張國(guó)偉跳高技術(shù)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析

孫麗娜+Bing+Yu+沈培鑫

摘 要：通過(guò)兩臺(tái)攝像機(jī)拍攝我國(guó)優(yōu)秀跳高運(yùn)動(dòng)員張國(guó)偉一次訓(xùn)練課中試跳三個(gè)不同高度[2.10 米（4 次試跳）、2.15 米（5 次試跳）和 2.20 米（5 次試跳）]助跑最后一步、起跳和過(guò)桿的過(guò)程，將其14次運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)與 9 名美國(guó)優(yōu)秀男子跳高運(yùn)動(dòng)員 25 次試跳的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。張國(guó)偉跳高技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為：1）助跑最后兩步弧度較小接近直線；2）助跑時(shí)重心比較高，最后一步落地時(shí)重心較高；3）起跳點(diǎn)距離橫桿過(guò)近造成最大過(guò)桿高度遠(yuǎn)在橫桿后面；4）助跑最后一步方向不穩(wěn)定造成起跳時(shí)垂直于橫桿的起跳水平速度不穩(wěn)定，因而實(shí)際過(guò)桿高度不穩(wěn)定；5）騰空后背弓不夠造成最大過(guò)桿高度遠(yuǎn)低于重心最大高度。

關(guān)鍵詞：男子跳高；張國(guó)偉；生物力學(xué)；技術(shù)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G804.6；G823.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-2076（2017）05-0061-06

Abstract：Through two cameras， we shoot the process of Chinese elite high-jump athlete Zhang Guo-wei trial jump of three different heights [2.10 m （for 4 trial jumps）， 2.15 m （for 5 trial jumps）， and 2.20 m （for 5 trial jumps）] in a training class， including the whole course of last step of run-up to take off and then over the bar， then compares the 14 kinematic parameters with the 25 trial jumps data of nine elite male American high-jump athletes. We found Zhang's features are： 1） The radian of his last two steps of run-up is smaller， close to straight line； 2） The center of gravity is relatively high when he did the run-up， so when he landed the last step， the center of gravity is higher too； 3） The take off point is too close to the bar， therefor the maximum over-bar height was far behind the bar； 4） The instability direction of his final step of run-up caused the instability of his vertical take-off speed， result in instability over-bar height； 5） Leap back arch being not small enough caused the maximum over-bar height much lower than the maximum height of the center of gravity.

Key words：men's high-jump； Zhang Guo-wei； biomechanics； technique analysis

男子跳高曾是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)田徑項(xiàng)目，自上世紀(jì)90年代初隨著朱建華等一批優(yōu)秀跳高名將退役后，我國(guó)跳高運(yùn)動(dòng)一度出現(xiàn)停滯不前的局面。近年來(lái)伴隨著張國(guó)偉等一批新興運(yùn)動(dòng)員的崛起，我國(guó)的跳高運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)。為了更好地發(fā)展跳高項(xiàng)目，必須深入研究我國(guó)優(yōu)秀跳高運(yùn)動(dòng)員的跳高技術(shù)、跳高特點(diǎn)，并與世界頂尖級(jí)跳高運(yùn)動(dòng)員對(duì)比，找出我國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員跳高技術(shù)上存在的不足并分析產(chǎn)生差距的原因，從而進(jìn)行針對(duì)性專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練，以盡快提高男子跳高水平。

1 研究對(duì)象及方法

1.1 研究對(duì)象 我國(guó)優(yōu)秀跳高運(yùn)動(dòng)員，2016里約奧運(yùn)會(huì)中國(guó)國(guó)家田徑隊(duì)成員張國(guó)偉，身高 1.95 米，體重 78 千克。比較對(duì)象：9 名美國(guó)優(yōu)秀男子跳高運(yùn)動(dòng)員，平均身高 1.90±0.26 米，平均體重 78.8 ±10.22千克。

1.2 研究方法

1.2.1 影像拍攝 采用兩臺(tái)定位攝像機(jī)（SONY-1000E）進(jìn)行定量錄像拍攝。將一臺(tái)攝像機(jī)設(shè)置在橫桿前方與橫桿垂直的方向，另一臺(tái)攝像機(jī)設(shè)置在橫桿的左側(cè)與橫桿平行的方向。拍攝助跑最后一步和起跳過(guò)桿的全過(guò)程。在拍攝的過(guò)程中，攝像機(jī)的拍攝頻率為50 赫茲。

