从运动生物力学角度对单杠屈伸上的理论与技术分析.doc

从运动生物力学角度对单杠屈伸上的理论与技术分析摘要：运用运动生物力学方法，对单杠屈伸上动作的技术原理进行分析，从中找出练习中常见的错误技术并分析，同时提出相应纠正错误技术的建议，为教学和训练提供理论依据，提高教学水平和质量。关键词：单杠；屈伸上；生物力学分析竞技体育的发展, 越来越离不开科技的支撑, 不同运动项目科研的侧重点不同。对于技巧类项目, 各种动作技术生物力学原理的研究尤为重要。在竞技体操项目中, 单杠是一项典型的弹性器械运动, 其摆动、回环、腾越、脱手再握都是该项目的特征性动作。通过对这些特征动作的生物力学原理探讨和分析,有助于我们对弹性器械运动一般原理和基本规律的认识和理解, 更有利于把握用运动生物力学原理分析和解决动作技术问题的思路和方法, 有效提高竞技水平。1.单杠中基本动作技术原理单杠直角悬垂屈伸上是典型的后摆屈伸类动作，是体育院系体操教材的重要内容之一也是各级水平运动员所必须掌握的一个基本动作。它在发展练习者躯干上下肢诸肌群的肌肉力量培养身体协调用力等方面均有着良好的作用。对于单杠屈伸上，苏联医学博士伊万尼茨基教授曾论述到：“单杠屈伸上对于那些肌肉虽很发达，但没有掌握这个练习的人来讲，是一个相当困难的练习；但对体操运动员来讲，这则是一个非常容易的练习”。从这我们可以略微知道，单杠屈伸上的完成，主要不是取决于肌肉力量的大小，而是技术掌握的正确与否，动作用力顺序以及衔接是否符合运动生物力学原理。通过分析单杠项目特点，可把单杠动作分成摆动、回环、振浪、飞行等几大类，结合相关运动生物力学知识和理论，对单杠屈伸上的摆动动作一般生物力学原理进行分析知道：单杠是以摆动动作为主的器械运动, 慢用力动作或者静力平衡动作在项目中已经不复存在。因而分析摆动动作即抓住了单杠运动的核心问题。单杠的摆动通常有下摆、兜腿、上摆几个部分组成。1.1下摆技术原理在下摆过程中, 重力是动力, 通过人体重心的重力线对手握单杠的支点产生力矩, 加速人体绕单杠的转动。对某一具体的运动员来说其重力的大小是不变的,只有通过改变握点到人重心的距离来调整下摆力矩的大小, 从而调控下摆速度。例如在单杠大回环动作中要想获得更大的下摆速度, 下摆时就要尽可能地顶肩、脚尖远伸, 沿最大的弧线运动, 保持重心到单杠的距离始终处于最大值的位置上, 以便使人体在整个下摆过程中获得最大力矩的作用, 这就是最大重力矩原理。1.2兜腿“鞭打”技术原理 单杠具有一定的弹性,如何充分利用单杠的弹性来增加回环速率,加大腾空高度, 完成更大难度的动作是单杠技术的关键。兜腿“鞭打”技术是人体在大回环运动中,下摆接近杠下垂线时,做髋关节快速屈伸动作、加速脚尖的摆动,整个下肢形成“鞭打”运动。单杠是一个弹性体,人体在回环动作中不但受重力的作用,也受单杠弹性力的作用。如何充分利用单杠的弹性势能,增加人体的动能,使之获得理想的腾起初速度,是兜腿技术的关键。由弹性势能公式EK=1/2KX2可知, 单杠弹性势能的大小取决于单杠形变深度X,单杠向下形变越大,人体上摆时,就能使更多的弹性势能转为人体的动能;而要使单杠产生更大的形变深度, 只能在回环至杠下垂线附近时通过“沉肩”和顺势做爆发式的兜腿动作来实现, 其兜腿强度越大( 加速度越大),人体给予握点向下作用力越大,单杠向下产生的形变也就越大,在人体上摆过程中单杠就能释放出更多的弹性能。1.3上摆技术原理上摆技术是充分利用人体在下摆和兜腿阶段已获得的动能和弹性势能来完成各种转体、腾越和下法等动作。在上摆过程中, 重力对人体的运动作负功, 使人体运动速度逐渐减慢, 人体绕单杠的转动速度减慢程度主要由重心到单杠握点的水平距离确定, 因此为了保持更大的运动速度, 运动员可以采用一定的技术来缩短回环半径, 即减小重心到单杠的距离。