我国优秀男子跳远运动员起跳过程下肢摆动与送髋技术的三维运动学分析2013123

i我国优秀男子跳远运动员起跳过程下肢摆动与送髋技术的三维运动学分析，杨合适2，作者简介:；杨合适2(1982年－),性别,男，河南开封人,硕士，研究方向,体育教育训练学。作者单位:2.，；2杨合适2，中原工学院，郑州，450007。YangHe-shi2，2.ZhongyuanUniversityofTechnology,ZhengZhou450007,China;摘要：选取8名男子跳远运动员为研究对象，主要采用文献资料法、三维运动录像解析法、访问调查法、数理统计法等。通过分析跳远起跳过程各阶段下肢摆动腿与送髋技术特征；起跳过程中下肢摆动与送髋技术与跳远成绩相关性的研究；下肢摆动与送髋技术和上板速度、身体重心腾起初速度、起跳水平速度、垂直分速度及腾起高度等之间关系的研究。研究结果表明：起跳着板瞬间，起跳腿髋角较小，向上向前送髋不积极；摆动腿髋角较大，摆动腿侧以髋带腿的摆动幅度小、摆动速度慢；摆动腿侧髋关节明显滞后于腿的前摆，导致摆动腿的前摆不能适应起跳节奏；起跳缓冲阶段，起跳腿髋角较小，送髋相对积极，身体重心高度整体上呈上升趋势，但摆动腿只是一味强调加快摆腿而没有意识到髋关节这一发动机的重要性，忽略了以髋带腿加速前摆动作；起跳蹬伸阶段，起跳腿侧向前送髋速度慢、幅度小、蹬地不够充分、不能将起跳时蕴积的力量凝聚在一起，与送髋、蹬地和伸膝的运动方向保持一致，协助身体重心的交换由下到向上向前转移。关键词:跳远摆动送髋三维运动学Keyword:LongjumpSwingSentHipThree-dimensionKinematics11研究对象与方法1.1研究对象样本选取近三年来全国田径锦标赛前8名男子跳远运动员为研究对象，运动水平均为国家级健将，代表了现阶段我国男子跳远最高水平。运动员基本情况如表1。表1前8名男子跳远运动员基本信息姓名单位成绩（m）运动级别年龄(岁)身高（cm）体重(kg)苏雄锋湖北8.07健将2118167翁永锋福建7.88健将2018375唐功臣河北7.80健将1918674李鑫山东7.99健将2618984王敏生山东7.79健将2618575蔡鹏山东7.72健将2519081丁杰江苏7.66健将2118974高宏伟黑龙江7.48健将21177751.2研究方法主要采用文献资料法、三维运动录像解析法、访问调查法、数理统计法等。1.2.1录像拍摄法图1现场拍摄机位图采用高速摄像机对八名男子跳远运动员比赛现场定点拍摄，记录跳远起跳前一步至腾空过程。1号机高度1.25米，距起跳点16.5米，放置位置与动作平面垂直，记录助跑最后一步和起跳至腾空过程；2号机高1.25米，距起跳点16.5米，放置位置于沙坑前方。两摄像机主光轴约成90度，与摄像机主光轴垂直放置25个标志点的PEAR框架，为3D-DLT运动学分析系统定标[1][2]。2图2三维peak框架图图3人体模型图图4不同角度起跳拍摄图1.2.2三维运动录像解析法采用美国Ariel运动生物力学三维运动录像快速反馈分析系统，选用苏联扎齐奥尔斯基人体模型，进行图像分析和数据计算，用三维标准DLT测量，采用低通数字滤波法对原始数据进行平滑处理[3]。获数平滑处理截断频率为8.0。手工标记最后一步助跑和腾空起跳过程中运动员全身17个标志[4][5]（身体双侧的腕、肘、肩、髋、膝、踝、脚尖、和头部）。3图5翁永锋起跳过程三维棍图2结果与分析2.1跳远起跳过程摆动技术分析2.1.1下肢摆动技术对腾起角度影响的分析表28名运动员腾起角与摆动腿相关性参数统计结果①②③④⑤⑥⑦⑧相关系数双尾T检验概率0.6700．0450.7970.0350.4890.0320.7680.0470.3600.000-0.6350.017-0.5750.003-.5790.000（注：①表示起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿髋关节角；②表示离板瞬间摆动腿髋关节角；③表示起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿膝关节角；④表示离板瞬间摆动腿膝关节角；⑤表示起跳腿髋关节缓冲角速度；⑥表示起跳腿髋关节蹬伸角速度；⑦表示摆动腿大腿前摆角速度；⑧表示蹬伸时间。）