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短跑運動員李杰起跑環節的生物力學特點探究

時間:2020-06-18 來源:田徑 本文字數:2285字
作者:李杰 單位:華南師范大學

  摘    要: 本文主要從生物力學角度探討二級運動員李杰起跑前四步技術的合理性,通過收集該運動員及國內外優秀運動員數據作為參考并結合相關理論知識旨在尋找可能影響其起跑的因素,從而提出切實可行的改進方法以使其起跑技術趨于合理化,為身體條件(如身高、體重等)相似且技術水平相當的短跑運動員的訓練提供參考依據。

  關鍵詞: 起跑技術; 生物力學; 分析;

  合理的起跑技術影響著運動員100米跑節奏和成績。而起跑環節是二級運動員李杰的薄弱環節,因而選擇此問題進行探究。

  一、研究對象

  本研究選取華南師范大學田徑運動員李杰蹲踞式起跑為研究對象,對其起跑進行了10次拍攝。

  二、研究方法

  實驗所用儀器:本次實驗采用iphone6s后置攝像頭進行拍攝,此外還有5米的皮尺一個、標志物若干以及起跑器。
 

短跑運動員李杰起跑環節的生物力學特點探究
 

  實驗步驟:

  (1)拍攝前期:

  拍攝現場的布置:在100米起點準備好一個起跑器,從起跑線開始用皮尺在跑道上測量5米,每一米放置一個標志物用于后續的視頻測量。在距離跑道外沿6.25米,距離起跑線后沿1.72米處放置攝像機,相機拍攝范圍為7.5米,拍攝高度為28厘米。

  (2)拍攝中期:

  一位發令員進行發令,一位拍攝人員進行拍攝。分別從運動員左右兩側各拍攝5次。

  (3)拍攝后期:

  拍攝后期使用Dartfish軟件對運動員進行分析并收集相關數據,并將獲得的數據導入Excel并進行分析處理。

  三、結果與分析

  (一)預備姿勢前、后膝關節開放角

  表1 膝關節開放角對比/°
表1 膝關節開放角對比/°

  預備姿勢時膝關節開放角度在調整運動員身體重心位置起著重要作用,同時適宜的開放角度有利于運動員的啟動。

  以前后膝關節開放角度分別為90°~100°和110°~130°為標準,則運動員李杰前后膝關節角度基本處于合理范圍內,且與眾多國內100米跑高手的比較中發現,該運動員在預備環節其前后膝關節角度并沒有顯著差異(p>0.05),但每次完成預備姿勢時膝關節開放角度波動較大,前、后膝關節角度波動最大差值分別達23.9°和13°,說明其技術的穩定性和嫻熟程度以及身體控制能力有待加強。

  (二)預備姿勢軀干前傾角

  在本文中定義預備姿勢軀干前傾角為軀干縱軸與水平面的夾角。

  表2 運動員李杰軀干前傾角部分數據表/°
表2 運動員李杰軀干前傾角部分數據表/°

  運動員李杰軀干前傾角為-37.68°±4.44°,與研究認為的最適前傾角(-17°)相比偏小。雖然合理的前傾角能夠有效減小身體穩度從而利于獲得向前的水平推動力,但筆者認為這易使運動員前傾翻倒或搶跑且還可能使運動員起跑時失去平衡而導致起跑節奏紊亂。運動員為維持身體平衡易導致第一步過大并增加下肢負擔。這是因為蹬離瞬間對其受力分析(理想化討論),設起跑器對人體作用力T1與重力G夾角為α則由力矩M=F×r可知隨著夾角α減小,rsin(α-)=-rcosα(α(,π))的值便會逐漸減小因而M也隨之減小。因此通過拉大步子降低重心使M1的減小能減輕運動員的前翻程度以維持平衡。同理,在運動員第一步落地時進行分析,由于重心的降低而使α減小,|r2|不變,要使M2≥M1則地面對腳的作用力T2則會增加且T2>G。因而可知落地時勢必會增添腿的負擔。

  (三)預備姿勢軀干前傾角

  在此界定本文重心概念:選取髖關節位置作為人體重心位置,以探討預備姿勢至蹬離起跑器瞬間重心角度的變化。

  表3 運動員李杰預備姿勢至蹬離起跑器瞬間重心角度變化及對應軀干前傾角/°
表3 運動員李杰預備姿勢至蹬離起跑器瞬間重心角度變化及對應軀干前傾角/°

  從表3發現運動員在預備到蹬離起跑器時,身體重心變化均為負值且最大變化角度達到13.7°。再將重心角度變化和對應的軀干前傾角結合基本驗證上述討論成立。預備時過小的前傾角不僅使其浪費更多的體力在調整身體姿勢上,增加下肢負擔,還會影響其建立良好的起跑節奏甚至之后的加速跑。

  (四)起跑前四步軀干前傾角及擺動腿膝關節角度

  表4 起跑前四步支撐腿蹬離時軀干前傾角和擺動腿膝關節角度/°
表4 起跑前四步支撐腿蹬離時軀干前傾角和擺動腿膝關節角度/°

  以世界優秀短跑運動員起跑前三步軀干的前傾角為標準(28°、48°和47°),則從表表明該運動員起跑前傾角過高。在這四步中其軀干前傾角隨著加速進行而逐漸增加且變化幅度比較小,但擺動腿膝關節角度變化異常。筆者認為這可能是其跑身體前傾角較大及身體重心較高導致后蹬角度較高,從而使膝關節角度增加。另外,針對該變化,筆者認為根本原因在于不合理的預備姿勢,節奏的紊亂導致該運動員不規則的角度變化,特別是第二步膝關節角度的急劇增加或許是由于第一步落地時運動員為控制身體平衡造成的(T2的增加導致M2的增加),此后由于身體平衡得以控制,加速節奏逐漸建立,因而膝關節夾角得以縮小。

  (五)前四步步長及著地時膝關節角度

  表5 步長變化/米
表5 步長變化/米

  若以第一步三腳半到四腳,第二步四腳到四腳半此后逐漸增加為標準發現該運動員第一步步長偏小而非偏大,這可能是理想化討論中忽略膝關節的屈也可使重心降低,從而r減小以降低身體重心,因而未表現出第一步過大。所以僅從力學角度看有時并不合適。

  表6 著地時支撐腿膝關節角度/°
表6 著地時支撐腿膝關節角度/°

  表7 膝關節角度變化/°
表7 膝關節角度變化/°

  膝關節角度變化小且與優秀運動員的角度變化存在顯著差異(p<0.05)。結合其重心偏高和表6數據該運動員前四步著地時膝關節角度偏小,證明上述討論合理。因此筆者認為是其過于緊張的下肢限制了該運動員膝關節角度變化從而影響步長,而根本原因仍在于預備姿勢時過小的軀干前傾角。

  四、結論與建議

  預備姿勢時膝關節開放角基本合理但變化幅度大且軀干前傾角度過小,建議多加練習預備姿勢以穩定膝關節角度并增加軀干前傾角度;起跑加速前四步軀干前傾角度過大且身體前傾不夠,建議適當降低身體重心和減小軀干前傾角度,從而減小后蹬角度并獲得更佳的水平推動力;在起跑加速階段,膝關節在下壓著地過程應保持適當緊張感而不應過于緊張;第一步步長偏小,建議調整預備時軀干前傾角。

  參考文獻

  []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(03):63-65.
  []楊文安,李秀娜.蹲踞式起跑的生物力學分析[J].運動,2017(20):19-20.

  原文出處:李杰.田徑運動員李杰蹲踞式起跑技術的生物力學分析[J].田徑,2020(05):52-53.
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