快速力量训练功率输出的测量方法

苏彦炬，吴贻刚，袁 艳，吴正平

1 研究目的

快速力量是肌肉收缩力量和速度的综合表现，也是决定运动成绩的重要因素。功率是力与速度的乘积，快速力量训练中人体输出功率是非常重要的训练学参数，对于确定训练的负荷强度具有重要意义。力量训练的目的就是提高运动过程中人体功率的输出。

对运动员力量水平的检测、分析和评定是力量训练的重要内容。从重量和速度两方面对运动员力量素质进行综合评价是现代力量检测的发展趋势［1］。功率输出的测量是进行最大功率训练及评价运动员快速力量水平的基础。位移传感器和测力台在运动测试中的广泛应用为最大功率法的实施提供了物质和技术保障。测量功率因具体情况、测试设备的不同，采取不同的计算方法，每种测量方法都存在着优势和不足。以负重蹲跳训练形式为例，对四种常见的功率测量方法的特征进行深入分析，探讨各种方法的优势与局限性，确定其适用范围。

2 四种功率测试方法的对比

最大功率法是快速力量训练的有效方法。根据肌肉收缩力—速度关系可知，肌肉收缩力量随着负荷的增加而增加，动作速度则随负荷的增加而减小，最大功率是在阻力—速度两者处于最理想契合时出现的［2］。对人体输出功率的测试实际上是对阻力和速度两个参数的采集。

由于采用数据仪器的差别，计算整个动作系统所包括不同部分的重量存在差异，故影响测试结果。以负重蹲跳训练形式为例，对四种不同功率测试的方法进行分析和比较。

表1 负重蹲跳功率测试方法比较

用于功率计算的参数包括地面反作用力、杠铃的位移、速度、加速度、人体体重等。通过测力台可对蹲跳动作地面支撑反作用力进行实时采集。杠铃的位移数据可通过与杠铃相连接的位移传感器测得，由位移及时间衍生速度和加速度数据。

表1可知，方法1通过已知的杠铃和练习者体重以及位移传感器测量的杠铃位移数值进行计算。位移传感器的一端固定，游离的另一端固定在杠铃上。当运动员开始训练，固定在杠铃上的位移传感器将杠铃位移变化转换成电信号输入计算机，结合对应的时间，采用专门的程序处理。根据运动学原理，对速度（v）和加速度a进行求导。根据牛顿3定律F＝（m＋M）（a＋g）（其中M和m为人体和杠铃的重量）得到促使整个系统的推力F。根据动力学原理，在得出F随时间变化的曲线后，由公式P（t）＝F（t）3 V（t）求出瞬间功率［3］。

测力台和位移传感器的采集频率（每秒钟记录到的蹬伸力量数据、位移数据）决定了蹬伸力值和速度的采样数量。力量是通过已知的杠铃重量、人体重量之和与加速度数据的乘积得到。该方法的理论前提是整个系统（包括杠铃和人体）的重心与杠铃重心位移相同。理论前提决定了该方法的局限性。蹲跳的运动学测试结果表明，运动员躯干、下肢以及脚并没有和杠铃同步移动，故认为这种利用逆动力学计算的测试方法不是十分精确。杠铃所受力量是由位移、时间数据衍生计算得出，这种方法无法提供直接测量的力量数据。因考虑到受试者克服自身身体重量的做功，一些特殊的训练形式诸如卧推等上肢动作，身体参与到动作中的重量很小，在计算功率过程中，对身体重量的计算应另当别论。综上所述，该方法适用于测试类似蹲跳等大部分身体质量参与的运动形式，而对于只有部分身体重量参加运动的其它形式练习存在一定局限性。