拍攝時(shí)，選取了張國(guó)偉跳躍高度為2.1米、2.15米及2.20米時(shí)的跳躍動(dòng)作，每個(gè)高度拍攝5次，共拍攝跳躍動(dòng)作15次，其中有效動(dòng)作14次。在其跳躍2.10米時(shí)，由于橫桿前方的攝像機(jī)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，放棄了動(dòng)作分析1次。

1.2.2 影像解析 使用Vicon nexus1.7軟件對(duì)采集的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì) 使用SPSS for windows 10.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。使用線性回歸（Linear regression analyses）來(lái)確定自變量與因變量之間的相關(guān)關(guān)系，回歸模型為：y=a ₀+Rx ₁1+e _o其中，y為因變量數(shù)值，x為自變量數(shù)值，R為相關(guān)系數(shù)，a _o為截距，e為誤差。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 助跑最后一步技術(shù)特征分析endprint

2.1.1 助跑最后一步助跑速度

助跑的目的是將水平速度最大限度地轉(zhuǎn)換為起跳垂直速度，而跳高技術(shù)的關(guān)鍵在于起跳技術(shù)，起跳技術(shù)受助跑的影響。背越式助跑的最后一步被確定為“擺動(dòng)腿著地期間至起跳腿著地瞬間”[1]，助跑最后一步處于助跑向起跳過(guò)渡的階段，起著“紐帶”作用[2]。有研究表明，助跑速度每提高0.1米/秒，在起跳時(shí)對(duì)地面的作用力增加12～16 千克[3]。肌肉的快速收縮牽拉及其牽拉的強(qiáng)度決定了肌張力的大小。故加快助跑速度，縮短起跳時(shí)間，使肌肉快速收縮發(fā)揮出更大的力量[3]。所以必須保持較高的助跑水平速度以保證起跳時(shí)獲得較高的垂直速度。表1數(shù)據(jù)顯示，本次測(cè)試中張國(guó)偉的最后一步助跑速度的平均值為7.41 米/秒，最大值為7.68 米/秒，最小值為6.91 米/秒。美國(guó)跳高運(yùn)動(dòng)員最后一步助跑速度的平均值為7.52 米/秒，最大值為8.00米/秒，最小值為 6.90 米/秒。二者均值差異0.11米/秒，沒(méi)有明顯差異，雖然張國(guó)偉最后一步助跑速度偏低，可能影響起跳后的垂直速度，但沒(méi)有數(shù)據(jù)表明張國(guó)偉現(xiàn)在應(yīng)該提高助跑速度。

2.1.2 助跑最后一步落地時(shí)軀干側(cè)傾角

由于弧形助跑過(guò)程中產(chǎn)生離心力，人體為了克服離心力的作用，保持起跳時(shí)的平衡，助跑時(shí)身體必須向內(nèi)傾斜，這不僅有利于提高起跳速度，保證起跳腿的最大蹬伸，還有利于身體的繞軸旋轉(zhuǎn)[4]。當(dāng)身體趨于內(nèi)傾時(shí)，重心自然隨著身體內(nèi)傾的方向向下移動(dòng)[5]，減少了起跳瞬間的能量損失，利于助跑水平速度最大限度地轉(zhuǎn)換為起跳垂直速度。助跑最后一步落地時(shí)軀干側(cè)傾角作為評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)員助跑技術(shù)的指標(biāo)之一[6]，其大小直接影響起跳和過(guò)桿的效果。如表2所示，本次測(cè)試中張國(guó)偉最后一步助跑落地時(shí)軀干側(cè)傾角平均為8度，最大14度，最小0 度。而美國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員最后一步助跑落地時(shí)軀體側(cè)傾角平均為17度，最大28度，最小為3度。與這些美國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員相比，張國(guó)偉助跑最后一步落地時(shí)軀干側(cè)傾角明顯偏小。助跑最后一步落地時(shí)軀干的側(cè)傾角與助跑最后兩步的方向有關(guān)。助跑最后兩步的方向越接近于直線，軀干的側(cè)傾角就越小。因此，張國(guó)偉軀干側(cè)傾角偏小可能意味著他最后兩步助跑弧度比較小，更接近于直線。當(dāng)出現(xiàn)直線助跑或者折線助跑時(shí)，不但影響助跑的速度和節(jié)奏，還容易形成直腿擺動(dòng)和旋風(fēng)擺腿，影響后續(xù)動(dòng)作的完成[4]。騰起角是運(yùn)動(dòng)員起跳蹬離地面瞬間，身體重心的騰起方向與水平線之間的夾角[7]。據(jù)表1的數(shù)據(jù)分析，張國(guó)偉的騰起角與起跳垂直速度和重心最大高度有一定關(guān)系，如圖1a和圖1b。雖然相關(guān)度不是很高，但我們的生物力學(xué)數(shù)據(jù)表明這一夾角越小，越有利于張國(guó)偉獲得起跳垂直速度和重心最大高度，這在一定程度上提示張國(guó)偉應(yīng)該增加最后兩步助跑的弧度。

