男子競(jìng)技健美操運(yùn)動(dòng)員C546動(dòng)作的生物力學(xué)分析

吳伊妮， 王婕娉

健美操運(yùn)動(dòng)是我國體育運(yùn)動(dòng)的一個(gè)新興項(xiàng)目。它來自于生活，來自于人類對(duì)人體健與美的追求。

難度動(dòng)作的編排和完成情況是影響競(jìng)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(píng)分規(guī)則中共有4組342個(gè)難度動(dòng)作。其中C組跳躍類難度動(dòng)作185個(gè)，占54.09%，且有不斷遞增之勢(shì)。這足以表明C組難度動(dòng)作的完成情況對(duì)整套動(dòng)作的評(píng)定具有至關(guān)重要的作用。世界競(jìng)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(dòng)作的編排作為得分利器。筆者從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的研究角度切入，運(yùn)用有關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論對(duì)競(jìng)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(dòng)作進(jìn)行研究與分析，對(duì)該動(dòng)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。

表1 研究對(duì)象基本情況表

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

以武漢體育學(xué)院健美操隊(duì)三名不同運(yùn)動(dòng)等級(jí)的男性運(yùn)動(dòng)員為測(cè)試對(duì)象，基本情況見表1。

1.2 研究方法

利用兩臺(tái)日產(chǎn)松下NV—MD9000攝像機(jī)采用定點(diǎn)、定焦、定距的方式進(jìn)行同步(外同步)拍攝，曝光時(shí)間為1/500s，頻率為50f/s；采用美國ARIEL三維圖像解析系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作進(jìn)行解析。

2 結(jié)果與分析

2.1 三名運(yùn)動(dòng)員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(hào)在身體下降觸地時(shí)最大速度為3.397m/s。從圖1曲線可見，三名被試對(duì)象在助跑起跳階段水平運(yùn)動(dòng)速度均呈快速上升波形。這是由于C546難度動(dòng)作要求運(yùn)動(dòng)員一步助跑的原因。嚴(yán)躍輝在一步蹬伸時(shí)，身體重心隨即在垂直方向完成起跳，而另外兩名運(yùn)動(dòng)員則有一個(gè)向前、向上運(yùn)動(dòng)的過程。

身體重心速度在Y軸左右方向上的特征，直觀反映了運(yùn)動(dòng)員在完成前進(jìn)式轉(zhuǎn)體類動(dòng)作時(shí)，肢體平衡控制能力的強(qiáng)弱。三名測(cè)試對(duì)象在助跑、蹬伸過程中，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(dòng)現(xiàn)象。李智最大的Y軸重心速度0.717m/s出現(xiàn)在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(hào)則在2.0s時(shí)，出現(xiàn)0.938m/s的Y軸重心速度。其中劉號(hào)在轉(zhuǎn)體接臥撐時(shí)，身體左右移動(dòng)幅度較大(見圖2)。

圖1 三名運(yùn)動(dòng)員在X水平方向心速度對(duì)比示意圖

圖2三名運(yùn)動(dòng)員Y軸方向重心速度對(duì)比示意圖

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(dòng)作騰空高度、質(zhì)量好壞、觀賞性如何的直接評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。踏跳階段，李智、嚴(yán)躍輝重心速度呈加速上升過程，嚴(yán)躍輝達(dá)到2.144m/s，大于李智的1.896m/s；而劉號(hào)的起跳準(zhǔn)備時(shí)間過長(zhǎng)，其速度只有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)體過程中重心速率最快，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(dòng)作所要消耗的時(shí)間。這也符合運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中增大轉(zhuǎn)動(dòng)速度從而來減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的相關(guān)理論。