方法2是通过杠铃的位移数据和杠铃质量数据进行计算。此方法计算过程基本上和方法1相同，唯一区别是运动员身体质量没有包括在力量和功率输出计算中。该方法依然不能克服以杠铃代替整个系统移动的问题。实验结果显示，由方法2测试的结果明显小于其它三种方法测得数据，此方法会低估真实的功率输出。本方法应用于测量功率范围相对较宽的抗阻练习中具有一定优势，需要克服自身体重较少，特别是如卧推、腿举等向上的、没有形成身体离地的运动形式的功率测试。

方法3通过测力台得到的地面反作用力、杠铃重量及练习者的身体质量进行计算。力量值从测力台的数据直接获得，加速度数据通过已知的运动员和杠铃的质量计算，速度依据动量定理公式FT＝m（vf－vi）进行计算。采集的起始速度数据必须是零，即当数据采集开始时，运动员和杠铃必须保持静止。力量数值来源于测力台。如果杠铃重心与运动员重心移动的同步性较差，在计算速度和功率时则易出现误差，原始数据很小的误差会在最后结果中被放大。此外，该系统必须是独立于测力台之上，运动员的身体部分或是杠铃不能与其它任何表面相接触。故测量从地面开始的动作功率输出时，不宜使用方法3。运动员持握杠铃可以从任意中间位置开始，如膝盖，膝盖水平以下，但系统各部分的重量不能在整个过程中有任何改变。如果从地面上开始持握杠铃，那么用于计算的数值在杠铃离开地面时已经改变，杠铃的重量没有作用在测力台上，杠铃被举起时重量会额外增加。从这个意义上讲，如果系统重量在整个移动过程中不稳定，加速度、速度和功率数值就不能从力量数据中得到。满足上述基本条件的任何形式的直线抗阻力量训练均可采用方法3进行测量和计算。

在测试方法4中，力量来源于测力台采集数据，速度直接从位移传感器数据获得。与方法3相同，计算时，运动员身体质量和杠铃的重量被包括在其中，可同步进行测力台和位移传感器的测量。因为力量数据包括了运动员的身体重量和速度数据，其局限性已讨论，即假设杠铃重心和运动员重心位移相同。优越性在于位移数据是直接测量获得，比通过计算得到的杠铃移动速度要精确。力量变化的数据直接从测力台得到，比方法1、2中由位移传感器中推导出的数值要精确。如果杠铃的重心和身体重心的移动同步性问题得到很好解决，那么这种方法相对其它三种方法误差要小，局限性在于不适合应用于类似抓举动作的功率测量，即身体和杠铃的移动不在同一方向上的动作形式。

抓举和挺举练习时，杠铃重心的移动和运动员身体的移动各自独立。研究表明，抓举过程中当杠铃从腿部举到头上位置时，人体重心的移动只有0．12－0．15 m。杠铃和运动员的重心移动不同，方法2、3不适用。如果运动员腿和躯干功率输出能力为主要测试内容，选用方法3较适宜。

据已有文献可知，方法1、4只适用于杠铃和受试者重心同步移动的情况下。在抗阻力量训练过程中这两者的重心往往不能实现同步，上述两个方法从逻辑上推理就不能应用于举重练习的功率测算。如果只考虑最高功率，方法4较适合，原因在于：首先最大功率发生在抓举第二个阶段的上举过程中，杠铃重心移动与运动员重心移动非常接近；其次方法4的误差可能较其他三种方法要小，但方法4应用于举重练习功率测量至今未见试验验证。

从测试仪器成本分析，位移传感器的价格远低于测力台，应用方法2、3具有较好的相关性，教练员可选择位移传感器作为测量设备。如果注重功率的输出能力而非举重的表现，也比较适合采用这种设备。

［1］ 陈小平，严 力，季林红．对我国优秀短距离速滑运动员力量耐力的研究——运用“最大力量能力阈”评价力量耐力水平的试验［J］．体育科学，2005（12）．

［2］ 段子才．功率最大化的力量训练方法及效果研究进展［J］．中国运动医学杂志，2011（3）．

［3］ 肖 毅，刘 宇．智能化超等长阻力训练系统的研究与实现［J］．武汉体育学院学报，2009（3）．