2.2 起跳階段技術(shù)特征分析

2.2.1 身體重心騰空高度

身體重心騰空高度在很大程度上決定跳高的成績(jī)[8]，起跳垂直速度是影響騰空高度的主要因素。起跳過(guò)程中身體重心騰空高度與起跳離地瞬間的垂直速度成正比[6]。張國(guó)偉在本次測(cè)試14 次試跳中的起跳垂直速度平均為4.26 米/秒，最大4.40 米/秒，最小4.07米/秒。美國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的起跳垂直速度平均為4.35米/秒，最大4.50米/秒，最小4.15米/秒。張國(guó)偉起跳垂直速度平均速度比美國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員差0.09米/秒。圖1c和圖1d所示，所得生物力學(xué)數(shù)據(jù)表明起跳垂直速度是影響張國(guó)偉騰空高度和重心最大高度的主要因素，起跳垂直速度越大，騰空高度和重心最大高度越高。

2.2.2 身體重心的最高點(diǎn)距橫桿的距離

張國(guó)偉起跳垂直速度受其垂直于橫桿方向的起跳距離的影響。由于助跑起跳后在空中的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)無(wú)支點(diǎn)的斜拋運(yùn)動(dòng)，起跳離地瞬間的速度和騰起角度決定了人體重心的空中運(yùn)動(dòng)軌跡[9]。身體重心騰起高度既已確定，則該拋物線最高點(diǎn)的理想位置應(yīng)該是橫桿的垂直上方，這樣才能最大限度地利用騰空高度[9]。垂直高度取決于運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)的空中姿勢(shì)和過(guò)桿時(shí)的身體動(dòng)作[6]。從表3可以看出，這一起跳距離在-0.04米時(shí)起跳垂直速度最大，如圖1e。也就是說(shuō)，要獲得最大的起跳垂直速度，從平行于橫桿的方向看，張國(guó)偉起跳腳離地時(shí)重心應(yīng)該在起跳腳尖外側(cè)0.04米的位置。這就是說(shuō)，從平行于橫桿的方向看，張國(guó)偉起跳時(shí)身體越直越好。這次測(cè)試中，張國(guó)偉在大多數(shù)試跳中起跳時(shí)身體都有向橫桿方向傾倒的趨勢(shì)，即在起跳過(guò)程中就開(kāi)始向橫桿方向倒體了，雖然動(dòng)作不大，但足以影響起跳的垂直速度。

2.3 過(guò)桿動(dòng)作技術(shù)特征分析

最大過(guò)桿高度是對(duì)運(yùn)動(dòng)員成績(jī)潛力的一個(gè)度量。這一高度與重心最大高度高度相關(guān)，重心最大高度越高，最大過(guò)桿高度就越高，如圖1f。騰空高度是重心最大高度的重要組成部分[10]。據(jù)表3，張國(guó)偉14次試跳中平均騰空高度為0.92米，最高0.99米，最低0.85米。張國(guó)偉的重心最大高度和最大過(guò)桿高度都與騰空高度高度相關(guān)，騰空高度越高，重心的最大高度和最大過(guò)桿高度就越高，如圖2a和圖2b。這說(shuō)明騰空高度起跳高度是決定重心最大高度的另一個(gè)因素。起跳高度受多重因素影響，包括身高體重、訓(xùn)練年限、力量素質(zhì)、速度素質(zhì)、起跳階段的用力特點(diǎn)等[11]。與騰空高度不同，對(duì)于跳高成績(jī)來(lái)說(shuō)起跳高度并非越高越好。在給定身體條件和狀況下，每個(gè)運(yùn)動(dòng)員都有一個(gè)獲得最大垂直起跳速度的最佳起跳高度。這次測(cè)試中獲得的生物力學(xué)數(shù)據(jù)表明張國(guó)偉的最佳起跳高度在 1.33米左右，如圖2c。

