三種不同平面上原地縱跳的力學(xué)指標(biāo)的比較

楊書龍

(山東師范大學(xué)體育學(xué)院 山東濟(jì)南 250000)

原地縱跳不僅是一個(gè)評價(jià)運(yùn)動員彈跳能力的指標(biāo),也是運(yùn)動訓(xùn)練中常用的下肢力量訓(xùn)練及彈跳訓(xùn)練方法之一。運(yùn)動員彈跳素質(zhì)主要表現(xiàn)在起跳的登地力量大小、起跳速度快慢及騰空時(shí)間。目前在訓(xùn)練中對于原地縱跳的運(yùn)用方式較多,如徒手原地縱跳、原地抱膝跳、負(fù)重原地縱跳及沙坑,不同的運(yùn)動項(xiàng)目對踝關(guān)節(jié)起跳時(shí)的角度不同,因此彈跳效果也不同。盡管目前對原地縱跳有很多的研究[1-3],并且采用坡度進(jìn)行跑步訓(xùn)練也非常普遍,但是對于利用坡度進(jìn)行彈跳訓(xùn)練的研究及訓(xùn)練方法較少。

在起跳過程中踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)需要有極強(qiáng)的協(xié)調(diào)發(fā)力能力[1],改變起跳平面的傾斜度,各關(guān)節(jié)在起跳過程中所表現(xiàn)出的力學(xué)特征有所改變。本研究主要根據(jù)這一特點(diǎn)對上坡、平地和下坡三種平面上運(yùn)動員原地起跳的蹬地的力、速度及時(shí)間進(jìn)行比較,從而了解三種平面各自的訓(xùn)練特點(diǎn)。

1 研究對象

本研究的研究對象為山東師范大學(xué)體育學(xué)院6名男生,基本情況:年齡為(25±0.55)歲,身高為(178.83±8.84)cm,體重為(76.33±17.78)kg。

圖1

圖2 最大蹬地作用力(N)

2 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)是在山東師范大學(xué)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)進(jìn)行,采用測力臺測試的方法,Kistler三維測力臺(臺面尺寸600mm±900mm)上進(jìn)行。測力臺采樣頻率為200Hz,采樣時(shí)間為10s。三種起跳平面分別是水平面,與水平面成30°的上坡和下坡。原地縱跳過程是在用測力臺自帶的Bioware軟件進(jìn)行動力學(xué)指標(biāo)的判讀。

實(shí)驗(yàn)測試前,受試者需要每種測試試跳兩次。測試過程中,受試者始終朝向一個(gè)方向。動作要求:兩腳開立,與肩同寬,兩手掐腰。起跳從半蹲開始,具體蹲的深度由受試者根據(jù)自身情況而定。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的界定

圖1所示,AC為起跳的蹬地過程,所用時(shí)間為t1;B點(diǎn)時(shí)最大蹬地作用力F和最大加速度α,從開始發(fā)力到蹬地最大作用力的時(shí)間為t3,從最大作用力到騰空的時(shí)間為t4;C點(diǎn)時(shí)受試者離地,D點(diǎn)時(shí)受試者著地,CD為騰空過程,所用時(shí)間為t2。在C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)分別是起跳的最大上升的速度v1和最大下降速度v2。由于人體騰空后做自由落體運(yùn)動,所以騰空的高度h采用單信海等的采用騰空時(shí)間計(jì)算騰空高度的方法。

4 結(jié)果與分析

4.1 最大蹬地力量的比較

如圖所示最大蹬地作用力上坡>平地>下坡,此結(jié)論與牛志馨關(guān)于踝關(guān)節(jié)狀態(tài)對膝關(guān)節(jié)運(yùn)動影響的研究結(jié)果一致。在上坡、平面和下坡的起跳之前,踝關(guān)節(jié)的曲的程度逐漸減小,所以踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動幅度逐漸減小,影響小腿后面肌肉的伸展和收縮。此外踝關(guān)節(jié)的曲的程度影響膝關(guān)節(jié)的屈曲的力矩。

4.2 蹬地時(shí)間的比較

表1中數(shù)據(jù)顯示,起跳的蹬地作用時(shí)間平地>下坡>上坡,最大加速度上坡>平地>下坡,最大加速度的大小取決于最大蹬地力量。從開始蹬地到最大蹬地的時(shí)間平地>下坡>上坡,從最大蹬地到騰空的時(shí)間上坡>平地>下坡。在蹬地的時(shí)間上上坡的總的加速時(shí)間小于平地和上坡,上坡縱跳時(shí),從開始蹬地到最大蹬地作用力所用的時(shí)間較短,所以同等作用力的情況下,上坡所獲得的動能要小于平地和下坡。此外,從最大蹬地作用力到騰空所用的時(shí)間,上坡要長于下坡和平地,根據(jù)公式F=m×α=m×v/t可以得出力的作用時(shí)間長,速度就會減小,爆發(fā)力就會隨之減小。

