潘 靈

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對短跑中蹲踞式起跑技術的生物力學分析

潘 靈

（北京體育大學，北京 100084）

將短跑的蹲踞式起跑技術的眾多指標進行量化式分析，重點研究起跑時重心高度、膝關節(jié)開放角度及重心位置變化對于短跑起跑效果的影響。采用高速攝像機從人體側面水平方向拍攝影像，截取受試者預備階段至第一步落地完成階段的視頻進行圖像解析，選取人體各主要關節(jié)以及腿部取出比例數(shù)據(jù)標尺，通過扎齊奧爾夫斯基模型進行圖像解析，運用Excel和SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用統(tǒng)計學比較T值的方法進行檢驗。分析不同層次運動員的短跑出發(fā)技術的差異，并尋找到最快捷高速的動作運動軌跡。

蹲踞式起跑；重心位置；膝關節(jié)角度；生物力學分析

田徑是世界體育歷史上最古老的競賽項目，而“百米飛人大戰(zhàn)”一直以來都是世界重大田徑賽事中的重中之重。隨著現(xiàn)代科技的不斷革新，技術動作的逐步發(fā)展，人們也在不斷的沖擊著速度的極限。短跑成績的高低，主要取決為起跑、起跑后加速跑、途中跑和終點沖刺四部分的因素。雖然，途中跑的快慢是影響短跑成績的最主要因素[1]，但在當今世界競技運動水平不斷提高，競爭對手間差距日益縮小，每個細微的技術環(huán)節(jié)都可能影響運動員的名次。起跑作為短跑項目中的起始階段，對其后的三個階段水平能否正常發(fā)揮起著決定作用。因此，運動員的起跑技術和能力對提高短跑成績勢必會產(chǎn)生重要作用。

1 研究的意義

近年來研究發(fā)現(xiàn)，“高重心”的起跑動作，相對于一般技術而言，更有利于運動員獲得最佳的加速度，提高運動成績。因為“高重心”姿勢起跑時重心上升幅度較小，可使運動員在起跑時蹬力集中在推動人體向前運動上，發(fā)揮水平速度較快，同時減少兩腿不必要的負擔，起跑時省力，對提高動作頻率有利[2]。從兩種起跑姿勢的力學特點看，“高重心”姿勢優(yōu)越于普通姿勢，能夠從技術上保證在極短時間內(nèi)快速運動，使身體由靜止狀態(tài)過渡到動態(tài)，并形成正常、合理的疾跑要求[3]。本研究致力于將短跑的蹲踞式起跑技術的眾多指標進行量化式分析，重點研究重心位置變化對于短跑起跑效果的影響。擬解決的問題是：對普通式蹲踞式起跑的技術要點進行量化分析，從而對教師及教練員針對短跑的蹲踞式起跑教學提供準確的數(shù)據(jù)支持和理論支撐，并利于廣大學生及運動員對蹲踞式起跑技術的理解和掌握。

2 研究對象方法內(nèi)容

2.1 實驗對象

受試者的選擇：為了確保實驗結果的科學有效性，本實驗供共選擇了12位身高、體重、年齡及力量素質相似的受試者。并具有較好的田徑短跑運動背景，其中6位來自北京體育大學體育教育學院田徑班，無運動等級；6位來自北京體育大學競技體育學院2012級田徑班，均為國家二級運動員。詳細情況見表1和表2。

表1 受試者基本情況（N=12）

表2 受試者力量素質情況（N=12）

2.2 實驗方法

采用SONY NP-F970高速攝像機，從人體側面水平方向拍攝影像。拍攝時要求受試者身著短袖短褲，盡量暴露身體各關節(jié)的位置，以便后續(xù)進行數(shù)據(jù)分析。在拍攝過程中，高速攝像機以50Hz的頻率進行錄像，受試者在聽到發(fā)令聲后進行30米加出發(fā)沖刺。

實驗錄制結束后，截取受試者預備階段至第一步落地完成階段的視頻進行圖像解析，選取人體各主要關節(jié)以及腿部取出比例數(shù)據(jù)標尺，通過扎齊奧爾夫斯基模型進行圖像解析，并計算出重心，導出各關節(jié)點的運動軌跡解，從而計算關節(jié)角度、水平加速度、重心高度的數(shù)值變化趨勢，量出實際數(shù)據(jù)與世界優(yōu)秀運動員進行對照比較、處理；同時分析起跑后加速至穩(wěn)定速度所用的時間與距離，運用Excel和SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用統(tǒng)計學比較T值的方法進行檢驗。分析不同層次運動員的短跑出發(fā)技術的差異，并尋找到最快捷高速的動作運動軌跡。

3 研究結果

3.1 對受試者重心位置變化的分析

3.1.1 起跑準備階段重心高度對起跑速度的影響

起跑準備階段，當運動員聽到“預備”的口令聲時，會將臀部抬起，雙手支撐地面。此時的身體重心高度與運動員自身的身高比值，即為重心身高比。重心水平速度，為起跑后一步的過程中，重心水平距離上移動的平均速度。不同受試群體間的重心身高比及重心水平速度采用平均數(shù)±標準差表示，見表3。

