国家自由式滑雪空中技巧运动员3周台运动生物力学研究

国家自由式滑雪空中技巧运动员3周台运动生物力学研究

自由滑翔技术项目属于难度较大的项目。动作结构由四个部分组成：帮助滑、跳跃、空中动作和着陆。运动员不但要很好地完成空中动作,还要稳定地完成落地动作。稳定的落地动作不仅能为运动员的参赛动作赢得高分,也会为运动员的安全提供保障。因此,落地稳定性成为自由式滑雪空中技巧运动员动作完成质量最基本和最重要的衡量标准。虽然,自由式滑雪空中技巧项目在第20届冬奥会取得了我国雪上项目的历史性突破,但是与世界强队、强手相比,我国运动员在该项目上的优势并不明显,尤其在动作的难度上更没有优势。因此,我国女子运动员要想达到世界最高水平,应该提高2周台的难度并冲击3周台动作;男子运动员应注重细化各个环节的动作质量,进一步提高3周难度动作的整体质量。而要解决好提高运动员落地稳定性问题,是实现上述目标的基本保证和核心问题。目前,关于自由式滑雪空中技巧运动的出台技术、人体环节的肌肉力与人体落地瞬间受到的冲击力及与动作稳定性之间的关系,在国内外的文献中并鲜见相关研究报道。因此,根据自由式滑雪空中技巧国家队备战第21届冬季奥运会的实际需要,本研究以日常技术攻关服务为切入点,以力量测试为着眼点,全线贯穿对运动员的技术监控和评价,以进一步认识项目的内在规律为核心,探讨影响运动技术的更深层次的原因,在实现出台速度、角度、摆臂技术对不同轴的初始转体速度分布等影响因素的研究基础上,对出台技术、冲击力及动作稳定性的联系进行深入的研究,揭示运动员出台技术动作、环节肌肉力、落地冲击力与落地稳定性的关系。以此为运动员提高落地稳定性,进而提高动作质量提供理论依据和可行的技术方案。1研究对象和方法1.1运动员的年龄特点以自由式滑雪空中技巧国家队备战第21届冬奥会9名重点运动员为观察和实验对象。其中,男运动员5人,女运动员4人,平均年龄23.2岁,最大年龄28岁,最小年龄18岁;平均训练年限10.4年,最长14年,最短6年。1.2学习方法1.2.1测试测试1.2.1.变化力运动员的髋关节、膝关节等速测试。实验仪器:选用德国生产的ISOMED2000等速测试系统,额定力矩750Nm、峰值力矩1950Nm、速度范围0.1°/s～560°/s。测试条件:根据项目特点,选择测试条件参数,髋、膝关节60°/s为慢速,240°/s为快速。测试指标:最大力矩、单位体重的最大力矩、最大力矩出现的角度、屈伸最大力矩比、总功、平均功率、关节活动范围。1.2.1.静态平衡能力测试指标测试设备:采用芬兰生产的METITUR平衡测试系统。测试指标:平衡能力的测试分为静态平衡和动态平衡两种。动态平衡能力的测试指标通过落地成功率来体现。静态平衡能力的测试指标:1)测试曲线主轴(Y轴)移动距离:人体重心投影点在前后方向移动的距离;2)左右(X轴)移动的距离:人体重心投影点在左右方向移动的距离;3)上下(Z轴)移动的距离:人体重心在垂直方向移动的距离;4)速度矩:重心在3个轴的合摆速度的大小。1.2.1.眼底压力分布测试运动学定点拍摄:使用日本索尼摄像机,采样频率为50Hz/s,在内蒙古阿尔山和长春莲花山滑雪场进行多次现场定点拍摄,运用美国APAS图像解析系统进行图像解析,获得1周台和2周台腾空的绝对高度数据。绝对高度L是指运动员在空中的最高点到落地点的距离。是根据运动学图像解析求得运动员在空中最高点到台上沿的距离L1和出台上沿到落地点的距离L2。故绝对高度L=L1+L2。足底压力分布测试:采用比利时生产的足底压力分布测试系统(Footscaninsolesystem),采样频率为500Hz/s,测量时长8s。每只压力鞋垫装有199个压力传感器,可以记录足底不同部位的压力、压强等相关数据。数据通过Footscaninsole2.40分析软件进行处理。提取在整个测试中的测量数据,在整个动作中,分别找出左右脚受到的最大压力数值(以合成结果最大值为依据)。测试指标:腾空高度范围、落地冲击力范围、单位体重平均冲击力。