健美操转体180°直体屈曲成俯撑动作的生物力学分析,运动生物力学论文

健美操转体180°直体屈曲成俯撑动作的生物力学分析,运动生物力学论文难度动作的编排和完成情况是影响竞技健美操水平的重要因素。国际体联FIG,2001-2004年〔2003年版〕难度评分规则有4组342个难度动作。其中C组跳跃类难度动作185个，占54.09%,且有不断递增之势。这足以表示清楚C组难度动作的完成情况对整套动作的评定具有至关重要的作用。世界竞技健美操诸强的套路编排中也以大量高分值的C组难度动作的编排作为得分利器。笔者从运动生物力学的研究角度切入，运用有关运动学理论对竞技健美操C组难度中0.6分值的转体180直体屈曲成俯撑〔C546〕难度动作进行研究与分析，对该动作的力学基础理论进行综合分析，希望能给广大健美操工作者以帮助。1研究对象与方式方法1.1研究对象以武汉体育学院健美操队三名不同运动等级的男性运发动为测试对象，基本情况见表1.【1】1.2研究方式方法利用两台日产松下NV-MD9000摄像机采用定点、定焦、定距的方式进行同步〔外同步〕拍摄，曝光时间为1/500s,频率为50f/s;采用美国ARIEL三维图像解析系统对运发动的技术动作进行解析。2结果与分析2.1三名运发动身体重心速度特征分析李智在X方向上的速度最大为1.739m/s;严跃辉在Y方向上的速度最大为0.782m/s;刘号在身体下降触地时最大速度为3.397m/s.从图1曲线可见，三名被试对象在助跑起跳阶段水平运动速度均呈快速上升波形。这是由于C546难度动作要求运发动一步助跑的原因。严跃辉在一步蹬伸时，身体重心随即在垂直方向完成起跳，而另外两名运发动则有一个向前、向上运动的经过。身体重心速度在Y轴左右方向上的特征，直观反映了运发动在完成前进式转体类动作时，肢体平衡控制能力的强弱。三名测试对象在助跑、蹬伸经过中，均保持了良好的平衡性，即没有出现幅度过大的左右晃动现象。李智最大的Y轴重心速度0.717m/s出如今1.420s处，为转体阶段；严跃辉也于转体阶段出现了最大Y轴重心速度0.782m/s;而刘号则在2.0s时，出现0.938m/s的Y轴重心速度。华而不实刘号在转体接卧撑时，身体左右移动幅度较大〔见图2〕.身体重心速度位于Z轴垂直方向的变化情况是反映该难度动作腾空高度、质量好坏、观赏性怎样的直接评价标准。踏跳阶段，李智、严跃辉重心速度呈加速上升经过，严跃辉到达2.144m/s,大于李智的1.896m/s;而刘号的起跳准备时间过长，其速度只要1.621m/s,是影响其蹬伸垂直速度的因素之一。严跃辉在蹬伸转体经过中重心速率最快，与其身高较高有一定的关系。在起跳高度相差不大的前提下，需要提高转体速率，来减少完成动作所要消耗的时间。这也符合运动生物力学中增大转动速度进而来减少转动惯量的相关理论。2.2三名运发动身体重心位移特征分析李智、严跃辉、刘号三人在完成该动作经过中，身体在Y〔左右〕方向的位移偏转幅度均较小。在X〔水平〕方向上，李智重心位移运动了0.696m;严跃辉重心位移运动了0.809m;刘号则为0.771m.C546难度动作决定了运发动在保持水平方向运动的同时，其左右方向不产生较大的运动幅度，而在垂直方向，由于伴随助跑起跳与蹬伸腾空会出现重心垂直位移现象。Y轴方向上，李智的身体平衡控制力最突出，由其曲线的近似水平，即反映其身体空中姿态较好，未出现左右晃动现象；严跃辉、刘号则在动作结束时，身体出现左右方向上的位移移动，华而不实刘号最为明显。这与以上所述的Y轴重心速度变化也是呈对应关系的。由于此时肌肉做退步忍让性工作来更好地使拉长的肌肉进行后继性收缩，将弹性势能转化为动能，进而产生控制肢体稳定的必要能量。这些来自于腰背等核心肌群的收缩。递增的双波峰图形反映了运发动在Z轴方向上两次起跳中重心垂直位移的变化情况。在助跑起跳时刻，李智、严跃辉的起跳高度相差不大，基本到达0.8m;而当第二次蹬伸起跳时，李智的重心则到达最高为1.048m,其余二者均低于此高度。华而不实刘号的两次起跳高度均低于前两名运发动。此差异除了应考虑训练水平、技术动作、气力差异外，还应考虑运发动的身高、体重等影响因素。2.3三名运发动完成C546难度动作的时间特征三名运发动在完成此动作时，刘号的起跳蹬伸准备时间较长，为0.8s;严跃辉空中转体上挺的用时最短，仅用时0.48s完成。因而严跃辉完成整个动作所用总时间只要2.580s;李智完成该动作所用总时间为2.66s;刘号用时2.72s完成该动作〔见表2〕【2】运动生物力学肌肉学讲强调肌肉的松弛原理。缓冲时间过长不利于肌肉弹性势能的利用[44],因而，起跳缓冲阶段应在最大拉长肌肉初长度的情况下，减少用时。