哈尔澳体育学院学报1987年第4翔生物力学短跑摆动腿下压着地动作的技术原理分析裴亚范内容提要:本文通过对短跑摆动腿下压着地动作中的平动运动和转动运动形式的两种受力情况的分析,提出对其技术上的要求并引伸出它对后续技术动作的影响。摆动腿前摆高抬并积极下压趴地是当今一、摇动咚下压,地瞬时人体受力情况世界优秀短跑运动员途中跑技术的显著特征分析之一,也是我国短跑运动员与世界优秀短跑运动员在后蹬结束后便进入了腾空阶运动员技术差距较大的一个方面。近两年我段。腾空阶段人体按后蹬结束时所获得的速国短跑运动员在这方面的技术上虽有了很大度进行抛时体运动,同时伴随着下肢各环节的提高,但我们对这一技术的原理还有待于以髓、膝、跺为轴的多级转动形式(见图加深认识。本文试图从生物力学角度研究探1)。所以我们可以近似地将人体腾空阶段讨这一技术所遵循的普遍原理,并摸索归纳的运动形式视为既有平动又有转动的复合运其对这一技术的要求,进而帮助我们解决教动。根据运动叠加原理,在分析人体摆动腿学训练中的一些实际问题。这对于以百分之下压着地瞬时的受力情况时,就必须从这两一秒计算成绩的短跑技术来说将是大有益处种运动形式对地面的作用去分别考虑。的。1、平动运动形式带来的人体受力情况及对人体运动的关系。假如人体按一旋称~一~~)即进今侧图Za所示的跑进方,戈乙《尽向运动,由于人体进行抛射体运动的平动运动形式,在着地瞬问人休质心处除受重,了份于厂尸)代,了力作用外还受到了一个指向后上方的支图l图2(a)撑反作)月力F的作46泳去用。力可分解为一个垂直面上的分力方向上,受到了一个地面阻止摆动腿继续向和一个沿水平方向后的分力。力的作用,’使人体近心水平速度减小少乡抵抗J’人体在爪力作用下的向下运动。摆功腿下压扒地动作以至于整个着地缓冲阶段的主要任务之一,扰是减小人体玉心水平速度的损失。根据以上受力情况,如何达到这个目的呢?(1)减小着地瞬时的缓冲时问根据冲量公式我们知道F△t=m△V,在着地瞬时,速度的损失即,△v=卫二兰些m从上式可看出,要减小人体承心水平速度的损失,就要适当减小力F的冲最值。当前许多研究都证实了这一点并被人们所承认、单纯强调减小力F的观矛收是不妥的。同时有关研究也表明,减小阻力冲量的方法主要是借助于减小缓冲阶段的时间来实现的。所以减小缓冲时间,可以减小水平速度的损失。(2)适当增大着地角在支撑反作用力P的作用时间即△t不变的前提下,支撑反作用力F的水平分力P:的大小决定着人体玉心水平速度损失的大小。水平分力F:的大小受着地角2的影响(见图Za),匕2越大,奋水平分力F:越小,所以在可能的范围内尽员增大着地角,可以减小水平速度的损失。按理论分析乙2为9。“时,F:的值为零,即不存在阻力现象。但在实践中是不可能的,只能使乙2尽甩接近90“。2、转动运动形式带来的人体受力情况及对人体运动的关系人体按图Za)沂示的跑进方向进行抛射体运动的同时,还伴随着下肢各环节以脆、膝、棵为轴的多级转动形式。为分析的方便,在摆动腿下压着地前的瞬时,我们可以近似地将摆动腿的转动视为摆动腿整体绕髓关节的转动。由于这个转动形式对地面的作用,在摆动腿着地的瞬时,使人体在脚掌与地面的接触点A处,井与运动半径成切线的后转动的反作用f的作用。(见图Zb)根据力的平移原理,我们可以把力f向人体重心O点简化,首先在人体重心O点上加一对大小相等方向相反且与力f平行的两个力E和f:(见图2。),作用在A点的力f,就等于作用在人体重心0点的力E加上由力f和力f:所构成的力偶矩M。就是说人体在摆动腿着地瞬时,由于摆动腿绕髓关节的转动对地面的作用,使人体在玉心处受到了一个向前的力E和力偶矩M的作用。力E可分解为垂直向上和沿水平方向向前的两个分力。分力E:的方向向前,因此它是人体在摆动腿着地瞬时的动力{l.力E:比力F的水平分力F:小的多,因此,力E:的作用是减小人体屯心水平速度的损失;分力E:的方向垂直向上,它的作用是参与抵制人体向下运动,力偶短M:的作用是阻止了摆动腿继续向后转动。在转动形式带来的人体受力情况中,如何减小人休重心水平速度的损失呢?减小着地缓冲时间(1,增大摆动腿烧舰关节的转动角速度和膝关节角度,为了减小人休童心水平速度的损失,在转动运动形式带来的人体受力情况中,必须增大力E。