不同助跑速度起跳时支撑阶段动力学分析

常春芳，孙言铭

（毕节学院 体育学院，贵州 毕节 551700）

跑、跳着地缓冲技术,是国内生物力学界和田径界多年来都在不断探讨和关注的热点问题，从查阅的国内外文献资料来看，国内外学者虽然对人体在走、跑、跳等运动过程中着地支撑阶段做了很多研究，但他们的研究较多集中于运动学方面。本研究试图用动力学的方法，全面的揭示二级运动员的跑、跳技术。运用测力台对运动员以不同速度跑、跳完成动作时着地支撑阶段支撑腿进行动力学研究，获得运动员以不同速度跑、跳着地支撑阶段支撑腿的力-时间变化曲线、力值变化特征、力-时间的变化曲线及力值变化特征之间的关系，找出运动员存在的薄弱环节，为基层教练员和运动员今后的训练提供一份翔实的数据和参考。提高人们对中等水平运动员技术本质的认识。从而丰富基层教练员的认知结构，搞好基础训练。

1 研究对象与方法

1.1 受试对象

本研究的受试对象为西安体育学院田径队从事跑、跳项目的运动员10人，性别:男，无病史，下肢未受过较大伤，测试时身体状态良好。

1.2 实验测试方法

1.2.1 测试仪器:瑞士KISTLER三维测力台（60cm×100cm×10cm）一台。

1.2.2 测试的方法

实验中，每名受试者每个动作重复做三次，即全力跑、跳各三次；次全力跑、跳各三次；低速跑、跳各三次。每次跑、跳后有足够的休息时间，以确保运动员不疲劳。测力台采样频率为500Hz。

备注:1.全力指发挥自己最大速度的跑（7.734～8.393 m/s）、最大速度助跑起跳（6.945～7.628 m/s）时的速度。

2.次全力指 2/3 全力跑（7.227～7.734m/s）、跳（6.389～6.945m/s）时的速度。

3.低速指 1/3 全力跑（6.751～7.227m/s）、跳（5.668～6.389m/s）时的速度。

在以下分析过程中，我们便沿用全力、次全力、低速此种表述方式。

2 结果与分析

在动力学分析中，用Fz来表示垂直方向的分力，Fy来表示水平方向的分力，Fx来表示左右方向的分力［1］。本文足底垂直（Fz）方向的力—时间曲线特征阶段划分是根据前人对着地支撑阶段的力—时间曲线特征的划分所参考的［1］。第一波峰代表缓冲过程中受到地面冲击载荷的最大值。第二波峰代表蹬伸过程中地面对人体的冲击达到的最大值。两峰之间的低谷点表示着地缓冲最大瞬间向蹬伸过度的转折点。从着地到达到最高点为落地冲击阶段，从第一波峰最高点到第一波谷最低点为缓冲阶段，从第一波谷最低点到结束为蹬伸阶段。根据垂直方向力值波形和前人的研究,将力值波形划分为三个阶段，分别为冲击阶段、缓冲阶段、蹬伸阶段［2］。

图1 李某第二次跑足底垂直反作用力值曲线图

图1AB段为着地冲击阶段，BC段为着地缓冲阶段，CDE段为蹬伸阶段，而D点是第二个波峰点，至E点受试者一次着地完成。

2.1 以不同速度跑、不同速度助跑起跳时足底垂直（Fz）反作用力值曲线的特征分析

Fz曲线反映了运动员起跳着板、缓冲、蹬伸阶段在垂直方向上所受到的作用力的变化情况，垂直力值对于获得较大的垂直速度起着决定性的作用。

图2 受试者王某以不同速度助跑起跳时着板、缓冲、蹬伸阶段的Fz-t曲线图

从图2中可以发现以7.572 m/s的速度助跑跳时，受试者的第一波峰比较陡峭，踏板力值也较大，波峰力值平均为76.115 N/kg，达到第一波峰力值时，用时为0.0242 s；以6.614 m/s的速度跳时，波峰力值平均为58.702 N/kg，第一波峰相对就较为平缓，达到第一波峰力值时，用时为0.0273 s；以5.918 m/s的速度跳时，波峰力值平均为49.230 N/kg，达到第一波峰力值时，用时为0.0254 s，第一波峰介于两者之间；随着速度的减小第一波峰相对平缓、力值逐渐减小，这反映出跑速较大时动作果断有力，下肢肌群专项力量素质发挥好，产生的制动冲量较小，所以才形成一个力值大而时间又较短的波峰。