2.2 三名運(yùn)動(dòng)員身體重心位移特征分析

李智、嚴(yán)躍輝、劉號(hào)三人在完成該動(dòng)作過程中，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(yùn)動(dòng)了0.696m；嚴(yán)躍輝重心位移運(yùn)動(dòng)了0.809m；劉號(hào)則為0.771m。C546難度動(dòng)作決定了運(yùn)動(dòng)員在保持水平方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，其左右方向不產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)幅度，而在垂直方向，由于伴隨助跑起跳與蹬伸騰空會(huì)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(dòng)現(xiàn)象；嚴(yán)躍輝、劉號(hào)則在動(dòng)作結(jié)束時(shí)，身體出現(xiàn)左右方向上的位移移動(dòng)，其中劉號(hào)最為明顯。這與以上所述的Y軸重心速度變化也是呈對(duì)應(yīng)關(guān)系的。因?yàn)榇藭r(shí)肌肉做退讓性工作來更好地使拉長(zhǎng)的肌肉進(jìn)行后繼性收縮，將彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而產(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。

圖3 李智重心在X、Y、Z軸的位移

圖4 嚴(yán)躍輝重心在X、Y、Z軸的位移

圖5劉號(hào)重心在X、Y、Z軸的位移

遞增的雙波峰圖形反映了運(yùn)動(dòng)員在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(shí)刻，李智、嚴(yán)躍輝的起跳高度相差不大，基本達(dá)到0.8m；而當(dāng)?shù)诙蔚派炱鹛鴷r(shí)，李智的重心則達(dá)到最高為1.048m，其余二者均低于此高度。其中劉號(hào)的兩次起跳高度均低于前兩名運(yùn)動(dòng)員。此差異除了應(yīng)考慮訓(xùn)練水平、技術(shù)動(dòng)作、力量差異外，還應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)員的身高、體重等影響因素。

2.3 三名運(yùn)動(dòng)員完成C546難度動(dòng)作的時(shí)間特征

三名運(yùn)動(dòng)員在完成此動(dòng)作時(shí)，劉號(hào)的起跳蹬伸準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，為0.8s；嚴(yán)躍輝空中轉(zhuǎn)體上挺的用時(shí)最短，僅用時(shí)0.48s完成。因此嚴(yán)躍輝完成整個(gè)動(dòng)作所用總時(shí)間只有2.580s；李智完成該動(dòng)作所用總時(shí)間為2.66s；劉號(hào)用時(shí)2.72s完成該動(dòng)作(見表2)。

表2 C546難度動(dòng)作運(yùn)動(dòng)時(shí)間特征

運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)肌肉學(xué)說強(qiáng)調(diào)肌肉的松弛原理。緩沖時(shí)間過長(zhǎng)不利于肌肉彈性勢(shì)能的利用[44]，因此，起跳緩沖階段應(yīng)在最大拉長(zhǎng)肌肉初長(zhǎng)度的情況下，減少用時(shí)。劉號(hào)的助跑用時(shí)0.800s就顯得過長(zhǎng)。但這并不是一味的要求縮短起跳助跑時(shí)間，而是要求在有效的時(shí)間內(nèi)使關(guān)節(jié)、肌肉充分牽拉、伸展至可以獲得更大的反作用力的前提下，以達(dá)到身體獲得更大沖量的目的。如若只以單純的減少啟動(dòng)時(shí)間為目的，而下肢各肌肉、關(guān)節(jié)沒有得到牽拉到位，就不足以產(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(duì)在有限的空間內(nèi)完成復(fù)雜肢體動(dòng)作的難度提出了要求。身材適中、力量素質(zhì)優(yōu)秀、騰空高度出色的運(yùn)動(dòng)員就可以順利地達(dá)到完成此動(dòng)作的相關(guān)要求。嚴(yán)躍輝在蹬伸起跳過程中用時(shí)最短，其實(shí)就是由該運(yùn)動(dòng)員的身高所決定的。嚴(yán)躍輝身材較高的特點(diǎn)決定了其必須通過提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度來完成減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的要求，否則就無法完成該動(dòng)作的空中轉(zhuǎn)體上挺要求；而提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度則相應(yīng)要求肌肉的爆發(fā)力提高，這就在時(shí)間上有所體現(xiàn)。

2.4 三名運(yùn)動(dòng)員完成C546難度動(dòng)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(gè)低點(diǎn)時(shí)，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(shí)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，達(dá)到96°左右，而踏跳時(shí)刻，重心最低點(diǎn)處，右膝屈曲只有159.16°，左膝屈曲則有121.43°；劉號(hào)在踏跳時(shí)刻，重心最低點(diǎn)處，右膝屈曲只有142.70°，左膝屈曲則有122.29°。

