u型场地冰雪技巧运动生物力学分析

u型场地冰雪技巧运动生物力学分析

单带u型林场滑雪技术是一个难以形容的技能主导的技术性项目，属于主观评价分类比赛项目组。运动员利用一块滑雪板,在规定的U形场内借助滑坡助滑起跳,利用身体和双脚来控制方向,在空中完成各种高难动作。自2003年U型场地单板雪上技巧项目引进我国以来,发展迅速。我国选手分别在2005年和2007年的第22、23届世界大冬会上,获得女子比赛的银牌,为此国家体育总局把该项目列为潜优势项目,并制定了2010年冬季奥运会的参赛目标。在2009年世界大学生冬运会上,刘佳宇获得女子金牌。该项目集滑行、飞跃、技巧于一体,既有竞技性,又有观赏性。在动作的构成因素中,包括飞起的高度、难度、多样性、动作的完成质量、场地利用及着陆情况诸多因素。因为飞起的高度会对难度、多样性、动作的完成质量产生制约作用,所以飞起的高度为诸多因素中的核心因素,是运动员进行空中技巧表演的基础。没有高度就没有更长的飞行时间,没有飞行时间的保障就无法完成高难的动作,也就无法获得高分,而制约飞行高度的主要因素是出槽速度。那么影响出槽速度的因素有哪些?目前在U型场地单板雪上技巧项目上国内外还没有定量的分析和研究。结合2010年U型场地单板雪上技巧技术攻关服务,笔者通过理论探讨和实验方法,对影响U型场地滑雪技巧出槽速度的因素进行分析,意在揭示此项目的内在技术特点及规律,填补该项目在国内外研究领域的空白,并为教练员、运动员备战2010年冬季奥运会进行科学训练提供参考依据。1研究对象和方法1.1研究主题以国家队男女优秀单板运动员为研究对象,其中男运动员3名、女运动员3名,运动员的自然情况表见表1。1.2学习方法1.2.1对u型场地面板雪上技巧的初步研究意义查阅了U型场地单板雪上技巧相关技术、训练理论,以及备战2010年冬季奥运会的备战方案等,为进行U型场地单板雪上技巧的速度影因素的研究提供借鉴和理论参考依据。1.2.2理论分析根据U型场地单板雪上技巧的场地特点,从运动生物力学理论角度对影响入槽速度和出槽速度的因素进行分析。1.2.3运动影像分析2009年1月6～7日,在哈尔滨体育学院帽儿山U型单板场地举办的全国U型场地单板滑雪技巧锦标赛上,使用沈阳体育学院国家体育总局重点实验室2台Sony高清摄像机,对我国部分优秀单板运动员的技术动作进行定点抓拍,并对抓拍的录像资料运用美国APAS运动学影像解析系统进行运动影像分析,获取相关的运动学参数,并对获得的参数进行分析。2结果与分析2.1垂直方向上产生的垂直速度w单板U型场地雪上技巧比赛是在特定的场地进行的。《单板规则》规定一般U型场地参数见表2,国内各场地的参数见表3。从场地数据看出,哈尔滨帽儿山场地各种数据符合国际雪联关于U型场地单板雪上技巧场地的要求;哈尔滨亚布力和沈阳白清寨场地数据基本符合国际雪联关于U型场地单板雪上技巧场地的要求;北京云佛山场地各种数据不太符合要求。通过场地的数据可以看到:该比赛在17°的斜坡上沿100多米的长度在沟槽里滑行,并出槽做各种空翻、转体、抓板等难度动作,动作完成后会在垂直方向上产生一定的高度落差。在国际比赛的标准场地上,通过计算可以得到U型槽的垂直高度落差h=150sin17=43.8m,即运动员在完成规定动作后要在垂直方向上产生40多米的高度落差,40多米高的落差能使运动员在垂直方向上产生非常可观的速度增加。若以自由落体运动计算:Vy=2hg−−−√≈2×10×40−−−−−−−−−√≈20m/sVy=2hg≈2×10×40≈20m/s,而雪与板的动摩擦系数变化0.03～0.2,以最大摩擦系数及全部体重垂直作用来计算摩擦阻力f=0.2W,即摩擦阻力导致的速度较小为体重产生加速作用的0.2倍,远远小于重力产生的加速效果。因此场地的高度落差是运动员获取垂直速度的重要途径,运动员可以通过合理的技术完成垂直速度和水平速度的转换。另外U型的宽度、U型的深度、壁的高低、场地内的平整程度也会对运动员的速度产生影响。2.2入槽速度对数据获得的影响运动员在第一次入槽前应选择有助滑的进槽,运动员应积极主动获得可控的速度。如果运动员入槽前在槽沿上滑行一定距离获得一定的速度后,而且在入槽前跃起一定高度,就会获得一定的初始能量储备E0,E0=E动0+E势0(E0代表运动员的初始能量,E动0代表运动员初始的动能,E势0代表运动员初始的势能)。随着入槽动作的完成,运动员完成的E势越来越小,在重力做正功的情况下,运动员的E动会相应增加,即运动员会通过能量转换获得一定垂直方向的速度。在获得一定的垂直速度后入槽,运动员就有了一定的动能储备;运动员利用储备的动能,在出槽时获得向势能的转化,即可达到提高飞行高度的目的;飞行高度的获得也为再一次入槽动作做好势能储备,为下一个动作的顺利完成提供时空保证。但在运动员的动能和势能转换中,要达到的速度必须是可控的。