踏板脚着地支撑后，支撑腿的伸肌群进行退让性收缩，以抗衡由于快速上板所形成的强大冲击力作用。当伸肌群所产生的肌力足以抵抗外冲击力值时，垂直力值便不再下降，从而形成了Fz波谷力值点［3］。因此，Fz波谷力值的大小反映了运动员踏板腿伸肌群的力量，即运动员腿的支撑能力［3］。从Fz波谷力值来看。以7.572 m/s的速度助跑起跳时的Fz波谷力值为40.545 N/kg，以6.614 m/s的速度助跑起跳时的Fz波谷力值为40.54 N/kg，以5.918m/s的速度跑的Fz波谷力值为34.362 N/kg，随着速度的减小，波谷力值逐渐减小。波谷力值的大小反映了运动员起跳腿伸肌群的肌肉力量，运动员需要较强的支撑能力才能获得较大的波谷力值和较大的垂直冲量，从而获得较大的起跳垂直速度。这再次说明了运动员的支撑能力非常重要，受试者要想提高运动成绩，就必须提高上板的速度和肌肉的离心收缩能力。

在此次分析中，以7.572 m/s的速度助跑起跳时第二波峰最高力值为55.675 N/kg，力值大，到达峰值时间较短，力值曲线较陡峭；以6.614m/s的速度助跑起跳时的第二波峰力值为49.438 N/kg，力值相对小，时间较长，力值曲线相对平缓；以5.918 m/s的速度跳的第二波峰力值为38.181 N/kg，力值相对最小，时间最长，力值曲线较平缓且有轻微的波动。这说明随着速度的减小，受试者在踏跳时有“二次用力”现象（即起跳脚的稳定性差），使水平速度在较大的下降后才有回升，从而影响了蹬伸的质量。要想获得较高的Fz第二波峰值，改善此阶段的效果，运动员就要使身体重心积极前移，摆动腿及双臂积极有力的协调摆动，加强起跳腿的蹬伸作用。从前面的分析我们知道起跳腿的蹬伸动作在运动员获得第二波峰力值之后，说明Fz第二波峰力值的获得不是由于起跳腿的蹬伸作用，而是运动员身体重心的积极前移和摆动环节的积极有力的摆动而获得的。

图3 受试者王某以不同速度跑时着板、缓冲、蹬伸阶段的Fz-t曲线图

从图3中可以发现以8.039 m/s的速度跑时，受试者的第一波峰比较陡峭，踏板力值也较大，波峰力值平均为34.873 N/kg，达到第一波峰力值时，用时为0.0225 s；以7.762 m/s的速度跑时，波峰力值平均为32.221 N/kg，第一波峰相对就较为平缓，达到第一波峰力值时，用时为0.0345 s；以7.209 m/s的速度跑时，波峰力值平均为28.132 N/kg，达到第一波峰力值时，用时为0.045 s，第一波峰介于两者之间；随着速度的减小第一波峰相对平缓、力值逐渐减小。Fz波谷力值、Fz曲线第二波峰同图2得出的结论相同，即随着速度的减小力值逐渐减小，时间逐渐增加，这反映出跑速较大时动作果断有力，下肢肌群专项力量素质发挥好，产生的制动冲量较小，所以才形成一个力值大而时间又较短的波峰。这再次说明了运动员的支撑能力非常重要，受试者要想提高运动成绩，就必须提高上板的速度和肌肉的离心收缩能力［5］。而图2、图3所不同的就是，图2得出的力值远远高于图3得出的力值，Fz曲线较图3陡峭。

2.2 不同速度跑、不同速度助跑起跳时Fx力值与Fy力值曲线的特征分析

2.2.1 Fy-t曲线作为研究的内容。

Fy方向力值波形的变化反映了支撑过程中运动员水平方向上所受到的作用力的情况。从曲线的变化以及运动员水平方向受力的特性来看，运动员在水平方向上受到的主要是阻力，在支撑的水平方向主要受制动力作用。

