论杠杆原理在体育实践中的应用

陈彩虹

(渭南师范学院教育科学学院，陕西渭南714000)

论杠杆原理在体育实践中的应用

陈彩虹

(渭南师范学院教育科学学院，陕西渭南714000)

杠杆原理在运动员选材中的应用主要着重于先天性因素中身体形态的测量及其比例关系;力量训练中，可用增加阻力和延长阻力臂的手段来发展肌力;在不同运动项目中主要起到维持平衡、增速和省力的作用.

杠杆原理;运动员选材;力量训练;运动项目

阿基米德曾说:“只要给我一个支点，给我一根足够长的杠杆，我就可以撬起整个地球!”由此足见杠杆的功能之强大.杠杆原理在生活中有着广泛的应用，在体育实践中也发挥着重要作用.从力学的角度来说，肌肉工作完全是遵循杠杆原理的.运动系统中，骨是运动的杠杆，关节是运动的枢纽，骨骼肌是运动的动力.骨骼肌在神经系统的支配调节下，通过改变长度，牵拉骨杠杆围绕着关节进行各种运动.对杠杆原理在体育实践中的应用进行深入研究，可为运动员选材、身体素质锻炼、不同项目的运动提供科学的理论依据，增加锻炼的有效性，提高运动成绩.

1 骨杠杆的组成和特征

骨杠杆由支点(O)、力点(F)、阻力点(R)三点，动力和阻力两种作用力，动力臂和阻力臂两种力臂组成.动力与动力臂的乘积构成动力矩，阻力与阻力臂的乘积构成阻力矩.

(1)平衡杠杆.支点位于力点和阻力点之间，动力矩等于阻力矩.

(2)省力杠杆.阻力点位于支点和力点之间，动力矩小于阻力矩.由于动力臂大于阻力臂，要使动力矩小于阻力矩，则动力必然小于阻力，故省力.

(3)费力杠杆(速度杠杆).力点位于支点和阻力点之间，动力矩大于阻力矩.由于阻力臂大于动力臂，要使动力矩大于阻力矩，则动力必然大于阻力，故费力.

当杠杆绕轴转动时，杠杆上各点均作圆弧运动，各点移动的速度同该点到轴心距离成正比，即杠杆各点的转动速度，离轴心越远者越快，又称速度杠杆［1］.

2 杠杆原理在体育实践中的应用

2.1 在运动员选材中的应用

优秀运动员的竞技能力一部分是通过训练得到明显改变的，即是可训练的;而另一部分则主要是由遗传特征所确定的，也就是所谓的先天性.运动员选材是把先天条件优越、适合从事某项运动的人才从小选拔出来，进行系统的、有目的的培养，以便取得优异的运动成绩.一个运动员能否攀登上运动的高峰，是由多方面的因素组成的，但其本身的内在因素是最基本最重要的因素，而内在因素所包括的形态、机能、心理、身体素质、健康状况等都可以用一定的标准加以描述和衡量.杠杆原理在运动员选材中的应用主要着重于先天性因素中身体形态的测量及其比例关系.

(1)在体操运动员选材中的应用

首先，身材不能过高.现在世界体操不断向高难度发展，尤其以难度大取胜，比较而言，身材矮小的运动员比身材高大的运动员在完成高难度动作时更有优势.很显然，1米60的男运动员在单杠上的翻转要比1米80的男运动员容易得多.事实上，体操男运动员普遍身高1米60左右，女运动员大都在1米50左右，这种身高在体操场上具有先天优势，轴径小，骨杠杆短，翻转容易且可以在有限空间多翻转.

其次，手臂要直.肘关节过伸、弯曲、侧弯都是选材中的大忌，因为肘关节的形状除对动作的完成、造型、质量有直接的影响外，更重要的是肘关节不直，在完成手臂支撑动作时，形成阻力矩，加重了肘关节的负担，易造成肘关节的损伤，所以在选材中，应注意选择手臂由正、侧位观察均较直的运动员.

此外，体重要相对较轻.在体操运动中完成翻转、支撑等高难度动作时需要克服自身重量，自身重量在此构成阻力，在动力臂、阻力臂不变的情况下，阻力越小，则需要发挥的肌力也就越小，因而，体重较轻者完成动作就相对省力.

(2)在举重运动员选材中的应用

前臂的长度是举重运动员选材中应该注意的问题.举重运动员要举起杠铃，先要手握杠铃屈肘，这样就构成费力杠杆.肘关节作为支点，位于力点和阻力点之间，前臂和杠铃的重量构成阻力，屈肘肌肌力为动力，前臂越长，阻力臂就越长，阻力矩就增大，这时要完成屈肘动作，就需要屈肘肌发挥较大的肌力.反之，前臂越短，阻力臂就越短，阻力矩就减小，要完成屈肘动作，需要屈肘肌发挥的肌力就小.也就是说，在其他条件等同的前提下，要举起同样重量的杠铃，前臂短的运动员只需发挥较小的肌力;发挥同样大小的肌力时，前臂短的运动员可以举起更大重量的杠铃.［2］

(3)在短跑运动员选材中的应用

在下肢长度相等时，小腿长者更具先天优势.以髋关节为支点，大腿相对较短者，能使跑时支撑阶段重心前移速度较快，大小腿折叠前摆快而省力;以膝关节为支点，小腿较长者，在角速度相同情况下，“扒地”速度较快，有利于完成支撑缓冲动作及缩短支撑时间.因此以比大小腿长［大腿长/(小腿长+足高)×100］作为选材指标，比值应力求小些，要求≤100%，最好≤95%.［3］

(4)在其他项目运动员选材中的应用

在要求速度、高度的运动项目中，骨杠杆越长，末端的线速度越快，越具有先天优势.篮球、排球、跳高等运动项目，对身高有很严格的要求;篮球、游泳等运动项目要求上肢长;跳高、跨栏等运动项目要求下肢长.

