造了最有利條件,是“高重心”起跑的最大優(yōu)點(見表3).

    表3 與標(biāo)準(zhǔn)關(guān)節(jié)角度比較

    對12名學(xué)生運動員進(jìn)行30米起跑測試,采用兩種不同姿勢各練習(xí)6次,取平均數(shù),進(jìn)行T檢驗.驗證“高重心”起跑姿勢是否優(yōu)越.

    計算 T 值:Z1=ΣZ1/n1,Z2=ΣZ2/n2;S1=;S=(S1+S2)/2;t=

    表4 兩種起跑姿勢成績比較

    從表4可知,起跑距離為30米時“高重心”起跑姿勢比一般姿時平均快0.1 s,其中兩人成績相等.三人差0.01 s,進(jìn)一步說明高重心起跑姿勢對提高運動成績起著明顯的作用.

    (3)起跑器的確定.通過對照片和實際測量分析,兩手臂與地面約成80°~85°,背部自然屈臀部高于肩部平均為17.5 cm,身體重心前移,兩手負(fù)擔(dān)約為體重的64%~65%,都在標(biāo)準(zhǔn)范圍.這樣向前的較大沖擊量,前穩(wěn)定角度小,容易破壞平衡.這種姿勢難度較大,要求手背有較強的支撐力量,而且在一定極限內(nèi)使身體前傾,既不會造成肌肉緊張,又能保證腿部肌肉進(jìn)行爆發(fā)式收縮(見表5).

    表5 全身重力分布情況

    通過確定重心關(guān)節(jié)角度后,用正弦定理:a/sinA=b/sinB=c/sinC 和余弦定理:a2=b2+c2-2bccos A 求出前、后起跑起與起跑線的距離,并適合運動員身材高矮推導(dǎo)出起跑器安裝的方法.起跑線至前起跑器的距離是:BH≈L1·1/3(±3);起跑線至后起跑器的距離是:B′H≈L1·1/2(±3).

    2.2 動力學(xué)分析

    對12名試驗對象依次進(jìn)行30米競速得模擬試驗(動量距原理)求出平均數(shù)據(jù)看“附加力”與后蹬力的關(guān)系(見表6).

    表6 附加力對后蹬力影響的平均值

    由表6可知“附加力”對后蹬力的影響是很大的,后蹬力的反作用力是推動人體向前的動力,人體由于受后蹬力的反作用力而產(chǎn)生的動量變化,決定于后蹬力的大小和方向,同時還決定人體受后蹬力作用的時間.研究表明,前腿所具有的蹬力僅占全身力量的50%~60%左右.而“附加力”(擺臂、擺腿、申軀等)所增加的后蹬力也是重要因素之一.

    (1)擺臂的作用.擺臂不僅能維持平衡,還能增加后蹬力和步幅,擺臂的速度與擺腿是一致的.試驗證明,人站在磅秤上迅速向上擺臂,磅秤的指針上升.從起跑靜止?fàn)顟B(tài)到動態(tài)過程中擺的速度越大,動量矩也就越大.因此,產(chǎn)生的“附加力”即增大了后蹬力.試驗結(jié)果,原地單足跳遠(yuǎn)加擺臂后,可增加14 cm,提高了8%.

    (2)擺腿的作用.擺腿動作直接影響后蹬力量,后蹬角度,重心的平衡以及髖、腰的伸展,在擺腿過程中有兩個力(力矩)作用到人體上,一個力沿身體縱軸轉(zhuǎn)動,促使身體的一側(cè)向前轉(zhuǎn)動,另一個力沿人體的橫軸轉(zhuǎn)動,使人體后仰,促使后蹬推的蹬力加大,而前擺的動量則更直接地促使后蹬力量加大.在單足原地跳遠(yuǎn)實驗中,固定擺動推和放松擺動腿兩者比較,前者平均少12 cm,約占7%[2].

    (3)軀干伸展的作用.軀干采取弓的形式,有利于加大起跑的“附加力”,加大了加速運動的幅度,從二隊跑進(jìn)有利.同時,由此而帶來的重心前移更是結(jié)果期望的,其作用是減小前穩(wěn)定角,有利于快速起跑.實驗證明,申軀后可增加11 cm,提高了6%.因此,“附加力”的產(chǎn)生增加了后腿支撐的反作用力,從而加大了推動人體前進(jìn)的動力.