表1 起跳的時(shí)間、最大加速度

表2 騰空時(shí)間、起跳速度、下降最大速度和騰空高度

4.3 騰空時(shí)間、速度和騰空高度的比較

由表2可以看出在騰空時(shí)間上平地=上坡>下坡,起跳的最大速度和下降的最大速度平地>上坡>下坡,起跳的最大高度平地>上坡>下坡。雖然起跳速度平地大于上坡和下坡,由于體重比較大,所以平地、上坡和下坡的騰空時(shí)間非常接近,但是起跳的高度平地要大于上坡和下坡。下降最大速度同樣是平地>上坡>下坡,在三種縱跳時(shí)下降的最大速度都要大于起跳的速度,這主要是由于受試者起跳前和落地時(shí)的中心的高度決定的。

5 討論

上坡縱跳時(shí),由于踝關(guān)節(jié)屈曲的程度較大,所以小腿后面的腓腸肌、比目魚肌處于拉長狀態(tài),于是就獲得了較大的彈性勢能,所以在起跳過程中就具有了較大的能量基礎(chǔ)。平地時(shí)踝關(guān)節(jié)屈曲的程度小于上坡,小腿三頭肌的勢能要小于上坡。下坡時(shí)踝關(guān)節(jié)處于伸的狀態(tài),小腿三頭肌處于收縮狀態(tài),這樣在起跳過程中就需要小腿三頭肌進(jìn)一步收縮產(chǎn)生蹬地力量。所以在起跳的絕對力量上上坡縱跳要大于平地縱跳和下坡縱跳。

在起跳的環(huán)節(jié)上分為從開始蹬地到最大蹬地力和從最大蹬地力到騰空。第一個(gè)環(huán)節(jié)可以看做是動能的儲存,第二個(gè)環(huán)節(jié)可以看做能量的釋放。在第一環(huán)節(jié)上,根據(jù)動能公式E=1/2[m(αt)2]可以看出動能隨時(shí)間的增大而增大,所以在第一環(huán)節(jié)上用的時(shí)間長,儲存的動能就大。在第二環(huán)節(jié)上,根據(jù)功率的公式P=W/t可以得出時(shí)間越短功率越大,動能釋放的效率越高,所以在第二環(huán)節(jié)用時(shí)越短,動能釋放效率越高,爆發(fā)力發(fā)揮的越好。綜合這兩個(gè)環(huán)節(jié),可以看出上坡縱跳時(shí)爆發(fā)力發(fā)揮的最差,下坡縱跳時(shí)爆發(fā)力發(fā)揮的最好。

在最大蹬地力量和蹬地作用時(shí)間的共同影響下,平地縱跳的起跳速度和下落的最大速度都是最大。下坡縱跳的爆發(fā)力發(fā)揮的最好,但是由于最大蹬地力量小于上坡縱跳,所以起跳的速度還是小于上坡縱跳的起跳速度。騰空后人體自由落體運(yùn)動,騰空時(shí)間T=2V/g,騰空高度H=V2/2g速度越大,騰空時(shí)間越長,騰空的高度越大。此外在下落過程中下坡同樣具有較大的速度,由于著地面是向下傾斜的,著地后踝關(guān)節(jié)處于伸展?fàn)顟B(tài),所以在落地緩沖時(shí)就大大減小了踝關(guān)節(jié)的緩沖能力。因此在落地緩沖過程中要提醒運(yùn)動員要主動屈膝緩沖,通過利用膝關(guān)節(jié)的緩沖能力來彌補(bǔ)踝關(guān)節(jié)緩沖能力的丟失。

6 結(jié)語

三種平面上的原地縱跳具有各自的特點(diǎn),上坡縱跳時(shí)小腿三頭肌收縮的速度比較快,對于提高小腿三頭肌的絕對力量的效果要強(qiáng)于平地縱跳和下坡縱跳。平地縱跳爆發(fā)力的發(fā)揮要高于上坡縱跳,而且平地縱跳的起跳速度、騰空時(shí)間和騰空高度都要優(yōu)于上坡縱跳和下坡縱跳。下坡縱跳的爆發(fā)力是最好的,下坡縱跳可以提高運(yùn)動員的緩沖能力和身體的協(xié)調(diào)性。

[1]單信海,戴玉生.不同彈跳能力的三名運(yùn)動員其原地縱跳的生物力學(xué)指標(biāo)比較[J].體育與科學(xué),1997(18).

[2]張佑磊.下肢肌肉力量與不同形式縱跳運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性相關(guān)度的研究[D].蘇州大學(xué),2012.

[3]李世明,劉學(xué)貞.縱跳理論研究進(jìn)展[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2004,27(1).