360旋风踢技术分析

跆拳道特技动作旋风踢的运动学分析付超1,潜沉香1,杨锋2(1.华北电力大学体育教学部,河北保定071000;2.湖南文理学院体育学院,湖南常德451000)摘要:运用三维录像解析法和运动生物力学方法,对中国跆拳道国家示范团4名队员的特技动作旋风踢进行解析,为跆拳道动作的技术教学和难度创新提供理论依据和技术参数。关键词:跆拳道;旋风踢;运动生物力学中图分类号:G804.62文献标识码:A文章编号:1006-2076(2009)01-0068-04收稿日期:2008-10-20作者简介:付超(1976-),男,山东兖州人,硕士,讲师,研究方向体育教学与训练。Biomechanicalanalysisof360°turningkickinTaekwondostuntFUChao1,QIANChen-xiang1,YANGFeng2(1.Dept.ofPETeaching,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071000,China;2.Inst.ofPE,HunanScienceandArts,Changde451000,China)Abstract:Thestudyanalyzedfoureliteathletesmotionof360°turningkickemployingbiomechanicaltridimensionalDTLmethod.TheresultsprovidedahelpfulreferenceforTaekwondotechnicalteachingandinnovation.Keywords:Taekwondo;360°turningkick;sportsbiomechanics360°旋风踢以类似武术中的旋风脚而得名。在完成踢击的瞬间,身体几乎达到与地面平行状态,踢击腿高高伸起指向目标,由于踢击腿绕着髋关节摆动的动作类似排球动作中的扣球,又被成为“旋风扣”,也因其整个动作过程攻击腿后离地而先行着地,单起单落,将其称为“单三”。为了尽快缩短我国跆拳道特技水平与国外演练者的差距,促进我国大众跆拳道运动水平的提高,为竞技跆拳道运动奠定更广泛的群众基础,笔者选取了以跆拳道横踢动作为基础,且具有跆拳道特技动作代表性的360°旋风踢动作进行运动学分析,以期为跆拳道动作的教学和训练提供理论参考。1研究对象与方法1.1研究对象以中国跆拳道国家示范团4名主力队员(均为全国大众特技锦标赛前3名)为研究对象,从测试他们总共试跳的几百次动作中,选取试做比较成功的10次旋风踢动作进行解析与研究分析。1.2研究方法1.2.1成果和文献资料,并参考武术、健美操等生物力学研究比较深入的项目,结合跆拳道的特点进行分析研究。1.2.2员和运动员,向其了解一些动作的技术训练手段和技术特征。1.2.3数理统计法对本课题测得部分数据采用SPSS12.0行统计计算。1.2.4摄像解析法于2007年8月l6馆对中国跆拳道国家示范团主力队员特技动作进行摄像。现场用两台带内时标的摄像机,拍摄速度为50帧P秒,每帧拆两场。两机主光轴互成70°夹角,对准动作平面中段,录制三维坐标框架后,再进行定点同步拍摄,使用美国Ariel录像解析系统进行解析,共解析630幅图像,截断频率为6Hz。2研究结果与分析动作示意图(见图1)是通过高速摄影的图像,按动作时间先后顺序依次有选择地节选几个示图模拟出来的。为便于分析,根据这类动作的技术结构、生物力学特征以及运动学原理,其动作可划分为三个阶段:踏跳阶段、进攻腿腾空鞭打360°的腾空阶段和落地阶段。图1跆拳道旋风踢动作示意图68第25卷第1期2009年1月山东体育学院学报JournalofShandongInstituteofPhysicalEducationandSportsVol.25No.1January2009©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.2.1动作整体特征2.1.1对4名运动员共计40次成功的旋风踢动作时间进行统计分析(见表1)。研究显示,动作从右脚上步蹬地开始到双脚落地动作结束,所需总时间为1124±0102s。