图4 受试者何某以不同速度助跑起跳时着板、缓冲、蹬伸阶段的Fy-t曲线图

图5 受试者何某以不同速度跑时着板、缓冲、蹬伸阶段的Fy-t曲线图

从图4可以看出，随着速度的减小，受试者的水平制动阶段所用时间逐渐增加，同时曲线第一波峰下降的趋势逐渐平缓。这说明要取得好的成绩，起跳蹬伸的动作就要积极，要把握好蹬伸的时机，同时加强起跳腿伸肌群的离心收缩能力，才能承受起跳着地时巨大的冲击力，不错过最佳的蹬伸时机。随着速度的减小，峰值逐渐增大，受到的水平制动力逐渐增大。受试者要想减少水平制动的时间，使起跳技术更加合理，就要在助跑的最后一步积极的下压着地，双臂以及摆动腿的摆动要更加积极，以便减少水平制动力作用的时间，从而减小水平速度的损失，增加起跳的垂直速度与水平速度。

从图5中我们可以看到，随着速度的减小受试者的水平制动阶段所用时间逐渐增加，同时曲线下降的趋势逐渐平缓，水平制动力作用的时间逐渐增加。同图4相比曲线较陡峭，这说明以不同速度跑时较以不同速度跳时水平速度损失的少，即解释了跑、跳的主要差异在于水平速度与垂直速度的利用多少。

2.2.2 Fx-t曲线作为研究的内容。

图6 受试者冯某以不同速度助跑起跳时着板、缓冲、蹬伸阶段的Fx-t曲线图

图7 受试者冯某以不同速度跑时着板、缓冲、蹬伸阶段的Fx-t曲线图

Fx方向的分力代表的是侧向的分力，反映了运动员支撑过程中左右方向上所受到的支撑作用力变化情况。如果运动员摆动环节的摆动时机较早，摆动速度较大，运动员从着地到形成稳固支撑的时间相应就会短一些，从分析的结果来看，Fx第一波峰时间（如图6、图7）和Fz第一波峰时间相差无几，因此，运动员起跳脚着地后应该立即进行左右方向的调整，以保证形成稳固的支撑，以便更好的完成跑、跳。当受试者的支撑反作用力值处于峰值时，受试者的Fx力值波形出现频繁的波动现象，这说明当受到较大外力时，受试者的踝关节没有足够的力量来承受这种外力的作用。这种频繁的波动会极大的影响受试者的支撑效果，所以发展跑、跳运动员的踝关节力量可以有效的提高动作的合理性与运动成绩。

3 结论与建议

3.1 不同速度跑、不同速度助跑起跳时，随着速度的增大，跑、跳着地支撑时足底垂直（Fz）反作用力的力峰值逐渐增大，支撑时间逐渐减小，Fz-t曲线出现双波峰。全力跑、跳时动作果断有力，下肢肌群专项力量素质发挥好，产生的制动冲量较小，形成一个力值大而时间又较短的波峰。从支撑腿的支撑能力看，建议在今后的训练中，加强运动员的支撑缓冲能力训练，即肌肉的退让性工作能力训练。这对提高成绩和改进技术至关重要。

3.2 不同速度跑、不同速度助跑起跳时，随着速度的增大，跳着地支撑时足底前后（Fy）反作用力的力峰值逐渐减小，支撑时间逐渐减小；跑着地支撑时足底前后（Fy）反作用力的力峰值逐渐增大，支撑时间逐渐减小。相对于跳着地支撑时的Fy-t曲线，跑着地支撑时的Fy-t曲线力峰值较大，受到的水平制动力较大。而跳着地支撑时足底左右（Fx）力峰值随速度增大而增大，较跑着地支撑时足底左右（Fx）力峰值大，支撑能力弱。教练员应根据运动员自身情况合理安排运动员训练，在今后的教学训练中还应该注意动作的合理性，这比提高力量素质更为重要，因为只有动作合理才能更好的发挥力量以及速度素质。

［1］陈祥运.测力台数据的采集分析与系统实现［D］.南京:南京理工大学，2003.

［2］刘亚.对我国优秀男子跳远运动员起跳阶段摆动腿作用的研究［J］.中北大学学报（社会科学版），2008，（02）.

［3］马莉芳.我国优秀男子跳远运动员起跳技术的运动学分析［D］.太原:山西大学，2007.

［4］董广新.对短跑动力的再认识［J］.四川体育科学，2004，（1）:53-54.

［5］苏斌,周志雄.背越式跳高起跳技术特征及专项力量训练原则［J］.首都体育学院学报,2005，（5）:68-70.

［6］孙为民,孙守正.改进100m途中跑着地技术的实验研究［J］.首都体育学院学报，2002,（03）.