1.2.2数理统计利用统计方法对部分测试结果进行差异检验及相关性检验,利用回归方法对落地冲击力进行估计。2结果与分析2.1自由式滑动助力落地分析表1数据,运动员左、右下肢力量基本对称,但髋关节和膝关节的伸肌力量均比较强大,说明受试者髋膝关节屈伸肌群发展良好,这在一定程度上对运动员在落地时的稳定性有很大的帮助,可以有效地避免在左右方向上出现失衡的现象。自由式滑雪空中技巧在落地阶段髋关节为了缓冲冲击力处于由伸到屈的状态,随后为了完成比赛动作,运动员的髋关节需要进行伸展,恢复到站立姿势,这就要求运动员有很强的伸肌力量,从数据中可以观察到,髋关节伸肌群的最大肌力在屈肌群的2倍以上,膝关节接近2倍。测试结果体现了该项目的运动特点。2.2下肢屈伸肌群的变化速度矩可以判断运动员重心变化的速度,以此来判断受试者的平衡能力。又由于运动员在完成落地动作时处于睁眼双脚支撑状态,所以,选取该状态下的速度矩与下肢屈伸肌群单位体重的峰力矩进行相关性分析。检验结果显示,运动员的下肢屈伸肌力与静态平衡测试指标速度矩,P值均小于0.05,相关性显著(表2)。2.3液压大角度分布的测试表3给出了通过运动影像分析得到的运动员成功着陆时的髋膝关节角度分布范围,可以看出,成功动作的膝角度的分布范围与等动的测试结果一致;而髋关节不一致,这可能是由于髋关节的测试因设备的安装原因采用的是坐姿测试。2.4相关分析2.4.1模型拟合与定位精度运动员在平台、1周台和2周台落地动作中腾空高度与落地冲击力的关系如表3所示。由表4中数据可以看出,自由式滑雪空中技巧女子运动员在做平台、1周台和2周台落地动作时,其绝对高度和单位体重均力数值基本呈正增加。因此,可以考虑利用曲线拟合建立曲线回归方程。根据数据分布形态,拟合过程中分别选择复合模型、增长模型、指数模型和二元线性回归模型四种模型进行拟合。结果得出,复合模型、增长模型和指数模型的拟合效果基本相同,二元线性回归模型效果较差(图1)。指数函数回归方程为:Y=c×bx(其中,b=1.069,c=27.938)。再依据定点解析出的3周台绝对腾空高度最小取值范围为13.59m,最大绝对高度为15.71m。计算结果如下:最大体重均力:Y=27.938×1.069xY=27.938×1.06915.71Y=27.938×2.853=79.707(N/kg)最小体重均力:Y=27.938×1.069xY=27.938×1.06913.59Y=27.938×2.476=69.183(N/kg)再把冲击力的单位转换成千克力,转换后3周台的单位体重均力大约是人体体重的7.06～8.13倍。2.4.2自由式生物能源动力技术在2周台动作落地时的安全性分析对于女子自由式滑雪空中技巧项目,运动员在落地过程中是由滑雪板直接和着陆坡相接触的,所受的外界冲击力是来自着陆坡。所以,有必要对来自外界的冲击力——测力平台上的冲击力和测力鞋垫的冲击力进行比较。根据对比分析结果,人体落地过程中,鞋垫最大压力(1624.87±102.32)N,平台最大压力(1202.34±77.21)N,鞋垫数据为测力平台数据的1.35倍。由此可推算出,运动员在测力平台完成3周台动作时承受的冲击力相当于人体体重的5.22～6.02倍。通过相关文献资料和近两年来的近千例实验,在人体受到冲击力作用时,健康青年可以承受的安全载荷约为人体体重的15～16倍。结合以上研究结果,运动员在完成3周台动作时所承受的冲击力没有超出人体所能承受的正常载荷,故可得出,自由式滑雪空中技巧运动员在以合理的技术完成3周台动作落地时是安全的。因此,出台技术成为制约落地稳定性的关键因素。2.5图像解析系统利用日本索尼常速摄像机,在阿尔山现场针对每名运动员的3周台动作进行定点拍摄,然后利用美国APAS图像解析系统进行解析。得出3周台不同动作的助滑速度、出台速度、腾空高度、人体体位角度、落地距离的分布范围。阿尔山场地宽度为20～25m,着陆坡度38°,助滑坡度22°～25°,测速位置距离着陆坡上沿距离为27.5m(标准值为28m),切光器间距为3m。