    2.3 兩種起跑姿勢的動力學(xué)特點

    (1)兩足離起跑線距離的長短.采用測離臺對50名學(xué)生進(jìn)行實驗,每人練習(xí)3次,求出平均數(shù),看不同姿時期跑時兩腿所產(chǎn)生蹬力的大小進(jìn)行比較(見表7).

    表7 兩種不同姿時期跑時

    由表7可知,兩足與起跑線距離的長短和兩腿蹬力起跑器的力量是相關(guān)的.在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),兩腿蹬力是隨距離加長而增大的.因為距離加長時,兩腿膝關(guān)節(jié)開放角度較大,能使蹬起跑器時發(fā)揮出較大的蹬力,同時兩足離起跑線距離大時,可使人體重心更多的前移,器跑時后蹬角度小,能產(chǎn)生較大的水平分力.

    (2)兩腿膝關(guān)節(jié)開放角的大小.一般姿勢,膝關(guān)節(jié)開放角度小,前腿膝關(guān)節(jié)開放角度約90°,后腿膝關(guān)節(jié)開放角度約120°.后蹬力較小,同時伸直膝關(guān)節(jié)時所需要的時間較長,而產(chǎn)生蹬力起跑器時間也較長,較費力,使步頻減慢,但兩臂較省力.

    而“高重心”姿勢兩腿膝關(guān)節(jié)開放角度大,前腿膝關(guān)節(jié)開放角度約90°~100°,后膝關(guān)節(jié)開放角度約130°~140°,伸膝動作幅度小,蹬地時間短,便于提高頻率,但是要有強有力的臂腿力量作前提.

    (3)臀部位置的高低.一般姿勢起跑時重心較低,蹬離起跑器時重心上升幅度較大,過多的損失了推動人體向前的力量.發(fā)揮水平速度較慢,不利于提高速度.

    “高重心”姿勢起跑時重心上升幅度較小,可使運動員在起跑時蹬力擠中在推動人體向前運動上,發(fā)揮水平速度較快,同時減少兩腿不必要的負(fù)擔(dān),起跑時省力,對提高動作頻率有利[3].

    從兩種起跑姿勢的力學(xué)特點看,“高重心”姿勢優(yōu)越于普通姿勢,能夠從技術(shù)上保證在極短時間內(nèi)快速運動,使身體由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到動態(tài),并形成正常、合理的疾跑要求[4].

    3 結(jié)論與建議

    3.1 結(jié)論

    短跑的起跑技術(shù)是在大腦高度統(tǒng)一支配下,使身體各環(huán)節(jié)按指令所進(jìn)行的活動.其產(chǎn)生的內(nèi)力,按一定的時間、方向、速度、幅度等要求,集中作用于后蹬腿上.后蹬腿的角度、速度、幅度所處的時空位置越趨于合理,人體才越能獲得地面給人的反作用力.通過實地測量計算和照片圖片分析,證實“高重心”起跑姿勢是短跑特別是100米的一種符合力學(xué)結(jié)構(gòu)特點的最佳姿勢.

    3.2 建議

    (1)在實際操作過程中,“高重心”起跑的難度大于普通起跑姿勢,要求先不作起跑的蹬離起跑器動作,而反復(fù)練習(xí)靜姿,并調(diào)試前后起跑器的距離直至達(dá)到最佳姿勢狀態(tài).

    (2)在練習(xí)過程中,先由學(xué)生自己體會,待掌握好最好的姿勢后蹬離起跑器跑出.反復(fù)試驗至熟練后,再統(tǒng)一聽信號作完整起跑30米距離的起跑.直至蹬出的第一步自然銜接整個加速過程而不失誤到熟練為止.

    [1]張衛(wèi)紅.振動訓(xùn)練對肌肉力量和爆發(fā)力短期效應(yīng)的研究[J].吉林體育學(xué)院學(xué)報,2010,26(4):65-66.

    [2]汪廣茂.幾種不同姿勢的跳遠(yuǎn)教學(xué)流程特點及分析[J].田徑,2010(10):46-49.

    [3]汪廣茂,歷祥英.程序控制模式在挺身式跳遠(yuǎn)教學(xué)中的運用[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,33(2):61-64.

    [4]宋德海,巢曉春.力量訓(xùn)練方式發(fā)展研究[J].貴州體育科技,2011(3):50-54.

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