此外，三名運(yùn)動(dòng)員在兩腿落地緩沖時(shí)，左右兩腿膝關(guān)節(jié)速度相差都很小，說明此刻兩腿動(dòng)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(shì)，關(guān)節(jié)速度達(dá)到第一波谷時(shí)，是為兩腿落地緩沖最大后開始蹬伸騰空動(dòng)作。至騰空轉(zhuǎn)體至重心最高點(diǎn)時(shí)，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(hào)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)速度開始迅速增大，至軀干下壓時(shí)，雙腿打開，兩膝速度開始減小。左腿膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度明顯比右腿要快，結(jié)合動(dòng)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(huì)較右膝腿先擺動(dòng)，為了帶動(dòng)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(dòng)作，故兩膝速度開始減小。在下降過程中，兩腿同時(shí)伸展與軀干成直線，兩腿膝關(guān)節(jié)又開始加速，在身體成俯撐落地瞬間，兩腿膝關(guān)節(jié)速度基本一致。在最后落地緩沖過程中，兩腿膝關(guān)節(jié)速度變化基本一致。

2.5 三名運(yùn)動(dòng)員完成C546難度動(dòng)作的髖、膝關(guān)節(jié)角度特征分析

健美操評(píng)分規(guī)則中對(duì)于各個(gè)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)員髖、膝關(guān)節(jié)角的發(fā)力狀況對(duì)應(yīng)，也與整個(gè)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員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(zhǎng)下肢肌群初長(zhǎng)度的要求，即提高肌肉與肌腱的彈性勢(shì)能，增大下肢肌群的收縮力[47]。運(yùn)動(dòng)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，因此若要獲得良好的起跳效果，膝關(guān)節(jié)不能過度屈曲，也不能屈膝不足，否則肌肉會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象，或產(chǎn)生主動(dòng)力不足，導(dǎo)致其肌力下降。另外，膝關(guān)節(jié)的彎曲度增大也會(huì)導(dǎo)致起跳時(shí)間的延長(zhǎng)，這對(duì)于爆發(fā)式蹬伸動(dòng)作極為不利。因此，蹬伸緩沖過程應(yīng)在一定范圍內(nèi)保持較合理的膝關(guān)節(jié)屈曲角度，以達(dá)到縮減緩沖時(shí)間、增大起跳腿蹬地力量、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(shì)，在蹬離地面瞬間，左、右髖角變化最大的為李智，其分別達(dá)到157.29°和129.45°左右，左右髖角速度為右髖2.29m/s，左髖1.82 m/s；在騰空上升期，劉號(hào)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0.4 m/s，左髖0.5 m/s；嚴(yán)躍輝在空中轉(zhuǎn)體過程中，當(dāng)重心處于最高點(diǎn)處，左右髖角分別為136.90°與142.20°，此時(shí)對(duì)應(yīng)的髖角速度分別為1.3 m/s與1.15 m/s。

3 結(jié)論

(1)三名運(yùn)動(dòng)員均能較好地完成C546的難度動(dòng)作，其關(guān)節(jié)用力順序基本符合運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的規(guī)律。其中李智、嚴(yán)躍輝動(dòng)作穩(wěn)定性較好，劉號(hào)落地穩(wěn)定性欠佳，且在Y軸方向晃動(dòng)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。

(3)三名運(yùn)動(dòng)員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。

(4)劉號(hào)的助跑準(zhǔn)備時(shí)間過長(zhǎng)，直接影響到其起跳高度與起跳速度。

[1] 楊鋒.對(duì)競(jìng)技健美操C組跳與躍類0. 9分值難度動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].山東體育學(xué)院學(xué)報(bào)， 2006，22(3)：.

[2] 黃璐，王金福.競(jìng)技健美操跳躍類難度動(dòng)作的生物力學(xué)概析[J].河北體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，9(19)：73～74.

[3] 國際體操聯(lián)合會(huì).健美操競(jìng)賽規(guī)則[R].2001～2004.

[4] 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)講義[Z].成都體育學(xué)院，1984.