如单杠向后大回环运动中, 采用屈髋屈肩动作使重心靠近单杠, 在人体重心上摆至接近杠上倒立位置时再通过伸髋、顶肩使重心上升到杠上倒立位置, 完成整个大回环动作。同样在腾身回环、正掏、反掏等摆动动作中都有各自缩短半径的技术和技巧。2.单杠直角悬垂屈伸上技术分析单杠直角悬垂屈伸上，是后摆屈伸组动作，其作法是：身体由后摆极点开始，在前摆接近极点时收腹，举腿，成屈体悬垂，当身体回摆至杠上垂直部位时，两腿沿杠面向前上方伸出，同时直臂压杠、跟肩，使身体上至支撑部位。为便于分析研究，根据能量的转换和利用关系的特点，可将动作分为相互联系的两个阶段：准备阶段即储备能量阶段、完成阶段即利用能量阶段。2.1 准备阶段即储备能量阶段由后摆极点开始，向前摆动成屈体悬垂回摆。该阶段的主要任务是为完成动作做好准备。适宜的摆动：单杠屈伸上是以单杠为固定轴的转动运动，人体所要储备的机械能主要是转动动能，它是通过身体的摆动获得的。因此,要首先分析摆动技术。根据机械能转换关系和机械能守恒定律可知，动能和位能可以相互转换。由Ep=mgh,重力位能与物体质量M和物体位置的相对高度H的乘积成正比.从技术原理上讲,身体后摆越高,所储备的机械能越大.对完成动作就越有利。对初学单杠屈伸上的人来讲,摆动越大,固然有助于完成动作,但对练习者完成动作的技术也提出较高的要求. 我们在实践中常能看到初学者由于摆过高而难于控制身体,给完成动作造成了困难。所以，适宜的摆动幅度对动作的完成有一定的影响。一般说来,当身体后摆至杠后回45度就可以了。直臂松肩阶段：就是在摆动的过程中要臂伸直肩放松。直臂是肘关节周围肌群做加固工作，使臂处于伸直状态。松肩使肩关节前群的肱肌、三角肌前部和肱二头肌做远固定收缩。使肩关节前屈，其实质是为了拉长斜方肌，背阔肌、大小圆肌等伸肩肌群的初长度，储备肌肉能量。重点是直臂松肩增大了身体的转动半径，根据I=mr2知道，这样就是增大了身体的转动惯量。前摆阶段：当身体前摆接近杠下垂直卑微时，要挺腹、伸髋、留腿。这样为下面的收腹据退储备了肌肉能量，使原来稍屈的关节得到伸展，加大了身体的转动半径，也就相应增大了转动惯量，从而调整了摆动的速度，使身体得到适宜的摆幅。在实践过程中很多时候是因为后摆或者前摆幅度太大而造成身体失控，给完成动作造成了困难，所以适宜的摆幅也是完成单杠屈伸上的关键。屈体回摆阶段：当身体前摆接近极点时，要迅速收复举腿，两脚面接近杠面，身体成屈体悬垂姿势。收腿身体前屈为完成动作储备了必须的弹性势能，通过能量之间的转化最后转化为动能完成动作。单杠屈伸上主要是依靠的髋关节的屈伸这一动作特点来完成的。因此人体弹性势能的储备，对动作完成有着决定性的意义。根据E弹=1/2ks2可知，增大人体弹性势能，就要增大人体的形变量S。所以，身体前摆接近极点时，要尽量地屈体使两脚面接近杠面；由转动力学原理Ek=1/2Iw2，可知，人体转动动能等于人体转动惯量和角速度平方乘积的一半。因此，人体转动能量的大小，取决于人体的转动惯量和角速度，但角速度的影响要大。由于屈体大大缩短了人体回摆时的半径，从而减少了人体转动惯量，相应增大了角速度，所以为完成动作储备了较大的机械能；又根据肌肉工作的特点：预先拉长肌肉的初长度，可增强肌肉的弹性回缩力。总体而言，屈体拉长了使身体伸展的骶棘肌，臀大肌和大腿后群肌群，使这些肌肉在最后用力时爆发出了强大的力量，为完成动作创造了有利条件。2.2 完成阶段即利用能量阶段在动作完成阶段最重要的几个关键点就是正确掌握用力时机、充分利用力偶效应、准确控制伸腿方向、注意肌肉的协调用力顺序。1）根据力学原理知道：身体重心回摆至垂直部位时，转动动能最大，此时用力可以最大限度地利用动能，更好的完成动作。由于提不是单纯的刚体，身体各个环节位置的变化都会影响身体重心的改变。当身体前摆屈体时，身体重心已经前移。所以，实际的用力实际应该是当屈体回摆，肩部刚过杠下垂直部位的瞬间，因为这时的身体重心正好摆至杠下垂直部位。