張國(guó)偉的14次試跳中，只有一次試跳的重心最大高度低于橫桿高度。 在2.10米的4次試跳中有1次試跳失??；在2.15米的5次試跳中有2次失敗；在2.20米的5次試跳中有3次失敗。在這6次失敗試跳中，有 3次是最大過(guò)桿高度低于橫桿高度，其中1次重心最大高度也低于橫桿高度。在這14次試跳中，張國(guó)偉的最大過(guò)桿高度比重心最大高度平均低 0.08米，最大低0.11米，最小低0.05米。美國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的最大過(guò)桿高度比重心最大高度平均低0.04米，最大低 0.08米，最小高 0.01米。最大過(guò)桿高度接近重心最大高度的程度主要取決于運(yùn)動(dòng)員的過(guò)桿動(dòng)作和身體姿勢(shì)。與美國(guó)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)相比，張國(guó)偉騰空之后明顯背弓不足，這是其最大過(guò)桿高度比較大地低于其重心最大高度的主要原因。起跳后盡快放下擺動(dòng)腿可能有助于張國(guó)偉過(guò)桿的背弓動(dòng)作。endprint

張國(guó)偉最大過(guò)桿高度相對(duì)于橫桿水平位置的變化受他重心最大高度相對(duì)于橫桿水平位置變化的影響，最大重心位置距離橫桿越近，最大過(guò)桿高度距離橫桿就越近（如表3、圖2c）。圖2d顯示，重心最大高度相對(duì)于橫桿的位置受垂直于橫桿方向的起跳水平速度的影響，垂直于橫桿的起跳水平速度越大，重心最大高度越遠(yuǎn)離橫桿。圖2f進(jìn)一步表明垂直于橫桿的起跳水平速度主要受助跑最后一步垂直于橫桿的水平速度影響，助跑最后一步垂直于橫桿的水平速度越大，垂直于橫桿的起跳水平速度就越大。生物力學(xué)數(shù)據(jù)最后表明張國(guó)偉最后一步助跑的水平方向角夾角是影響他最后一步助跑垂直于橫桿方向的水平速度的主要因素。助跑最后一步的水平方向角代表助跑最后一步的水平速度方向。這一水平方向角越大，垂直于橫桿的水平速度就越大。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明張國(guó)偉應(yīng)該選擇比較小的助跑最后一步水平方向角，以使他的最大過(guò)桿高度穩(wěn)定在橫桿的上方，從而提高實(shí)際過(guò)桿高度的穩(wěn)定性。依據(jù)表1，目前張國(guó)偉助跑最后一步的水平方向角平均在39度，最大42度，最小37度。美國(guó)優(yōu)秀男子跳高運(yùn)動(dòng)員助跑最后一步的水平方向角平均為44度，最大52度，最小37度，助跑倒數(shù)第二步的水平方向角平均為55度， 最大61度，最小48度，比助跑最后一步平均大11度。因此，張國(guó)偉助跑倒數(shù)第二步的水平方向角可能應(yīng)該在48到53度之間。

3 結(jié)論

雖然這次測(cè)試之前張國(guó)偉沒(méi)有進(jìn)行調(diào)整，測(cè)試中也只試跳了 2.20 米以下的三個(gè)高度，但是從我們采集到的數(shù)據(jù)來(lái)看，其起跳垂直速度最高達(dá)到了4.40 米/秒，說(shuō)明他表現(xiàn)出了比較高的體能水平，所以這次測(cè)試中獲得的數(shù)據(jù)應(yīng)該具有一定的代表性，分析的結(jié)果也應(yīng)該是比較可靠的。

張國(guó)偉跳高技術(shù)的特點(diǎn)可以概括為：1）助跑最后兩步弧度較小接近直線；2）助跑時(shí)重心比較高，最后一步落地時(shí)重心較高；3）起跳點(diǎn)距離橫桿過(guò)近造成最大過(guò)桿高度遠(yuǎn)在橫桿后面；4）助跑最后一步方向不穩(wěn)定造成起跳時(shí)垂直于橫桿的起跳水平速度不穩(wěn)定因而實(shí)際過(guò)桿高度不穩(wěn)定；5）騰空后背弓不夠造成最大過(guò)桿高度遠(yuǎn)低于重心最大高度。

4 建議

4.1 將每個(gè)高度的起跳點(diǎn)向遠(yuǎn)離橫桿方向平移0.08米。試跳2.10米、2.15米和2.20米的起跳點(diǎn)距離橫桿的水平距離分別應(yīng)為1.00 米、1.02米和1.10米。

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4.2 選擇助跑最后一步中較小的一個(gè)水平方向角，提高起跳水平速度的穩(wěn)定性，減小重心最大高度處相對(duì)于橫桿水平位置的垂直位移差，提高實(shí)際過(guò)桿高度。

4.3 起跳盡全力垂直向上跳，避免過(guò)早倒體。

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4.4 騰空后充分背弓減小最大過(guò)桿高度與重心最大高度的差，提高重心最大高度的利用率。

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