不同的身体形态对运动员的运动成绩有很大影响，科学合理的选材是运动员和教练员为达到训练目的、创造世界高水平运动成绩、延长运动寿命的重要因素之一.

2.2 在力量训练中的应用

常见的力量训练中，杠杆原理的应用很多.在发展肌肉力量的练习中，为增大肌肉所承受的负荷，既可用增加阻力(负荷重量)的方法，也可以用延长阻力臂的手段.

克服自身重量的力量练习中，如俯卧撑可以采用多种不同的体位:(1)手高足低位;(2)手足在同一水平位;(3)手低足高位.三种体位难度逐渐增加，锻炼效果也逐渐增进.在俯卧撑动作中，阻力点位于支点和力点之间，构成省力杠杆.随着动作体位的变化，阻力臂逐渐增大，阻力矩相应增大，要完成动作，则动力矩也要相应增大，用以克服增大的阻力矩，而此时动力臂变化不大，所以，上肢必须发挥出更大肌力才能顺利撑起.对于上肢肌力较弱的练习者来说，可以先通过手高足低位来发展上肢肌力，对于上肢肌力较强的练习者来说，可以采用手低足高位来发展上肢肌力，要再进一步发展肌力，可采用负重练习.

负重练习中，通过增加阻力，加大了阻力矩，要完成动作，就要求动力矩也相应增大，则需发挥出较大肌力，从而达到增加肌力的目的.［4］

2.3 在不同运动项目中的应用

(1)在举重运动中的应用

当阻力一定时，通过缩短阻力臂来减少阻力矩，可以达到省力的目的.提拉杠铃时，若想省力，可使杠铃上升的轨迹尽量贴近身体.

(2)在柔道运动中的应用

柔道是利用杠杆原理和借用人体本身重力实施足技、腰技、手技.足技就是以足为支点发力，借用对方惯性和对方或自己的体重摔倒或压制对方，腰技也是如此，只不过发力的支点是腰.手技类似于擒拿法，即使对方比你高大有力，依然可以采用“化”的技巧，通过改变对手进攻用力方向，在恰当的地方和时机利用杠杆原理发力，反作用于对手，通过技术直接将其制服或令其体力耗尽.

(3)在球类运动中的应用

当杠杆转动角速度一定时，离转动中心越远处，线速度越大，在羽毛球、乒乓球、棒垒球、曲棍球、网球、冰球等运动中，球棒、球杆、球拍等都起着增长阻力臂的作用，达到加快球的运动速度的目的［5］.

(4)在投掷类运动中的应用

在做投掷或击打动作时，为了提高肢体末端的运动速度，应当尽量伸展肢体，增长阻力臂.

2.4 在维持平衡中的应用

头在颈部的平衡动作，依赖平衡杠杆来实现.很多运动要求保持头部平衡，若头部位置不正，就会反射性地引起左右侧肢体肌肉张力发生变化，使人体失去平衡，影响动作完成质量.人体平衡杠杆较少，但从广义的角度来说，在一切维持平衡的运动中，都应用了平衡杠杆，以动力矩来平衡阻力矩，保持身体平衡.在运动过程中，通过神经系统对骨骼肌张力的不断调整，使肢体的动力矩等于阻力矩，维持身体的平衡.例如人体在走、跑、跳中平衡的维持.

3 小结

运动实践中，杠杆原理的应用无处不在，能否合理地加以利用，是非常重要的问题.把一个不适宜从事某项运动的人选拔出来进行该项训练，进行运动锻炼时，不能合理运用杠杆原理，费时费力，却达不到预期的效果，这些都是我们不愿看到的.在体育实践中科学合理地运用杠杆原理，可以取得事半功倍的效果.

［1］卢义锦，姚士硕.人体解剖学［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［2］王淑英.对举重翻发力起杠动作应用杠杆原理的体会［J］.少年体育训练，2009，(1):30.

［3］中国田径协会.中国青少年田径教学训练大纲［M］.北京:北京体育大学出版社，2009.

［4］马南京.杠杆传动重力式力量训练器械优化设计［J］.首都体育学院学报，2009，(5):616－619.

［5］王寿文.浅论杠杆原理在体育教学训练中的应用［J］.上海体育学院学报，1988，(4):30－31.

Application of Lever Principle in Sports Practice

CHEN Cai-hong
(School of Education Science，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

Application of lever principle in athlete selection mainly focuses on congenital factor about shape survey and proportional relationship;during strength training，the resistance and the resistance arm can increase can be used to develop muscle strength.In the different sports events，it plays the role to balance，speed up and save energy.

lever principle;athlete selection;strength training;sports events

G804.21

A

1009—5128(2011)06—0074—03

2011—03—11

陈彩虹(1975—)，女，陕西渭南人，渭南师范学院教育科学学院讲师.

【责任编辑 牛怀岗】