根据角动量定理:M△t=卜△W,摆动腿在着地时受到的阻止摆动腿转动的阻力矩M=Ed(d为力矩M的力臂即图Zb中的0,A,I为着地腿的转动惯量),从上式便可得出:EdAt=I△WI△w面d。At为了分析方便,我们参一照“运动生物力学”教材计算转动惯量的方法,把大腿和小腿及足视作等长为1、半径为r的圆标体;(一般情况下r=二一)大腿依通过大腿玉心且与髓轴平行的转轴的转动惯量为:,,121一大=`,`t12十一i;、,、、万`)一“l3几一】11`144根据平行轴定理,大腿依能轴的转动惯鼠为I=。久I、一(合)249:—n】l144一小腿与足依其通过屯心且与髓轴平行的转轴的转动惯录为:一`小〔+一t器(杏)2〕13144根据平行轴定理,小腿与足依髓轴的转Z)J惯量为:(见图2)d`生`)份物m亿0一B:+BD么一2一0:B.BDeos日=`:枷+m冲砰l,二杯孙毛。啼193一eos144日)ml,由此可知,摆动腿整体绕髓轴的转动惯量为:Il二1大+l小=一舆红m::+-mla一eos日ml,144理典144=`箫一05”,m,2图2(d)从图2d中可知,力臂d为:d=亿0IB:+BAZ一2.0:BBA.eos日=训1一eos日训21将I和d代入(1)式中可得面1△。d△t242一coa144日)ml“△。△t侧1一cos日侧21242一eos144p△。识Zml△t2训卜cos乡泳`璐奋从上式可知,力E的大小与匕日、△W、线同地面的夹角乙Q越大分力E,越大。在△t有关。讨论乙p对力E大小的关系,即讨AOGA中,我们可以近似视为人体爪心0242,「CO“从距离是一个常量,且O:点论匕日对分式一1丝一日点到髓关节0的关系就可在派心点的投影线土(如冈4)。一O可知,侧1一cos日乙Q即乙O:AG的大小随匕OAG的增大而在摆动腿着地瞬时,一180“增大,也就是说:以了。艺日在90。乙2越大乙Q越大,同时之间在这之间的部分值代入此分式水平分力E:也越大。,将乙日所以,在可能的范围,即看到,此分式值随乙日的增大而增大(见内尽量增大着地角可以达到减小人体讯心。表l)。水平速度损失的目的表1二、两种受力情况的合理结合及对技术11乙日的度数.l一9一八匕nù一洲川引!|óUOO一匕一OU1一ú工.勺p甘n0,土0O日ó甘的要求}分式值}186190由以上两种运动形式带来的人体两种受力情况,在摆动腿下压着地时,总是同时起从以上分析可得出:力E灼大小与△W着作用,只有两者合理的结介,才能使人体和乙日成正比,与△t成反比。所以,摆动腿获得最佳的运动效果。’这种合理的结合及对下压着地的瞬时要减小人休贡心水平速度的技术的要求可以表现在以下三个方面。损失,就要减小着地缓冲时间,增大摆动腿1、减小着地缓冲时间绕髓关节的转动角速度和膝关节角度。这是两种受力情况对摆动腿下压扒地技(2)适当增大着地角术的共同要求。着地缓冲时间,一是受地面,在力E大小一定的情况下,力E的水平性质的影响当前塑胶跑道比煤渣跑道更有。分力E:越大,人体垂心水平速度的损失越利于减小着地缓冲时间二是受着地用力方小。如图3,般关节O,点与着地点A的连式的影响。着地后立即主动依次进行较大幅度的缓冲,必然使着地缓冲时间加长。相比之下,着地时摆动腿应积极向下向后刨扒地面,用整个前脚掌一次性更具有刚性的着地,这时着地腿肌的工作方式应该是增加肌肉拉力,使人体向下的运动立刻停止的退让图3性工作。这不但可以减小着地缓冲时间,而且还可以在着地缓冲阶段保持较高的身体重心位置,从而有利于获得较大的着地角。但要做到这一点,必须有强有力的脚掌、跺关节和小腿肌肉力量,同时还必须具备足够的腿部肌肉退让性工作能力。2、增大着地角图4\\这也是两种受力倩况对摆动腿下压扒地。~奋~一。一盆_技术的共同要求增大着地角可以通过两种叹产一途径来达到。一是使着地点尽量靠近身休重心投影点,二是适当提高着地时身体重心国优秀短跑运动员与之相比就存在着较大的的位置(如图5)。近心O点提高到O`点差距(图6从略,见表2及图7)。后,在着地点距重心投影衰200,点不变的竹况下,着地角以入戌怂也随之增大。这第二点补一名户沙部。-}着地瞬间关节角…着地瞬间…着地瞬间往关节角足底与地面往被大家所忽视。