其中踏跳可分为助跑、右腿的缓冲和右腿蹬地三个阶段。右腿缓冲蹬地时间为0120±0102s左右,蹬地时间为0118±0102s。蹬地时间少于缓冲时间,有利于身体获得更大的反作用力而获得更大的垂直速度。身体滞空时间为0150±0102s,落地缓冲时间为0136±0102s。在身体滞空的0150±0102s时间里,重心上升到最大高度的时间不能少于0124±0102s,重心从最大高度开始下落到右脚触地的时间不小于0126±0102s。右脚触地到左脚触地的时间为0136±0103s。落地缓冲时间的延长减小了地面反作用力,有利于保护运动员不受伤害。表1跆拳道旋风踢各动作阶段时间特征一览表动作阶段n.X(s)SD(s)动作时间百分比%累计时间(s)累计百分比%踏跳400.380.0230.65±1.610.38±0.0230.65±1.61腾空400.500.0240.32±1.610.88±0.0270.97±1.61落地400.360.0329.03±2.411.24±0.0210021112重心移动轨迹对技术动作稳定的赵某成功技术动作的重心移动轨迹描述见图2。动作从下肢蹬地开始到双脚落地动作结束,重心在垂直面内起落高度ΔH为0193±0101m。右腿缓冲蹬地时重心高度由1105±0101m下降为0195±0101m(图AB段),蹬地时重心上升为1116±0101m(图BC段)。身体腾空至重心上升到最大高度1187±0102m(D点),右脚落地时重心高度1102±0101m,至左脚触地站稳高度为0194±0101m(EF段)。整个动作过程在重心水平面内的位移为1134±0102m。重心速度由上步缓冲时的V水平=4158±0145mPs转化为V垂直=3175±0128mPs和V水平=0149±0114mPs。赵某踏跳时重心移动轨迹起伏小,水平速度较好地转化为垂直速度,空中动作流畅而呈现出完美的抛物线。腾空时间占整个动作时间的40%左右,与其他跆拳道类跳跃动作相比,腾空时间长,重心垂直面内最大位移达0193±0101m,躯干转动角度约540°,体现出难度的同时突出了技术的观赏性。图2旋风扣技术动作身体重心轨迹走向曲线图2.2踏跳阶段踏跳阶段是指运动员助跑到最后一步右脚触地瞬间到运动员右腿最大缓冲到运动员右脚离地瞬间这一过程。它包括三个动作特征画面,即右脚触地、右腿最大缓冲和右脚离地瞬间。该阶段的主要任务是通过助跑保持身体重心在一定水平速度的情况下,地面垂直反作用力使运动员身体重心获得尽可能的垂直速度,从而跳得更高,争取更多的空中停留时间,以便运动员有充足的时间完成空中动作;同时获得地面对人体的转动动能。在踏跳阶段,躯干角呈逐渐减小趋势,肩脚夹角由右脚缓冲落地时-25.2°±0.9°变为31.9°±1.1°,右脚蹬伸离地前减小。随着躯干角的变小,重心在提升的过程中偏离了支撑面,在减小右腿压力的同时,有利于收腹发力起腿。肩脚夹角的变化趋势,反映了旋风踢动作过程中,上肢制动带动下肢旋转的动作特点。2.2.1运动员侧身站立,右脚支撑重心,右脚踝、膝、髋关节依次迅速弯曲,蹬地获得地面对人体的反作用力,同时左脚前踮,迅速左移,身体左倾,重心移向左脚,同时获得对面对人体反作用力的水平分力,目的是获得人体向左的水平速度,便于完成后面的动作。2.2.2上步时左脚支撑,右脚内扣,转体,身体重心迅速靠向右腿,右膝关节、踝关节开始紧张,右脚踝、膝、髋关节依次迅速弯曲,重心下降失重,快速有力向下加摆双臂,增加身体的失重程度。此时,对运动员进行受力分析,只受重力G,与地面对人的支持反作用垂直力F,由牛顿第二定律,6Fi=md2rdt2=ma,在这里,F-G=ma,由于此时运动员在失重状态,F<G,取向上方向为正,则ma<0,即重心加速度为负,紧接着垂直力增大到相等然后超过体重F>G,加速度经历由负→零→正的过程。虽然此时加速度向上了,但上肢摆动带动重心下降,增大右腿压力,人体继续下降,直至达到下降到最低点,向上的垂直力F不断增大至最大,右脚在发力蹬离地面的同时,与地面接触的右脚应有向右运动旋转的用力趋势,便于获得地面对右脚向左的摩擦力f(即扭转力),从而得到向左的摩擦力矩Mf,使人体在后面动作中获得空中转体的初始向左的转动动能(受力分析如图3)。