由表2看出，在最大缓冲阶段，腾起角度与起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿髋关节角度相关系数R=0.670，与起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿膝关节角度相关系数R=0.489，与离板瞬间摆动腿膝关节角相关系数R=0.768，说明在跳远起跳过程中摆动腿的摆动角度与腾起角的角度呈显著相关，也就是说在跳远起跳过程中摆动腿摆动角速度越大起跳时的腾起角度也就越大。由表2看出，在离板瞬间，腾起角度与起跳腿髋关节角度之间的相关系数R=0.797，与离板瞬间摆动腿膝关节角相关系数R=0.768。说明在跳远起跳过程中离板阶段摆动腿的摆动角度大小与起跳腾起角呈显著相关，且摆动角度越大腾起角度越大。在蹬伸阶段，腾起角度与起跳腿髋关节蹬伸角速度相关系数R=-0.635，腾起角度与蹬伸时间相关系数为R=-0.579呈负相关，在缓冲阶段摆动腿的快速摆动为蹬伸创造了良好的条件，起跳腿以较高的初速度开始蹬伸，充分地发挥肌肉储备的弹性势能，爆发性地快速蹬伸，这样更有利于进一步增大起跳力量，缩短蹬伸时间，增大身体重心的腾起4垂直速度，从而提高腾起初速度，进一步提高成绩。另外，从角速度与腾起角相关性来看，腾起角与起跳腿髋关节缓冲角速度相关系数R=0.360；与起跳腿髋关节蹬伸角速度相关系数R=-0.635；与摆动腿大腿前摆角速度相关系数R=-0.575；说明腾起角度与摆动速度呈显著相关，摆动腿摆动速度值越大，加速度越大，给起跳腿施加的力就越大，相对于身体重心在垂直向上方向上的速度也就越大。20.3518.8822.1818.6921.9819.8923.5621.670510152025唐功臣王敏生丁杰翁永锋李鑫高宏伟蔡鹏苏雄锋图6八名运动员起跳腾起角度统计结果由图6看出，八名运动员起跳瞬间的腾起角度，蔡鹏23º、丁杰22º接近世界优秀运动员起跳腾起角度。而翁永锋、王敏生腾起角度分别为18º、19º相对较小，这除了与运动员助跑绝对速度较低有关，还与起跳过程中摆动腿前摆速度慢、摆动幅度小有很大相关性。2.1.2摆动腿髋关节角度分析020406080100120140160180唐功臣王敏生丁杰翁永锋李鑫高宏伟蔡鹏助跑最后一步摆动腿离地瞬间着板瞬间摆动腿髋关节角起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿髋关节角离板瞬间摆动腿髋关节角图7起跳过程中各特征时刻摆动腿髋关节角角度统计图数据统计表明，摆动腿髋关节角与运动成绩之间的相关系数r=0.678,说明两者呈显5著性相关。由图7可以看出，跳远起跳过程中从最后一步助跑摆动腿离地瞬间开始，到起跳腿着板这一过程，摆动腿髋关节角逐渐增加，在起跳腿着板瞬间时刻角度达到最大值。以高宏伟为例，助跑最后一步摆动腿离地瞬间髋关节角度为163º，着板瞬间摆动腿髋关节角169º达到最大值，起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿髋关节角138º，离板瞬间摆动腿髋关节角113º。我国跳远运动员着板瞬间摆动腿髋关节角度平均值为168.34º，与国外优秀运动员相比数值较大。说明摆动腿侧以髋带腿的向前摆动不够积极，这样就导致着板角度小，同时，身体重心在地面的投影点与支撑点的距离就大，从而导致支撑反作用力的水平分力增加，水平速度的损失也增加。2.1.3下肢摆动技术中膝关节角度分析表3着板瞬间摆动腿膝关节角与着板时身体重心速度身体重心腾起高度之间相关性统计结果着板瞬间身体重心合速度着板瞬间身体重心水平速度水平速度利用率垂直速度身体重心腾起高度相关系数双尾T检验概率-0.3770.046-0.5460.0260.3260.0000.2890.035-0.2070.0400102030405060708090唐功臣王敏生丁杰翁永锋李鑫高宏伟蔡鹏助跑最后一步摆动腿离地瞬间着板瞬间摆动腿膝关节角起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿膝关节角离板瞬间摆动腿膝关节角图8起跳过程中各特征时刻摆动腿膝关节角度统计由图8起跳过程中各特征时刻摆动腿膝关节角度看出，从助跑最后一步到起跳着板、缓冲及蹬伸这一过程，摆动腿膝关节角度在缓冲阶段有所减小（40º），随后角度不断增加（63º），说明起跳过程膝关节技术基本符合助跑到的起跳的自然过渡，起跳动作基本上是在快速平稳、流畅的情况下完成，并且有一定范围的身体重心下降，这样能够保证产生垂直速度这一机制的需要。