影響跳馬落地穩(wěn)定性的生物力學因素

古福明

(成都體育學院運動醫(yī)學系 四川成都 610041)

影響跳馬落地穩(wěn)定性的生物力學因素

古福明

(成都體育學院運動醫(yī)學系 四川成都 610041)

該文從運動生物力學視角,對影響跳馬落地穩(wěn)定性的因素進行了分析。研究認為跳馬的第二騰空時間短暫,運動員必須調(diào)整好身體姿勢,控制好人體轉(zhuǎn)動慣量。落地前,應降低身體重心高度,準備好觸地姿勢,注意落地緩沖問題,使身體重心的投影點落在在雙腳支撐面內(nèi),避免出現(xiàn)前傾后倒現(xiàn)象。結(jié)果表明：運動員的轉(zhuǎn)動慣量大小、落地瞬時身體重心的高度,重心投影點的位置及緩沖距離是影響跳馬落地穩(wěn)定性的主要因素。

跳馬 落地穩(wěn)定性 生物力學

體操跳馬一般由助跑、趨步、踺子、踺子踏跳、第一騰空、推馬、第二騰空和落地等8個動作階段組成，跳馬動作的要求是高、飄、遠、美、穩(wěn)。當前跳馬運動不斷地向著多軸的復合翻轉(zhuǎn)方向發(fā)展，這無疑加大了落地穩(wěn)定性的難度[1]。黃強等[2]對參加第27屆奧運會的我國男子體操選手落地穩(wěn)定性進行了統(tǒng)計與分析，結(jié)果表明落地動作完成較差，落地穩(wěn)定的僅占43.19%。因此，落地穩(wěn)定性是跳馬比賽中獲勝的關鍵因素之一。根據(jù)運動生物力學原理，影響落地穩(wěn)定性的因素有：支撐面積、重心位置、穩(wěn)定角或平衡角等，而這些因素又與跳馬的第二騰空階段緊密相關。因此，該文運用運動生物力學原理對跳馬第二騰空和落地動作進行分析討論，旨在幫助教練員和運動員更好地把握落地動作的影響因素，提高跳馬訓練效果。

1 第二騰空動作的影響

第二騰空動作技術是高質(zhì)量完成跳馬動作的關鍵，該階段對運動員落地穩(wěn)定性具有重要影響。優(yōu)良的騰空動作技術既能促進人體翻轉(zhuǎn)角速度和人體轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)整，又能為隨后的落地穩(wěn)定創(chuàng)造良好條件。根據(jù)運動生物力學原理，人體在騰空狀態(tài)時必然遵循動量矩守恒定律，即轉(zhuǎn)動慣量和角速度的乘積等于一個常數(shù)[3]。因此，為了完成動作目的，人體可借助空中姿態(tài)的變化和人體環(huán)節(jié)的相對運動，調(diào)整人體轉(zhuǎn)動慣量的大小和方向，從而實現(xiàn)人體轉(zhuǎn)動角速度的變化或動量矩在轉(zhuǎn)動軸間的轉(zhuǎn)移。

1.1轉(zhuǎn)動慣量

轉(zhuǎn)動慣量是描述物體轉(zhuǎn)動時保持原來轉(zhuǎn)動狀態(tài)能力的物體量。物體轉(zhuǎn)動慣量越大，物體的轉(zhuǎn)動狀態(tài)越不容易改變，轉(zhuǎn)動慣量是分析評價騰空動作技術比較常用的運動生物力學參數(shù)之一。轉(zhuǎn)動慣量是由質(zhì)量和相對于轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量分布這兩個因素構(gòu)成的，前者是不變的量，后者是可變量。身體姿勢變化的本質(zhì)上是改變了人體質(zhì)量到轉(zhuǎn)動軸的距離，當人體質(zhì)量分布偏離轉(zhuǎn)動軸越遠，轉(zhuǎn)動慣量越大，反之越小。因此，在跳馬第二騰空的初始階段，運動員應盡量使雙手靠攏自己的身體，同時并攏雙腳，讓人體四肢盡量靠近身體，減小人體的轉(zhuǎn)動慣量，增大角速度，從而順利地完成翻轉(zhuǎn)動作。而在落地的準備階段，運動員身體要做一定程度的伸展，充分利用肢體變化調(diào)整自身姿態(tài)，盡量增大人體的轉(zhuǎn)動慣量，減小轉(zhuǎn)動速度，提高落地穩(wěn)定性。

1.2轉(zhuǎn)動軸的位置

跳馬第二騰空的翻轉(zhuǎn)運動是人體繞多軸轉(zhuǎn)動的復合運動，因此，人體環(huán)節(jié)的相對運動或人體姿態(tài)會影響人體空中復合轉(zhuǎn)動軸的位置。良好的身體姿勢應使身體質(zhì)量分布向轉(zhuǎn)動軸靠攏，以減小身體質(zhì)量到轉(zhuǎn)動軸的距離，從而減小人體轉(zhuǎn)動慣量，加速人體的旋轉(zhuǎn)運動，在盡可能短時間內(nèi)完成翻轉(zhuǎn)動作，為落地準備留出時間和空間。

1.3騰空高度

跳馬第二騰空的高度直接影響著運動員身體的伸展程度[4]。很顯然，運動員騰空高度越高，人體在空中的滯留時間越長，就越有利于騰空動作的順利完成。這樣運動員在空中才能更好地調(diào)整身體姿態(tài)，為落地動作做好充分準備，提高落地穩(wěn)定性，并且高飄動作更能體現(xiàn)跳馬動作的特點。

