优秀短道速滑运动员换项速度滑冰的优势分析—以弯道滑行为例

王立国,刘佳男,毛羽鹏

（1.东北师范大学体育学院，吉林 长春 130024；2.东北大学体育部，辽宁 沈阳 110004）

运动训练学

优秀短道速滑运动员换项速度滑冰的优势分析—以弯道滑行为例

王立国1,刘佳男1,毛羽鹏2

（1.东北师范大学体育学院，吉林 长春 130024；2.东北大学体育部，辽宁 沈阳 110004）

运用生物力学方法对短道速滑与速度滑冰项目的弯道滑行中一系列定量数据通过物理公式计算与时相分析。找出优秀短道速滑运动员同项群换项速度滑冰项目后在弯道滑行中的优势。研究认为：同速度滑跑时短道速滑弯道滑行运动员所受惯量支撑力大于速度滑冰，是使短道速滑运动员达到一定竞技水平并换项速度滑冰后，在速度耐力方面优势较为明显的主要原因。通过对被试运动员蹬冰角度与髋、膝关节时相分析；有效滑速测试范围内的短道速滑运动员弯道滑行中，开始蹬冰角度均小于速度滑冰；更有利于侧向分力的产生，对加速度起更多贡献。右腿蹬冰时间曲线也表明；短道速滑运动员右支撑腿蹬冰时间的延长是运动员需要改变更大的身体“角位移”角度，运动员所需平衡能力与身体的控制能力要求更高。以上研究希望对具备一定竞技水平的短道速滑运动员转项速度滑冰后在弯道滑行技术上所产生优势附上科学的依据。

短道速滑；速度滑冰；弯道滑行；优势

根据项群理论，速度滑冰项目与短道速滑项目均属同一周期性项群项目，有着相近的训练学特征，[1]因此，理论上运动员可以在2个项目之间互相转换。近几年在国际速度滑冰赛场上也出现了短道速滑运动员创造优异成绩的相关实例。在刚刚结束的索契冬奥会上为中国速度滑冰项目实现金牌零突破的张虹，从短道速滑改练速度滑冰后，短短几年就获得了冬奥会的冠军。无独有偶，索契冬奥会上荷兰代表团现役短道速滑运动员Jorien－Termors在短道速滑比赛中的最好成绩是女子500 m的第4名，而她在速度滑冰项目却创造了新的冬奥会女子1 500 m的奥运会纪录。还有温哥华冬奥会10 000 m冠军得主韩国名将Kang－Seak LEE、加拿大冬奥会冠军Nisibeeti、男子1 500 m世界纪录创造者美国人Shani－Davis等优秀选手都有短道速滑的运动史。这种现象的出现，引起了国际速滑界以及学者的广泛关注。

如何解释在短道速滑运动员改项速度滑冰并且取得优异运动成绩这种现象？速度滑冰生物力学研究表明：运动员的弯道滑行速度大于直道速度，运动员的弯道技术对滑跑速度影响较大；短道速滑更是场地的原因以及比赛的战术特点，弯道技术以及进出弯道技术更为重要，直道滑行往往是每1圈的过渡阶段。因此，研究并对比分析弯道技术可能是解释这种现象的唯一原因。本文设想对速度滑冰与短道速滑的弯道滑行过程中一系列数值进行假设，运用物理学与其整体运动方式相符合的圆周运动定律计算和运动员弯道滑行中运动时相的截取进行运动学分析。旨在为转项优势进一步提出科学依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 优秀短道速滑运动员换项速度滑冰的优势。

1.2 研究方法 测试时间为2014年11月。测试对象：短道速滑与速度滑冰运动员各6名（共12名），运动员为吉林省冬季运动管理中心短道速滑队和速滑队各6名。被试2项运动员的运动等级相近、性别相同，身高、体重无显著性差异（表1、表2、表3）。被试运动员弯道（短道速滑运动员测试场地是长春吉林省滑冰馆，国际标准短道速滑场地周长为111.12 m/圈，速度滑冰运动员测试场地长春吉林省速滑馆，国际标准速滑400 m/圈的内道）滑行时顶弧位置的1个复步进行分析。