刘号的助跑用时0.800s就显得过长。但这并不是一味的要求缩短起跳助跑时间，而是要求在有效的时间内使关节、肌肉充分牵拉、伸展至能够获得更大的反作用力的前提下，以到达身体获得更大冲量的目的。如若只以单纯的减少启动时间为目的，而下肢各肌肉、关节没有得到牵拉到位，就缺乏以产生较大的冲量。在上升阶段完成转体180并屈曲躯干，压低重心，躯干和腿部都要进行快速收缩，两腿伸展与躯干接近成平行直线。这就对在有限的空间内完成复杂肢体动作的难度提出了要求。身材适中、气力素质优秀、腾空高度出色的运发动就能够顺利地到达完成此动作的相关要求。严跃辉在蹬伸起跳经过中用时最短，其实就是由该运发动的身高所决定的。严跃辉身材较高的特点决定了其必须通过提高转动速度来完成减小转动惯量的要求，否则就无法完成该动作的空中转体上挺要求；而提高转动速度则相应要求肌肉的爆发力提高，这就在时间上有所具体表现出。2.4三名运发动完成C546难度动作的髋、膝关节速度特征分析李智助跑踏跳至重心第一个低点时，右膝最大屈曲角度为136.29，左膝最大屈曲角度为122.14，腾空转体时刻，右膝最大屈曲角度为77.99，左膝在同等状态下的屈曲角度为70.94；严跃辉在腾空转体前，左右膝关节屈曲角度较接近，到达96左右，而踏跳时刻，重心最低点处，右膝屈曲只要159.16，左膝屈曲则有121.43；刘号在踏跳时刻，重心最低点处，右膝屈曲只有142.70，左膝屈曲则有122.29。除此之外，三名运发动在两腿落地缓冲时，左右两腿膝关节速度相差都很小，讲明此刻两腿动作幅度已基本同步。此后左右膝关节速度均呈下降趋势，关节速度到达第一波谷时，是为两腿落地缓冲最大后开场蹬伸腾空动作。至腾空转体至重心最高点时，李智左膝关节速度为4.731m/s,右膝关节速度为4.520m/s;严跃辉左膝4.920m/s,右膝4.322m/s;刘号左膝4.300m/s,右膝4.331m/s.随后肢体屈曲，两腿抬伸与躯干呈水平近似，膝关节速度开场迅速增大，至躯干下压时，双腿打开，两膝速度开场减小。左腿膝关节运动速度明显比右腿要快，结合动作视频分析，在腿部蹬离地面后，人体要做向左后转体180，所以左膝腿会较右膝腿先摆动，为了带动身体的向上腾空转体，左腿的速度要比右腿速度要快。在两腿蹬离地面后进入腾空阶段，两腿膝关节速度先迅速增大，至最大值后又迅速减小，左右腿膝关节向躯干收缩。随后，躯干要进行下压动作，故两膝速度开场减小。在下降经过中，两腿同时伸展与躯干成直线，两腿膝关节又开场加速，在身体成俯撑落地霎时，两腿膝关节速度基本一致。在最后落地缓冲经过中，两腿膝关节速度变化基本一致。2.5三名运发动完成C546难度动作的髋、膝关节角度特征分析健美操评分规则中对于各个动作一大考量标准就是观察其空中的身体姿态，而各动作的关节角度则直接反映身体姿态的优劣。髋、膝关节角度的变化情况，不仅与运发动髋、膝关节角的发力状况对应，也与整个动作连贯性、完成程度息息相关。在助跑起跳后的缓冲阶段，三名运发动随着身体重心的下降，膝关节夹角均出现了减小。这符合肌肉工作原理中拉长下肢肌群初长度的要求，即提高肌肉与肌腱的弹性势能，增大下肢肌群的收缩力[47].运动生物力学肌肉松弛原理告诉我们，膝关节屈曲135为最佳起跳角度，因而若要获得良好的起跳效果，膝关节不能过度屈曲，也不能屈膝缺乏，否则肌肉会出现应力松弛现象，或产生主动力缺乏，导致其肌力下降。另外，膝关节的弯曲度增大也会导致起跳时间的延长，这对于爆发式蹬伸动作极为不利。因而，蹬伸缓冲经过应在一定范围内保持较合理的膝关节屈曲角度，以到达缩减缓冲时间、增大起跳腿蹬地气力、提高起跳速度的目的。在起跳蹬伸阶段，两髋角度呈明显递增趋势，在蹬离地面霎时，左、右髋角变化最大的为李智，其分别到达157.29和129.45左右，左右髋角速度为右髋2.29m/s,左髋1.82m/s;在腾空上升期，刘号的髋角角度于速度都处于最小值，其左髋角是54左右、右髋角是46左右，髋角速度为右髋0.4m/s,左髋0.5m/s;严跃辉在空中转体经过中，当重心处于最高点处，左右髋角分别为136.90与142.20，此时对应的髋角速度分别为1.3m/s与1.15m/s.3结论〔1〕三名运发动均能较好地完成C546的难度动作，其关节用力顺序基本符合运动生物力学的规律。华而不实李智、严跃辉动作稳定性较好，刘号落地稳定性欠佳，且在Y轴方向晃动幅度较大。〔2〕严跃辉在蹬踏腾空前的重心速度较快，与其身高较高存在一定的关系，但其并未产生最大的垂直方向的重心位移。〔3〕三名运发动腾空起跳阶段的膝关节屈曲角度较小，不利于产生较大的腾空高度。〔4〕刘号的助跑准备时间过长，直接影响到其起跳高度与起跳速度