这也是一叹阵降}角。_R.史密斯…一卫旦1高吸心跑技术合理性的一3“个方面。格林10713。3、处理好增大着地鲍尔佐夫12114“瞬时摆动腿绕艘关节的转ù一余门尼阿一--A动角速度与膝关节角度的权一立一{八O2JO。图5关系。陈家100在摆动腿下压着地过程中,增大摆动腿绕魏关节的转动角度和膝关节角度是一对矛盾,而且与着地角的大小直接有关。增加着地时膝关节角度,必然引起转动半径的加大,从而使摆动腿的转动惯量增加。根据转动定律M二I日,所以,在摆动腿绕髓关节的转动力矩一定的情况下,无论增加I和日那一方面,都会引起另一方面变小。如果增加膝关节角度而角加速度减少,必然会加大着图7地点与重心投影汽的距离,从而使着地角减为完成以上技术要求,必须解决以下两小,如果角速度增加其膝关节角减小,必然个问题:会使重心位置下降,从而也使着地角减小。(1)提高臀肌、股后肌群的力量,从这两种情况都达不到减小觅心水平速度损失而使摆动腿在下压扒地过程中.获得一个更的目的。同时也可以说明前踢小腿的跑法为大的转动力矩。什么是错误的。根据以上分析可知,必须在(2)人体在腾空阶段,身体各部分的保证获得适宜的着地角的前提下,通过增加动作都必须服从相向运动原理。所以要想增摆动腿绕靛关节的转动力矩的途径,尽量增大摆动腿在下压着地瞬时绕髓关节的转动角大着地瞬时摆动腿绕髓关节的转动角速度和速度和膝关节角度,必须同时将后蹬腿积极膝关节角度。在把摆动腿做为整体转动分析前摆高抬,以保持动显矩守恒。后蹬腿积极的基础上考虑一下环节运动效果,脚掌在着前摆高抬,使臀肌、股后肌群被拉长,增加地时积极向下和向后扒地,对完成上述技术肌肉收缩前的初长度,也有利于摆动腿下压要求有非常重要的意义。许多优秀短跑运动扒地时获得更大的转动力矩。员的技术动作也都反映出以上这些技术特点,摆动腿下压扒地非常积极;给人的直观三、以上技术要求对后续技术动作的感觉几乎是伸直着地;而且躁关节即屈角度影晌大,足跟不着地、脚掌扒地动作明显。而我摆动腿下压着地技术的合理性,除完成每谁减小人休爪心水平速度损失外,还表现在为后续动作创造有利的工作条件。摆动腿着地后,人体的运动形式实质是绕支点向前的转动。人体绕支点向前转动过程中,如果将人体看作质点运动来分析,由于增大着地角,必然会减小人休重力对人体绕支点向前转动的阻力臂,有利于人体迅速转过支点。如果从人体各环节的运动效果来分析,人体绕支点转动是一个多关节运动链。这时人体的主要重缝都集中在髓关节处,听以大腿股骨的转动倩况对整体的转动影响就更大。由于摆动腿下压着地过程中积极增加转动角速度、积极向下刨扒地面减小着地角,必然在髓关节处形成了一个下压伸髓的动作,使大腿与水平线夹角甲增大(见图8)。乙甲的增大有效的减小j’弋腿股骨向前转动的阴力臂cB,有利于人体绕支点向前的转动。同时根据解剖特点,乙甲的增大也增大了股四头肌牵拉股骨向前转动的动力臂。这对后续动8作都将是有利的。奋图从国内外优秀运动员的技术对比上也可以看出这个问题。世界优秀运动员摆动腿着地时乙甲的值普遍较我们为大,而且从着地到缓冲垂直部位大腿转过的角度一般也较大(详见表3)o表3:摇动腿大腿与水平线夹角及室缓冲垂直部位转过角度对服裹妞几\\、泛签位、、着地瞬间}{转过名、}垂直簇部位}角度}!一一叁粤牡冬一丝{`一犷{涉一姚:{华…一哆5l一一,鱼三一旦全0…一世一扮史步乳一…一丝丝一-一华:一叫一卜一u27一一勒一……一创一杏万件于…一…几一一里磐兰吞…一上一丝山一L鲜一卫星笙`…~迎一{-j三``二丝二山-土一些二~四、小结1、短跑摆动腿下压着地瞬时,人休除受重力和支撑反作用力的作用外,同时由于摆动腿绕靛关节的转动,还使人体受到了一个阻止摆动腿继续向后转动的力。这个力的水平分力的方向与跑进方向一致.是人体在阻力阶段中的动力,起到了减小重心水平速度损失的作川。我们必须充分认识和利用这一力的作川。2、正确的摆动腿下压扒地技术,应该在适当减小着地缓冲时间和适当增大着地角的前提下,通过增大摆动腿绕靛关节的转动矩的途径,尽量增大在着地瞬时摆动腿绕的转功角速度和膝关节角度。为完成一技术要求,必须具备相适应的强有力的,股后群叭及小腿、踩关节、脚掌肌肉量和腿部肌肉退让性_L汁}:能力。力靛关节这臀肌力