2.5.1fff动作台测试结果由表5可知,运动员在做LTF动作中,出台瞬间的速度最大值为15.7m/s,腾空高度分布为15.94～11.02m;LFF动作出台瞬间的速度最大值为16.17m/s,腾空高度分布为16.63～11.45m;FFF动作出台瞬间的速度最大值为16.54m/s,最大垂直速度为14.52m/s,腾空高度分布为17.05～12.01m;LFF动作台瞬间的速度最大值为16.61m/s,腾空高度分布为17.07～12.44m;FdFF动作出台瞬间的速度最大值为16.78m/s,最大垂直速度为14.70m/s,腾空高度分布为17.43～12.44m;dFFF动作出台瞬间的速度最大值为16.85m/s,最大垂直速度为14.82m/s,腾空高度分布为17.61～12.72m。在以上速度内加上合理的出台技术均能达到稳定的落地动作。2.5.2dff动作的相位角及0.落地稳定性不仅和助滑速度、出台速度和腾空高度有关,还与运动员出台瞬间的体位角和着陆距离有关。体位角大小决定了运动员出台后空翻中绕横轴转动速度的大小,体位角大,运动员出台后将获得较大的横轴转动速度,反之则较小。通过表6可以看出,在FdFF动作中,体位角的分布范围最小,最大为178°,最小为175.5°;dFFF动作体位角分布范围最大,最大为186.5°,最小为182°。着陆距离也是影响落地稳定性的一个较为重要的因素,着陆距离较大时,水平方向速度和腾空时间较大,势必会使垂直速度变小,从而导致腾空高度的降低,影响空中动作的质量,导致落地失败;同时,水平速度增大,水平飞行距离随着增大,使落地的高度增大,增大运动员着陆时受到的冲击力,容易造成运动损伤。2.5.3下肢肌力较好的情况落地稳定性不仅与出台技术有关,还与运动员的下肢肌力配部有关,运动员在完成最后1周转体过程中,在着陆时绕横轴的转动较大,即运动员的重心方向落在运动员支撑面的后方,会出现臀部、背部或双手触雪的现象,此时,如果运动员下肢肌力较好,可以通过下肢和躯干的肌肉力量来有效地弥补。因为下肢的肌肉拉力线比较长,肌力矩比较大,运动员落地时强大的冲击力完全由肌肉力矩来克服,这样就对下肢肌肉群提出更大的挑战,特别是控制躯干屈伸的髂腰肌、竖棘肌、腹直肌、腹内斜肌和腹外斜肌,控制髋关节的髂腰肌和股四头肌以及控制膝关节的小腿三头肌,一定要加强这些肌肉离心收缩时的肌肉力量,如果下肢肌力较好,配部得较为合理,对于落地稳定性的提高会起到非常有效的作用。3空间转体动作训练1.冲击力测试结果,为女子运动员冲击3周台动作的安全性提供了科学依据,消除了运动员上3周台的心理顾虑。2.根据力量的测试结果,建议强化郭心心的躯干前群的肌肉力量训练,并对其进行必要心理训练,消除其对3周台的恐惧,提高了动作成功率。3.针对2009赛季初期徐梦桃的康复情况,根据测试结果提出该运动员已经完全有能力完成3周动作,但要保持体型,控制体重,以保证空间转动的能力,使其在落地时能旋转到位,保持合理的落地姿态的系列训练建议。做出了在出台技术规范的情况下,如能较好地完成空间转体,就能达到3周的稳定着陆的提示,提前实现了徐梦桃的3周台的训练。4.根据对李妮娜新动作dFdF动作的成功与失败的分析,提示出台速度和转动速度的控制是完成动作的关键,转动速度的控制能达到提高dFdF动作的成功率,其出台速度应大于dFF和FdF,在不破坏出台速度的情况下,增加滞空时间,使其转动到位。进行针对性训练后,在2010年冬奥会上使用该动作,并取得成功。5.针对韩晓鹏小腿屈腿的特点,提出了加强小腿前群肌肉能力的训练建议,并在出台瞬间增加膝关节的伸展动作,提高空中动作的质量,提高了动作的成功率。6.运动员要想提高落地稳定性,应采取适度的缓冲,屈髋、屈膝,降低重心,同时还达到了延长时间、减小冲击力的作用,提倡运动员采用顺势的落地方式,增加滑出的稳定性,得到了国家队的充分肯定。4速度矩与等动测试关联分析1.自由式滑雪空中技巧运动员