如果速度不可控,就会影响运动员技术动作的发挥,严重时会导致意外事故的发生,所以应提倡积极主动获得可控的速度。从表4可以看到,运动员潘蕾的正刃后脚540°动作的入槽速度最大,为14.93m/s;最小为史万成的反刃前脚720°动作,为11.06m/s。上述动作均为成功动作,又是国家优秀运动员,所以可以给出初步判断:运动员在15m/s以下的速度是可控速度。2.3引起人体冲击的原因入槽时出现制动现象将不同程度地影响速度的增加,导致能量的损失,并影响下一个动作的飞起高度。入槽后为了减小速度的损失,着陆时腿部的髋、膝、踝三关节应有适度的缓冲,增加板与槽壁的作用时间,吸收着陆时受到的地面冲击反力,E0=E动0+E势0+FH(F代表地面反力,H为力的作用距离,FH为反力所做的功)减小速度的损失,使人体的势能充分转化为动能。入槽下壁的同时身体应向槽内适度倾斜,重心最好位于板的前半部,见图1。充分利用重力及重力矩的作用使人体加速。2.4入槽速度特征入槽后运动员控制雪板沿壁滑行,由于板的前后刃均具有刹车的作用,因此为了减少速度的损失,应尽可能使入槽时身体重心的速度与板的纵轴方向相同,以减小和雪面接触瞬间产生的制动效果,并顺势滑出,充分利用下壁的高度差获得加速度。通过表4可以看到板完全接触槽的速度小于板前沿接触槽的速度,这说明完全入槽后的人体速度有一定的损失。由于壁的阻力的存在,速度的损失是正常的。但如果使身体重心速度与用刃方向一致,速度的损失将会减小。从表4可以看出,运动员身体重心速度方向与用刃方向均存在一定的夹角,最小为1.2°,最大为5.4°,速度方向与用刃方向没有达到完全一致。下降最高幅度达到27.5%、最小为6.8%的速度。从图2可以看出运动员的速度损失率和速度与用刃方向夹角大小趋势并不完全一致,可能有如下几个方面的原因①运动员入槽时的滑行技术不十分娴熟,对板的控制能力不强;②下一次空中动作不同,可能需要不同的滑行速度,导致运动员有意控制滑行速度;③重心的位置过于靠前,导致重力矩过大,产生阻碍作用。因此入槽的技术对入槽速度会产生重要影响。2.5出槽板及板下板下过板出槽上壁时板的受力点和速度与板纵轴的角度也是影响出槽速度、决定高度的因素。在出槽壁的一刹那,由于雪板的前沿即将失去支撑,此时受力点应离开板的中心,逐渐向板后部过渡,使板的受力点始终在台壁上,前脚顺势滑出,后脚应逐渐用力踏板。在获得足够反力的同时,保持抛物线轨迹的流畅,增大出槽速度,并保持合理的出槽角度。在达到有效增加高度的目的的同时,还可以获得适宜的转体速度和入槽角度。在达到动作高飘的同时,减小水平速度,减小入槽阻力的效果,达到合理的入槽,为下一次的动作做好能量的储备。2.6完全出槽”速度较小表5是我国部分优秀单板运动员部分出槽动作的运动学参数。通过表4中的数据比较可以发现,完全出槽瞬间速度明显的小于板前沿出槽瞬间的速度。通过图3可以看出有5名运动员的速度和用刃方向夹角与速度损失率成正相关,说明速度和用刃方向夹角越大速度损失率越大,因此在滑行中要控制好板的方向,使其长轴的方向尽可能与人体速度方向一致。2.7异常平均速度从图4可以看出运动员的出槽速度均小于入槽的速度。二者相差最大的是史万成,二者相差最小的是曾小晔。入槽时的平均速度11.69m/s,出入槽时的平均速度9.75m/s,平均下降1.94m/s。出槽速度的下降会导致飞行高度的下降,而使后续动作的入槽速度受到影响,进而影响下一次的飞行高度,制约了运动员动作难度的提高和运动技术水平的发挥,也会使动作的质量大打折扣,因此运动员在完成连续动作时应注意下肢肌群的发力,2.8改善动作飞起后运动员将沿着抛物线飞行。如果想增加滞空时间,在出槽速度不变的情况下,应该尽量向胸部方向收大腿,并防止身体或手臂产生的晃动、摇摆。因为身体的晃动、摇摆会打破人体的平衡系统,使运动员的自我控制能力减弱,空中的动作质量标准降低,并影响运动员的入槽动作。运动员在飞行中最好保持身体的自然、放松,并减少多余的动作,以保证空中动作的顺利完成;另外,向胸部收大腿的动作还有利于空中抓板动作的完成。在运动员腾空后,遵守动量矩守恒I1W1=I2W2,在动量矩守恒的条件下,向胸部收大腿的动作能带动上体的下压,在重心轨迹不变的情况下有利于抓版动作的完成。向胸部收大腿的动作还提高了身体在空中的滞留时间,能提高入槽时身体的速度。3结论和建议3.1可控速度分析1)场地的高度落差对滑行适度产生一定的影响,运动员应充分利用高度落差来增加速度储备。2)运动员在第一次入槽前应选择有助滑的进槽,积极主动,获得可控的速度和适当的能量储备。优秀运动员可控速度的上线约为15m/s。3)理论上速度和用刃方向夹角越大,速度损失率越大,多数运动员符合该规律,但个别运动员并不符合该规律,这可能和运动员的自我控制有关,需要进一步分析研究。4)入槽下壁的同时身体应向槽内