从角度的变化上来看，在缓冲阶段膝关节弯曲程度与国外运动员相比有些偏大，明显表现出摆动腿的向前摆时有些滞后。这也是我国多数运动员没能把握好摆动腿膝关节合理的发力角度的和最有利的蹬伸时机。6图9翁永锋起跳过程膝关节角度示意图跳远起跳过程中摆动腿膝关节的角度对摆动效果有重要的影响。摆动过程中通过膝关节的明显弯曲以减小摆动半径，减少摆动腿的转动惯量，而由图9看出翁永锋的摆动腿大小折叠不够，摆动半径过大，这样加大了摆动腿的转动惯量，这是影响了摆动速度的主要原因之一。2.1.4摆动腿摆动技术与着板速度、身体重心腾起初速度、起跳垂直分速度和水平速度、离地瞬间身体重心高度等之间关系的分析从表4可以看出，运动成绩与着板瞬间摆动腿髋关节角之间的相关系数为-0.621，即|r|=0.621，表示两个变量是微弱相关的，而两者之间的不相关的双尾检验（Sig.2-tailed）为0.006，否定了二者不相关的假设。运动成绩与摆动腿前摆角速度之间的Pearson相关系数为|r|=0.533，即|r|=0.533说明两个变量是低度相关的，而两者之间的不相关的双尾检验值（Sig.2-tailed）为0.017，摆动小腿伸展角速度与运动成绩相关性为|r|=0.688sig.(2-tailed)=0.000,呈显著相关.表4起跳过程中各参数与运动成绩相关性统计结果结果①②③④⑤相关系数双尾T检验概率-0.6210.006-0.5910.000-0.5330.017-0.6880.000-0.6220.006（注：①表示着板瞬间摆动腿髋关节角；②表示着板瞬间摆动腿膝关节角；③表示摆动腿前摆角速度；④表示摆动小腿伸展角速度；⑤表示着板瞬间两大腿夹角间。）由表5表示，着板瞬间摆动腿髋关节角度与身体重心合速度相关系数r=0.669呈高度相关，与身体重心水平速度相关系数r=0.690呈高度相关，与水平速度利用率相关系数r=0.813呈极度相关。因为评价起跳技术合理与否最重要的指标之一就是水平速度利用率，摆动腿摆动技术好坏直接关系到着板瞬间身体重心速度、水平速度、水平速度利用率及身体重心腾起高度的大小。所以摆动腿摆动技术影响水平速度利用率，也是决定起跳成功与否的关键。7表5着板瞬间摆动腿髋关节角度与着板时身体重心合速度、分速度及身体重心腾起高度之间相关性统计结果着板瞬间身体重心合速度身体重心水平速度水平速度利用率垂直速度身体重心腾起高度相关系数双尾T检验概率0.6690.0460.6900.0290.8130.0490.6110.0380.7390.0452.1.5摆动腿角速度与着板时身体重心合、分速度及身体重心腾起高度的分析由表6看出，摆动腿前摆角速度与着板时身体重心合速度相关系r=0.528；与着板瞬间身体重心水平速度相关系数r=0.601；与水平速度利用率相关系r=0.625；与垂直速度相关系数r=0.583；与身体重心腾起高度相关系数r=0.664。表6摆动腿前摆角速度与着板时身体速度及身体重心腾起高度之间相关性统计结果着板瞬间身体重心合速度着板瞬间身体重心水平速度水平速度利用率垂直速度身体重心腾起高度相关系数双尾T检验概率0.5280.0260.6010.0320.6250.0030.5830.0250.6640.015由表7看出，8名运动员摆动角速度在a、b、c、d的平均值为分别为415º、568º、721º、316º,且这4个时刻数值的标准差分别92、83、102、97，说明在各个时刻摆动腿角度的个体差异较大。摆动腿角速度最大峰值出现在起跳腿最大缓冲时，最大值为721º。整体来看从助跑最后一步摆动腿离地瞬间，到起跳腿着板瞬间，角速度呈逐渐增加趋势，起跳腿最大缓冲时达到最大