2）充分利用力偶效应：最后用力阶段，身体重心的位置由远端变为近端，使身体旋转轴与器械轴的关系发生了变化，即由原来的单杠为轴心的摆动，变成了以腹部和单杠为轴心的转动。这种转动时由腿部向下运动和上体向上运动这样一对大小相等、方向相反，不作用在同一直线上的平行力，即形成了新力偶。根据力偶原理，力偶对人体的转动效应，一方面取决于一对力的大小，另外还取决于一对力作用线间的距离，即W=Fd。因此，在最后用力过程中，要始终保持臂伸直状态，以保持较长的力偶臂，从而给身体的转动创造有利条件。3）控制伸腿方向：身体重心靠近横杠，腹部、手、单杠共同形成了力偶的支点，这样才有力偶的存在。可见，形成力偶，并保持力偶的运动状态的关键!是身体重心靠近横杠。而重心的运动轨迹与伸腿方向有着很大关系，伸腿方向正确，会使重心由最低点垂直上升到杠面；否则，会增大身体的重力臂，使身体重心下降。因此，必须强调伸腿的方向，其正确技术是：两腿沿杠面向前上方伸出，并在伸腿后立即制动，以加快上体的翻转。4）注意正确的肌肉用力顺序：为保持动作的连续性，其用力顺序首先要伸髋、送腿，使身体重心靠近横杠，同时，直臂压杠，跟肩，在力偶作用下完成动作。综上所述，单杠屈伸上的动作要领就是：适当的摆幅，摆动过程中直臂松肩，前摆接近极点时，迅速举腿，屈体在身体重心回摆至杠下垂直部位时，两脚沿着杠面向前上方积极伸出，同时直臂压杠跟肩，使身体旋转至支撑部位。3.常见错误技术的产生与分析单杠屈伸上使典型的后摆屈伸类动作，在练习过程中常出现的错误技术主要有：伸腿方向不正确，屈臂，用力时出现拉扯动作，发力的时机错误等等。从生物力学角度出发分析，这些常见错误技术的产生都是有违背基本的力学原理导致的。比如：伸腿方向不正确，过高或者过低。根据力学原理，在组后用力阶段，要尽量减少转动惯量，相应增大角速度。伸腿方向过低，即向下打腿，加大了身体的转动半径。半径增加必然导致转动惯量增大，由于转动惯量与角速度成反比，所以，相应地减少了角速度，这样就不利于身体旋转至支撑。另外，伸腿方向低导致了肩带肌和上肢肌的负担加重，连带结果就是造成屈臂的错误，而从力偶原理又可知，保持较长的力偶臂才能有利于动作的完成。4.错误技术的纠正及教学方法对于错误动作的纠正，有效的方法是强化概念教学，即建立明确的动作概念，并使之有正确的肌肉感觉，这对初学者来说是非常重要的。概念上的错误，往往是产生错误技术的原因，若不及时纠正引导，等到建立了错误动作的动力定型就很难再予以纠正，所以这就要求初学者在学习之初一定要有正确的动作概念。由于同一类动作在技术原理和肌肉工作特点上是有一定必然关系的，这些练习之间起着相互促进相互补偿的作用。正因为这样一种联系我们可以采用诱导法即辅助联系的方法予以纠正。比如：双杠的挂臂屈伸上，从动作结构上来看，与单杠屈伸上有着类似的地方。有所不同的是，双杠挂臂屈伸上的臀部位置较高，重心靠近握点所以比较容易掌握伸腿的方向。形象教学，将单杠屈伸上的整个过程简化，以一种易于理解的工作形式帮助学生形成正确的动作概念。比如：将整个屈伸过程比喻成人在穿裤子的动作，利用形象关联帮助学生更好的理解屈与伸动作的内涵。这种方法在实际教学中得到证实是有利于学生理解动作的。5.结论单杠是以摆动动作为主的器械运动，其技巧性非常强。绝大部分动作都是以灵巧用力为主的，在完成动作过程中充分把握好人体重心，势能与动能之间的相互转化，转动半径与角速度之间的关系，肌肉之间的协调用力就能够很好的掌握单杠动作技术。但是，所有动作完成的前提是一定要有一定的身体素质作为基础，而其中力量素质又应是放在第一位的。这里所谓的力量素质是指人体核心力量素质，即腰腹力量素质。有了一定的力量素质保障才能在掌握动作技术要领的情况下提高其动作质量，确保动作完成质量和成功率。参考文献1体育院校通用教材运动生物力学M.北京：人民体育出版社.2全国体育学院教材委员会.体操M.高等教育出版社，2000,4