同时,双臂要开始上扬,随同左脚并迅速向左绕身体纵轴摆动,从右脚与地面支点远端游离环节的双手开始转体,从而便于在腾空时能带动整个身体旋转。这一时相主要是为获得腾空速度而缓冲积蓄能量。此时右手最大线速度达到11.35±1.08mPs,右膝角缓冲达到最小角度135.8±1.6°,右踝角也出现缓冲最小值(见表2与图4)。表2跆拳道旋风踢右腿最大缓冲运动学参数左踝角°右踝角°左膝角°右膝角°肩脚夹角°右手Vmax(mPs)110.4±0.970.2±1.2171.8±2.3135.8±1.631.9±1.511.35±1.0869付超,等跆拳道特技动作旋风踢的运动学分析No.12009©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.图3右脚缓冲时相受力分析图图4旋风扣动作膝踝关节角度变化曲线(SD=0.3)2.2.3关节角度变化曲线显示,随着缓冲时相重心的下降,右脚由脚跟着地过渡到全脚支撑,右踝关节角呈现迅速增大的趋势,右膝角伴随右脚积极前伸落地缓冲先增大后因支撑重心转体而减小,右髋角逐渐减小。当重心完全转移到右腿支撑时,关节依次伸展用力,人体获得地面对人体向上的最大垂直力F,由动量定理∫t1t2Fdt=∫ρρ12dp=P2-P1=mv2-mv1知,右脚快速有力蹬地,猛烈用力伸髋伸膝,急拉上体,增加对地面的冲力,获得更大的反作用力,从而获得更大的腾起垂直初速度V0和腾空高度H。由抛物线理论,H=V20sin2αP2g,若V0一定,蹬离角越大,抛物线越高,蹬离角(蹬离角是指人体重心与蹬离支点的连线和地面的夹角,这里借用竞技体操中的术语)越接近90°,垂直速度越大,能量损失越小,其相关系数(r=-0.68,P<0101)。蹬离时相,右腿髋、膝、踝关节角度均逐渐增大,其中右膝角加速度最大,达到(385.2°±1.7°)Ps。躯干角呈逐渐减小趋势,肩脚夹角由右脚缓冲落地时-25.2°±0.9°变为31.9°±111°,右脚蹬离前减小。随着躯干角的变小,重心在提升的过程中偏离了支撑面,在减小右腿压力的同时,有利于收腹发力起腿。肩脚夹角的变化趋势,反映了旋风踢动作过程中,上肢制动带动下肢旋转的动作特点。右腿蹬离时相特别要注意的是左腿的配合摆动。物体的转动惯量,是描述物体转动时保持原来转动状态不变的物理量,转动惯量越大,转动状态愈不容易改变。由分析可知,右腿从缓冲到最大蹬伸时,左腿离地积极上摆,左膝角逐渐增大至177°左右,左踝角先因蹬地增大而后保持一定角度,左髋角呈现带动左腿离地时减小而后随着左腿上摆而增大的特点(如图5)。由转动惯量公式I=6ni=1mir2i知,对于质量为m的质点,其半径越大转动惯量越大,半径越小转动惯量越小。左腿摆动时,运动员右膝做最大缓冲准备,做蹬伸时,左膝高摆伸直,有利于减小转动半径,从而减小转动惯量,增大摆动速度,这样加速摆所产生的惯性力和体重一起作用于右脚上,使右腿负荷加大,增加了肌肉的紧张程度,为更好地蹬伸做准备,提高了肌肉的弹性势能。图5旋风扣动作其他关节角度变化曲线(SD=0.3)注:肩脚夹角为双肩连线与双脚连线在躯干垂直面内的夹角2.3腾空阶段腾空阶段是指蹬离地面瞬间离地到完成转体到落地前的全过程,包括左脚摆动、右脚鞭打、下降共三个时相。躯干角在右腿达最高点时达到最小,右腿经过最高点后,躯干角逐渐增大。肩脚夹角在身体腾空后0.14s达到最大。随着两臂和左腿用力向上摆,当左腿摆动至约水平时,两臂、躯干、左腿共同制动,右腿积极蹬地并鞭打,左腿制动屈膝,肩脚夹角迅速减小,在右腿完成鞭打动作后0.28s达到最小值-66.1°±1.3°。2.3.1从右脚蹬离地面瞬时,由于人体仅受重力作用,不受外力矩的作用,则∫t2t1Mdt=I1ω1-I2ω2=恒定,角动量守恒。这一阶段的主要任务是利用起跳时获得的初速度和转动动能,得到腾空时间,完成后续的空中动作。人体从蹬离地面开始腾空瞬间,就开始转体,转体时都是头先于身体开始转体,由于颈部的解剖特点,头先转动便于转体信息通过视觉感受器提前传入大脑,为下一步转体做好准备,头先转体产生的角速度、角加速度刺激前进分析器,形成方向感觉,以便调节全身运动器官完成转体,并且转头时能引起牵张反应,有利于完成转体。