表1 短道速滑运动员基本情况一览

表2 速度滑冰运动员基本情况一览

表3 被试运动员基本情况对照

1.2.1 控制量变法 将短道速滑与速度滑冰弯道滑行中拟定的一系列特定值，通过物理学中与弯道整体运动形式相适应的圆周运动公式；向心力F心=mV2/ R=mω2 R=m(2π/T)2 R,保证一系列特定值中(其他客观量变值不改变)只改变R（弯道半径）的情况下,求出运动员弯道滑行中所需的支撑力进行数理分析。

1.2.2 摄像与分析法 采用2台日本产JVC9800型摄像机从正面和侧面进行同步定点定焦拍摄被试者有效滑行速度为11m（±1m）/s 的条件下弯道顶弧处的1个滑行复步。摄像机高度为1.05m，拍摄距离10 m～20 m，拍摄速度为50幅/s，然后对拍摄的原始材料应用Ariel Dynamics运动解析系统解析，用数字滤波法进行平滑，截断频率为6，获得了被试身体重心和各关节的位移各阶段时间和各关节角度等数据。

1.2.3 数理统计法 在研究过程中对所需处理的数据通过Excel软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 物理学控制变量统计数值与分析

2.1.1 短道速滑与速度滑冰在系列特定值条件下弯道滑行中运动员所受向心力数值 短道速滑与速度滑冰项目中弯道滑行是重要的滑行部分。完整的弯道滑行包括进弯道滑行、弯道滑行、出弯道滑行三个部分。[2]2个项目的弯道滑行中运动员根据弯道跑道划分线滑行，而每侧弯道跑道划分线的是通过1个固定中心点一定数值的半径划分的。所以，运动员在弯道滑行中与弯道整体能够满足圆周运动规律（图1）。

图1 弯道滑行圆周运动规律

给出特定数值来满足同一“质量”运动员分别在相同速度条件下（R1=短道速滑弯道半径8 m、R2=速度滑冰弯道半径25 m、V1=V2=滑行速度11m/s、V3=风阻与冰面摩擦力、M1=M2=运动员“质量”70 kg），求出短道速滑与速度滑冰弯道滑行中该运动员所受向心力（以下文中短道速滑滑行中运动员所受向心力简称F心(短),速度滑冰弯道滑行中运动员所受向心力简称F心(速) ）。

即：F心=mV2/R=mω2 R=m(2π/T)2 R，特定数值条件下短道速滑所受F心(短)=特定数值条件下速度滑冰所受F心(速)==61.6 N。

计算结果得出在特定数值条件下F心(短)是F心(速)的3.125倍，可以理解为同一名运动员以相同速度在短道速滑过弯道时比速度滑冰过弯道时多付出约2.125倍支撑力的消耗。

2.1.2 速度滑冰运动员与短道速滑运动员所受向心力相同时系列特定值条件下滑行速度数值 按照笔者的计划设定；系列特定值中只把F心(短)与F心(速)等同的条件下，其他特定数值不变，求此时速度滑冰运动员滑行速度V2。

计算结果V2=34.375/s，比原特定条件下V2的速度快了2倍多，这也是为什么速度滑冰每个单项的速度都快于短道速滑的重要因素之一。

2.2 被试者蹬冰角度时相分析结果 所有被试运动员共滑行18次，筛选后选取其中符合11m(1m)/s范围内每个人1次的有效成绩（共12次）。对被试运动员弯道滑行顶弧部分时的1个完整复步，运用ASPS分析系统捕捉时相进行分析（图2）。

图2 被试者蹬冰角度时相分析结果

通过被试运动员在运动等级、性别相同，身高、体重、年龄、冰龄、滑行速度相近的条件下进行不同项目弯道时采集的数据可以发现：短道速滑运动员在弯道最高速过弯道条件下，左、右小腿与冰面形成的夹角均小于速度滑冰运动员在此处与冰面的夹角。这个小腿与冰面的夹角被称为蹬冰角度，蹬冰角度可以有效地反映运动机体腿部的技术动作以及蹬冰的效果。[3]所有被试者的蹬冰最小角度与蹬冰最大角度均出现在右腿蹬冰结束与左腿蹬冰开始阶段，这是因为基本相同的滑行方式和人体生理解剖构造所限而产生的。[4]