表3 不同受試群體間起跑準備階段重心身高比與水平速度

實驗結果顯示：兩組受試者的重心身高比與重心水平速度具有顯著性差異（P<0.0001）；在對單個受試者的重心身高比與重心水平速這兩組數(shù)據(jù)的相關性水平進行計算的過程中，得到相關系數(shù)為0.79，兩組數(shù)據(jù)具有較好的相關性。

3.1.2 起跑后第一步末重心提升高度對起跑速度的影響

運動員聽到起跑發(fā)令后，由預備姿勢到第一步結束階段，計算重心提高的高度，考慮到每位受試者第一步的步長及跨步時間不同，則用重心提升高度與起跑開始至第一步結束階段的時間，計算出重心的提升速度。不同受試群體間的重心提升速度及重心水平速度采用平均數(shù)±標準差表示見表4。

表4 不同受試群體間重心提升速度與重心水平速度

實驗結果顯示：兩組受試者起跑后至第一步結束的過程中重心提升速度比與重心水平速度具有顯著性差異（P<0.0001）；在對單個受試者的重心提升高度比與重心水平速度這兩組數(shù)據(jù)進行分析的過程中，發(fā)現(xiàn)在每個受試群體中，重心水平速度整體上隨著重心提升速度的增加而減小。

3.2 起跑準備階段膝關節(jié)角度對起跑速度的影響

起跑準備階段，當運動員聽到“預備”的口令聲時，會將臀部抬起，雙手支撐地面。此時的膝關節(jié)會呈現(xiàn)出一定的彎曲角度，在“預備”姿勢時，位置靠前的腿的膝關節(jié)開放角度稱為前膝角度，位置靠后的腿的開放角度稱為后膝角度。不同受試群體間的前后膝角度采用平均數(shù)±標準差表示，見表5、表6及表7。

表5 前膝角度與后膝角度數(shù)據(jù)

表6 前膝角度與重心水平速度數(shù)據(jù)

表7 后膝角度與重心水平速度數(shù)據(jù)

實驗結果顯示：兩組受試者在準備階段的前膝角度，后膝角度與起跑后至第一步結束的過程中重心水平速度具有顯著性差異（P<0.0001）；在對單個受試者的前膝角度與后膝角度這兩組數(shù)據(jù)進行分析的過程中，發(fā)現(xiàn)前膝角度與后膝角度具有顯著性差異（P<0.01）。

4 結論

4.1 起跑準備階段重心高度對起跑速度的影響

起跑準備階段，起跑速度較快的受試者群體在準備姿勢中的重心高度普遍高于同等身體素質水平但未接受過系統(tǒng)專業(yè)性訓練的受試者群體。優(yōu)秀的受試者群體重心身高比值在30%～36%之間，高出普通的受試者群體5個百分點。在同等身體素質的情況下，高重心的起跑準備姿勢，有助于獲得更好的起跑速度。應注意的是，在起跑準備階段其重心位置應與“預備”姿勢的重心位置相同，即其重心位置投影點與“預備”姿勢的重心位置投影點一致，距起跑線大約15～20 cm[4]。

4.2 起跑開始階段重心提升速度對起跑速度的影響

在起跑過程中，優(yōu)秀的受試者群體在起跑加速過程中，重心提升的水平速度反而低于普通受試者，這表明優(yōu)秀的受試者群體在蹬離起跑器過程中，重心提升的較平緩，從而能夠更好的保證水平速度的提升。

4.3 起跑準備階段膝關節(jié)開放角度對起跑速度的影響

起跑是人體由靜止狀態(tài)轉入加速運動狀態(tài)的瞬間過程。起跑屬于快速爆發(fā)力（爆發(fā)力= 力×距離/時間），如果力量大，爆發(fā)力值也增大[5]。人體的兩足獲得的支撐作用力越大，身體的加速度就越大。在起跑準備階段，高水平的受試者整體膝關節(jié)開放角度較大，前膝角在95°～115°之間，后膝角度在115°～130°之間。較大的膝關節(jié)開放角度能夠使得在起跑發(fā)令瞬間，運動員的伸膝動作幅度小，蹬地時間短，便于提高頻率。

[1]王海明,洪元舟.對提高短跑起跑反應速度的探討[J].山東體育學院學報,2005,16(3):36-38.

[2]汪廣茂,歷祥英.程序控制模式在挺身式跳遠教學中的運用[J].韶關學院學報,2012,33(2):61-64.

[3]汪廣茂.短跑“高重心”起跑技術的力學分析[J].韶關學院學報,2013,(2):46-49.

[4]王保成,許樹海.田徑運動高級教程[J].北京:人民體育出版社,1994,1(996):1.

[5]徐茂典.蹲踞式起跑動作的生物力學分析[J].體育科學研究, 2008,12(3):63-65.

2014-12-29

潘 靈（1992-）,女,安徽蚌埠人,北京體育大學在讀碩士研究生,研究方向:體育教育訓練學及體能訓練方向.

G822.1

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1672-4658(2015)02-0163-03