運動員推馬離開時刻人體重心的垂直速度決定了人體第二騰空的重心高度，推馬離開時刻人體重心的水平速度決定了人體第二騰空的遠度，而推馬離開速度又是由運動員的推馬動作技術和上肢肌肉爆發(fā)力決定的。因此，在肌肉爆發(fā)力一定的情況下，運動員應通過積極地推馬動作，加大推馬離開的垂直速度。實驗研究結(jié)果也表明，在保持推馬離開時刻人體重心水平速度不減小的情況下，增加推馬離開時刻人體重心的垂直速度，能產(chǎn)生更多的時間和空間完成第二騰空動作，并能為落地動作做積極準備[1]。

2 落地緩沖動作的影響

從運動員的腳接觸體操墊到身體起立站穩(wěn)階段就是跳馬落地階段。落地階段對跳馬動作質(zhì)量至關重要，落地時腳的跳動、移動，身體晃動，甚至摔倒都會影響動作效果，會被直接扣掉一定的分值。大量研究表明，跳馬第二騰空的動作技術質(zhì)量好壞，即第二騰空階段身體各環(huán)節(jié)繞轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量大小是否調(diào)整得當，直接影響著落地技術的穩(wěn)定性[5]。因此，傾倒力矩、落地瞬時重心投影點至落地點的距離、重心高度和緩沖距離等都影響落地穩(wěn)定性。

2.1傾倒力矩

落地瞬時身體受到的傾倒力矩是由于人體的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。人體繞橫軸翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生前后的傾倒力矩，繞縱軸的轉(zhuǎn)體產(chǎn)生側(cè)向的傾倒力矩；而人體重力繞落地點產(chǎn)生的力矩既可能是穩(wěn)定恢復力矩，又可能是傾倒力矩。側(cè)向的傾倒力矩可通過運動員落地前在空中充分地完成轉(zhuǎn)體動作而消減，也可通過運動員兩臂的不對稱運動來調(diào)整。若落地時向左轉(zhuǎn)體時，左臂由側(cè)經(jīng)體前向右揮擺，而右臂沿弧線向內(nèi)經(jīng)體側(cè)下落，使雙臂運動產(chǎn)生的合力矩抵消向左側(cè)傾倒的力矩。前后傾倒力矩主要依靠落地前的動作調(diào)整，通過增大人體繞橫軸的轉(zhuǎn)動慣量，減小人體的轉(zhuǎn)動角速度來減小。而人體重力是否產(chǎn)生傾倒力矩，取決于落地瞬時人體重心投影點是否在雙腳支撐面之內(nèi)，如果在雙腳支撐面內(nèi)，人體重力繞落地點產(chǎn)生恢復力矩，抵抗旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的傾倒力矩；如果在雙腳支撐面外，則產(chǎn)生傾倒力矩使人體前傾或后倒，非常不利于人體站穩(wěn)。因此，落地前選擇合適的落點和加大雙腳支撐面，使人體重心投影點始終保持在雙腳支撐面之內(nèi)，對提高運動員的落地穩(wěn)定性具有重要意義。

2.2落地瞬時重心高度

從運動生物力學原理可知，在支撐面不變的情況下，人體重心位置越低，穩(wěn)定性就越大；反之，穩(wěn)定性就越小。因此，降低落地瞬時的重心高度有利于提高落地穩(wěn)定性。一般地，運動員在落地之前已有明顯的屈膝、屈髖或分腿等落地前的準備動作，從而降低了落地瞬時人體的重心高度，并且增大了人體繞轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量，減小了落地時的角速度，為落地緩沖做好充分準備。

2.3落地緩沖距離和緩沖時間

運動員的落地緩沖過程就是人體與墊子的彈性碰撞過程。根據(jù)動量定理，運動員落地緩沖距離越大，落地緩沖時間越長，地面對人體的沖擊力就越小。在運動實踐中，運動員在落地時應通過順勢下蹲和屈髖、屈膝、屈踝等動作，來增大落地的緩沖距離；同時，為了避免落地沖擊力造成人體的運動損傷，運動員著地時應從前腳掌著地逐漸過渡到全腳掌著地，從而延長落地緩沖時間，減小地面對人體的沖擊力，并且著地時間的延長也有利于運動員提高落地的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

跳馬的第二騰空時間短暫，運動員必須調(diào)整好身體姿勢，控制好人體轉(zhuǎn)動慣量。落地前，應降低身體重心高度，準備好觸地姿勢，注意落地緩沖問題，選擇合適的落點，使身體重心的投影點落在在雙腳支撐面內(nèi)，避免出現(xiàn)前傾后倒現(xiàn)象。

[1]吳成亮，向家俊，徐波，等.跳馬落地速度與角度對落地穩(wěn)定性影響的仿真研究[J].首都體育學院學報，2015，27(5)：469-473.

[2]黃強，蔣小娟.對第27屆悉尼奧運會我國男子體操選手落地穩(wěn)定性的統(tǒng)計與分析[J].福建體育科技，2001，20(3)：16-19.

[3]陸愛云.運動生物力學[M].北京：人民體育出版社，2010.

[4]王尼.跳馬落地穩(wěn)定性力學分析[J].長江工程職業(yè)技術學院學報，2007，24(2)：75-76.

G832.2

A

2095-2813(2016)05(b)-0135-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.14.135