2.3 被试者髋、膝关节角度时相分析结果 在有效测试成绩内的时相数据中，选取被试短道速滑运动员与速度滑冰运动员左、右支撑腿髋、膝关节在蹬冰开始与结束阶段角度时相的均数值，对被试运动员髋、膝关节蹬冰开始阶段与结束阶段角度的阶段性对比进行t检验/方差检验，被试短道速滑运动员在蹬冰开始阶段的髋、膝关节角度均数值与速度滑冰运动员蹬冰开始阶段的角度均数值是有显著性差异，而蹬冰结束阶段，髋、膝关节均数值没有显著性差异（见表4）。

2.3.2 被试运动员髋、膝关节角度变化 以被试运动员髋、膝关节角度均数值的变化为x轴基数，蹬冰时间为y轴基数，绘出被试运动员左、右支撑腿，髋、膝关节角度均数值开始蹬冰阶段至蹬冰结束阶段随时间变化曲线图（见图3、4）

从图3、4中可见，短道速滑运动员左支撑腿髋、膝关节起始阶段均明显低于速滑运动员，表明其蹬冰开始阶段身体姿势处于一个更低的位置，但从蹬冰曲线趋势看，2个项目的运动员之间没有明显变化。而右支撑腿膝关节在蹬冰开始不久都有了一个快速打开的过程，曲线趋势极具变陡，其中速度滑冰膝关节曲线变陡趋势要高于短道速滑。

表4 被试运动员支撑腿髋、膝关节蹬冰开始与结束阶段角度均数值一览 °

图3 被试者左支撑腿髋、膝关节随时间变化曲线

图4 被试者右支撑腿髋、膝关节角度随时间变化曲线

3 分析与讨论

3.1 弯道滑行过程中支撑力的分析讨论 蹬冰力量和滑跑频率是速度滑冰的两大技术要素[5]。每步蹬冰力量所产生的外部输出功率决定了同一距离项目上，竞技运动水平相近运动员之间成绩上的微小差异。对这一观点解决的一般方法是提高运动员的训练储备，提供运动员在项目上肌肉的所需耐耗能力。[6]中国速度滑冰运动员的技术与世界高水平运动员相比还有一定差距。主要是在支撑能力和利用体重蹬冰方面差距较大, 在一定程度上是导致我国运动员成绩进步缓慢的原因。[7]所以寻找提升运动员滑跑中的肌肉支撑耐耗能力的正确专项训练方法则是提高运动员竞技水平的根本任务。

本文研究说明：如，同一名运动员在相同滑速条件下在弯道滑行过程中短道速滑运动员身体支撑力的消耗比速度滑冰运动员多付出2.15倍，因此，短道速滑的训练相当于速度滑冰的大强度训练，而且它所募集的肌肉数量、肌肉的工作方式和冲动频率[8]是最直接的专项滑行支撑力的消耗，是与专项滑行训练形式紧密结合的并且有着持续性特点的训练方式，是利用其他辅助器材无法做到的。

3.2 被试运动员弯道滑行复步时相分析

3.2.1 蹬冰角度与滑行技术分析 运动员滑行过程中小腿与冰面的夹角称作蹬冰角。[9]相同的有效测试速度条件下，运动员在弯道滑行中左右腿的最小蹬冰夹角都出现在短道速滑测试运动员中，通过图2也可以观察到短道夹角的显示区域均小于速度滑冰蹬冰夹角区域。蹬冰夹角小的根本原因是在特定的滑行速度范围内，特殊的场地条件下运动员受到了更大的向心力导致的。套用陈民盛的蹬冰时输出功率公式[9]po= 其中： 为蹬冰时与垂直面上的夹角，也就是蹬冰夹角。根据此推算，此时条件下的被试短道速滑运动员蹬冰输出功率均大于速度滑冰运动员。这也正与Boer的研究结果相一致；蹬冰开始时的蹬冰夹角小,并且认为蹬冰夹角小有利于产生更大的侧向分力(法向)，从而获得更大的速度。[10]那么，蹬冰夹角小，只是有利于产生更大的侧向分力（法向），运动员为获得更高的滑行速度还需满足1个条件，只有在与滑行方向水平面内相垂直(法向)的蹬冰力才对加速起贡献作用，[11]即运动员蹬冰时输出的功率，我们所说的运动员弯道滑行中所受向心力的支撑力。如果运动员要产生更多的加速度，那是与运动员所受的合外力成正比的，运动员作用于冰面的力是作用在同1直线、2个不同物体上。1个平面内运动员给冰面足够的力，冰面给运动员相同的力是使运动员快速向前滑行的基本保证。假设V1=V2、M1=M2、F心（速）=F心（短），则速度滑冰运动员的滑行速度在此阶段在理论上会提升2.125倍。这与通过控制变量法所求证的在特定条件下滑行方向平面内对抗向心力的支撑力所消耗的倍数相映，它对运动员弯道滑行过程中的加速度起到的贡献更多。满足了运动员弯道滑行中获得更大速度的2项关键条件；更小的开始蹬冰夹角和更大的侧向分力（法向），也就是专家学者以及广大教练员口中所说的蹬冰质量更高。