根据动量距定理M·t=I纵ω纵,则ω纵=M·tI纵,绕身体纵轴转动惯量越小,转动角速度越大。所以为了能在较短的时间内完成转体动作,上半身转体时身体应充分伸直,两臂随身体纵轴转动,两肩胛外展,减小两臂对纵轴的距离,髋部要固定。此外,由于人体内脏、软组织和流动的体液都具有缓冲作用,对转体不利,所以在转体时,胸、腹要充分固定(用屏气的方法),加大内压,减少体内软组织的流动性,有利于能量的传递,便于转体。随着上体的转体,此时左腿的摆动已从右脚缓冲、右脚蹬离时相的配合摆动达到了最高点,立即屈膝下压,在动量矩的转移下,带动右腿积极上抬鞭打,右腿鞭打结束时左膝角达到最小,左髋角达到最大。屈膝展髋的转动惯量协同右腿带动躯干继续绕人体额状轴旋转。根据动量矩守恒定律,当右脚离地后,人体处于腾空状态,此时人体在额状轴方向不受外力距作用,动量矩守恒。当人体的某一部分肢体以一定的动量矩绕转轴的某一方向转动时,另一部分肢体便以大小相等的动量矩绕同一转轴向相反的方向转动。故此时右侧小腿迅速向大腿折叠靠拢,以减小转动惯量,同时上肢回摆,躯干部回拧,增大右腿的动量矩,提高其摆动速度。当大腿摆动制动,左小腿回摆,右小腿快速鞭打。70山东体育学院学报第25卷第1期2009年1月©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.2.3.2左脚的摆动带动右腿积极上抬鞭打,右膝角在0.18s内由178.4°±0.9°迅速折叠至54.2°±0.8°,角速度达(690°±1.4°)Ps,右髋角由最大角184.8°±1.2°逐渐减小,右踝角缓慢增大至最大角。在腾空后0.26±0.02s,右腿鞭打完成瞬间右脚达到最高点,脚尖线速度达(14.38±1.32)mPs(见表3),此时躯干角达到最小。根据动量矩的转移可以加大转动动作效果的原理,身体某些部分突然急停制动,可以使这部分的动量矩迅速转移传递给邻近部分。当身体绕垂直轴继续转动约90°,上体绕垂直轴转动约70°时,躯干、上肢、左腿制动,此时动量矩传递至右腿,利于右腿鞭打。右腿经过最高点后右脚内扣,带动躯干继续转体,右髋角逐渐增大,右膝、踝关节保持适度紧张,关节角不变。表3跆拳道旋风踢重心最高点时运动学参数左膝角°右膝角°左髋角°右髋角°躯干角°右脚Vmax(mPs)114.6±1.8178.5±0.9179.4±0.7142.6±1.570.2±1.214.38±1.322.3.3完成右脚鞭打同时,人体处于空中的下降时相,这一时相非常重要,是做落地动作前的调整准备阶段,直接关系到落地动作的稳定性和安全性。在完成右脚鞭打动作后,人体立即有张开四肢的调整动作,使身体质量远离人体纵轴,从而增加身体对纵轴的转动惯量,并通过人体肌肉内力做功,减缓人体的转动动能,人体绕纵轴的角速度明显减缓。2.4落地阶段在落地阶段,其落地与缓冲的基本要领是,全身以右脚尖先触地开始过渡到前脚掌着地,右腿膝关节积极弯曲缓冲,向外展,同时躯干随着下降也缓冲,臀部先提后压,紧接着左脚向后展开撑地,加大人体平衡支撑面与稳定角,提高人体落地稳定性,同时左膝也积极弯曲。由冲量定律Ft=△mv,故F=△mvPt,落地时,缓冲动作通过延长作用时间,减小地面对人体的外力作用。右脚落地时,右踝角保持90°左右适度紧张,使身体以右脚脚掌为支撑旋转约180°,左右髋角均逐渐增大,随着左脚着地,躯干角度由45.1°±1.2°变为80.8°±1.4°成直立。着地时,人体受力较大,两脚同时着地,对胯两侧的肌肉韧带易造成拉伤。3结论与建议3.1结论3.1.1在完成旋风踢动作的助跑时,转体的速度要快,动与支撑旋转要衔接好,蹬地获得地面对人体的反作用力,同时左脚前踮,迅速左移,身体左倾,重心移向左脚,同时获得地面对人体反作用力的水平分力,目的是获得人体向左的水平速度,便于完成后面的动作。3.1.2右脚缓冲时相,右脚踝、右膝、髋关节依次迅速弯曲,心下降失重,快速有力向下加摆双臂,增加身体的失重程度,增加地面对人体的反作用力,右脚在发力蹬离地面的同时,与地面接触的右脚应有向右旋转的用力趋势,从而得到地面对人体向左的摩擦力矩,这是人体