3.2.2 被试者髋、膝关节角度时相分析 被试运动员时相采集的滑行距离是1个复步，1个复步分为2个单步，而1个单步是由滑步宽度与滑步长度共同构成的。因为速滑运动项目特有的技术需要，要求运动员在滑行中法向位移量最大化。所以，在弯道滑行过程中，运动员在支撑腿“着冰”开始蹬冰时，就积极全力伸展膝关节、髋关节到达所需的蹬冰角度，并收回“浮腿”进行交叉“下刀”迅速的完成身体重心的转换，完成1个单步中滑步宽度，制造出运动员的“有效伸展范围”。计算不同关节的蹬伸幅度是确定下肢有效蹬伸范围的方法之一。运动员开始蹬冰时，关节的初始角度是关节蹬伸幅度判定的关键，以往研究表明，开始蹬冰时关节角度小是优秀运动员的主要特征。[12]并且提到：蹬冰腿膝关节的角度变化能够客观反映速度滑冰弯道技术中蹬冰和支撑的状况及实效，能够深刻解释弯道跑滑技术的细节。[14]通过被试运动员左右支撑腿髋、膝关节蹬冰开始与结束角度均数值对比t检验分析（见表4），表明被试短道速滑运动员的左右支撑腿髋、膝关节开始蹬冰角度与被试速度滑冰运动员左右支撑腿髋、膝关节开始蹬冰角度有明显差异（P=0.0007784、 P=0.004113、P=0.0008574、 P=0.003135、 P＜0.05）。而在结束阶段的左右支撑腿髋、膝关节蹬冰角度检验分析中却表明没有差异性（P=0.1929、 P=0.09914、 P=0.3464、P=0.1145、 P＞0.05）。究其原因，可能是被试短道速滑髋、膝关节开始蹬冰时角度更小，而蹬冰结束后因速滑技术特点，与生理解剖关节伸展范围所限，使被运动员蹬冰结束时髋、膝关节角度基本重合。

对被试运动员左右支撑腿髋、膝关节角度的均数值随时间变化曲线图分析（见图3、图4）。被试短道速滑运动员左右支撑腿髋、膝关节角度在开始蹬冰时明显小于被试速度滑冰运动员。随着蹬冰时间变化，除被试短道速滑运动员的右支撑腿外，所有运动员支撑腿髋、膝关节角度在开始蹬冰（冰刀接触冰面）至0.2 s时间内趋于平稳，0.2 s～0.35 s之间各关节角度迅速攀升达到最高值，而随着蹬冰结束刹那间被试运动员左右支撑腿髋、膝关节角度曲线又接近重合。但从被试运动员右支撑腿髋、膝关节角度的均数值随时间变化曲线图（见图4）分析发现，短道速滑运动员右支撑腿髋、膝关节角度时间曲线趋势异于其他曲线的最小角度出现在开始蹬冰阶段（冰刀接触冰面）至0.1s内然后随着时间变化角度随之逐渐增大，而髋、膝关节的最小角度变化出现在开始蹬冰后的0.1s～0.15 s之间，并且整体曲线时长也比其他曲线时长出约0.3 s。这种现象的出现是因为运动员弯道滑行中，通过双腿交叉滑行不断产生加速度的同时也在通过每次弯道蹬冰来改变身体“角位移”的方向，达到运动员从进弯道至出弯道180°的身体“角位移”改变。而短道速滑运动员在弯道顶弧处滑行时，因为更小的弯道半径导致运动员需要更大幅度的改变自身“角位移”度数使身体向出弯道方向滑行，所采用的“单脚支撑”技术所引起的。

以上研究认为：短道速滑运动员在弯道滑行中为达到一定速度时，需要募集更多的肌肉控制各关节角度在开始蹬冰阶段以达到更小的角度来制造出更大的伸展幅度和“有效伸展范围”。通过右腿单支撑稍长的技术控制方式，使身体位移方向改变更大，这都需要短道速滑运动员有着更好的对身体的控制能力。

4 结 论

1）弯道滑行中耐受惯量支撑力更大，速度耐力水平更高。

2）蹬冰开始阶段夹角更小、整体蹬冰夹角小，对滑行方向水平面内相垂直 (法向) 的蹬冰动能贡献更多、蹬冰质量更高。

3）结合弯道滑行中支撑腿髋、膝关节伸展幅度与角度随蹬冰时间变化曲线表明：在弯道滑行中的“有效伸展范围”更大，改变身体“角位移”的能力更强，身体平衡能力与控制能力更好。

[1]Vaningenschenaugj,Deboerrw,Degrootg．On the Technique of Speed Skating[J]．Sport Biomech，1987（3）:419－431．

[2]Vaningenschenaugj．The Influence of Air Friction in SpeedSkating[J］．Biomech，1982（15）:449－458．

[3]张守伟.世界优秀速度滑冰运动员弯道“跑滑”技术的运动学分析与探索——以 2010 年冬奥会季军加藤条治的弯道技术研究为例[J].北京体育大学学报,2013 (7): 118-122.

[4]陈民盛.Clap式冰刀弯道蹬冰动作技术原理的生物力学研究[D].北京：北京体育大学,2005.

[5]刘俊一, 隋力.我国优秀速度滑冰短距离女运动员专项身体素质结构特征统计分析[J].天津体育学院学报,2009, 24(2):177-180.

[6]薛瑞红,杨帆.2006年我国速度滑冰项目在重大国内,国际赛事上的表现综述[J].冰雪运动,2007 (6): 5-7.

[7]陈小平.当代运动训练热点问题研究[M].北京：北京体育大学出版社,2005.

[8]王立国,刘俊一.腾空时相质疑:世界优秀男子500m速滑运动员弯道技术的运动学探索[J].沈阳体育学院学报,2013(3):121-124.

[9]陈民盛,李贵阳,程湘南.对速滑蹬冰加速理论的质疑与思考[J].北京体育大学学报,2004,27(2):276-278.

[10]De Boer R W,Schermerhorn P,Gademan J,et al.Characteristic stroke mechanics of elite and trained male speed skaters[J].Int J Sport Biomech, 1986,2:175-185.

[11]Van Ingen Schenau GJ,Bakker K. A biomechanical model of speed skating[J].Journal of Human Movement Studies,1980,6(1):18.

[12]Muehlbauer T,Panzer S,Naundorf F,et al.Pacing and Success for the Sprint in Ice Speed Skating[J].Deutsche Zeitschrift For Sport Medizin,2009, 60(1):12-16.

Advantage Research on Elite Short Track Skater Changing to Speed Skating— Taking Curve Sliding as an Example

WANG Li-guo1,LIU Jia-nan1,MAO Yu-peng2
(1.School of Physical Education, Northeast Normal University, Changchun 130024, Jilin China; 2.Department of Physical Education, Northeastern University, Shenyang 110004, Liaoning China)

Using biomechanical method, this thesis analyses a series of quantitative data in curve sliding of short track speed skating and speed skating through physical formula and phase analysis, so as to fi nd out advantage in curve sliding of elite short track speed skating skater changing to speed skating within same discipline. Research shows that in same speed curve sliding, roll inertia supporting force suffered by short track speed skating skater is greater than speed skating, which is the main reason when reaching a certain competitive level, short track speed skating skater possesses obvious advantage in speed and endurance after changing to speed skating. Through phase analysis of angle, hip and knee, in effective testing range of skating speed, start angle of short track speed skating skater is less than speed skating in curve sliding, which is more conducive to lateral component generation, contributes more to acceleration. Right leg kicking ice time curves also shows that extension of right leg kicking ice time is because short track speed skating skater needs to change larger body "angular displacement" angle, which requires higher balance and control ability of skater. Aforementioned research expects to provide scientific reference to advantage of curve slidingtechnique of competitive short track speed skating skater changing to speed skating.

short track speed skating; speed skating; curve sliding; advantage

G862

A

1004－7662(2014 )11－0058－06

2014－09－10

王立国，副教授，博士，研究方向：体育教学及运动训练研究。