武术套路健将童通旋子转体720°起跳动作的生物力学分析*

2014-05-18高明

体育教育学刊 2014年2期

高明

（武汉体育学院体育科技学院，湖北武汉 430205）

现阶段，对于武术套路中跳跃动作的研究，国内外学者普遍采用高速摄影进行运动学分析，或对动作进行定性评价。单一的研究手段不但制约了对武术套路内在运动规律的科学认识，同时也不利于对武术运动员技术动作的诊断与指导。当今，武术套路运动快速发展，比赛竞争日益激烈，只有合理采用综合性的研究方法和手段，才能更加客观地指导训练，从而不断提高动作难度的稳定性，减少武术运动员的运动损伤。

作为长拳类C级动作旋子转体720°接跌叉，其动作复杂，技术难度大，不仅对运动员的专项素质、身体自控能力提出了很高的要求，同时也要求运动员必须更加准确地把握技术动作的要领，良好的起跳动作则是成功完成该技术动作的必要条件。

1 研究对象和方法

1.1 研究对象

以湖北省武术代表队健将级运动员童通为研究对象，其基本信息见表1。

表1 运动员基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 影像分析法

本研究应用两台日产松下NV—MD9000，采用定点、定焦、定距的方式进行同步拍摄，镜头快门为1/500s，拍摄频率为50帧/s。摄影框架为国产爱捷009-D，设23球13球为X轴。运用美国ARIEL公司的解析软件对图像进行处理，选取汉纳范人体模型，数字低通滤波平滑系数为5。拍摄现场设置如图1所示。

1.2.2 足底压力测试法

在标准的武术训练场地，应用比利时RSscan footscan insole测试频率为500Hz/s的系统进行测试，从而获取运动员起跳时足底压力相关参数及图像。

2 分析与讨论

2.1 运动学分析

图1 拍摄现场设置示意

在对旋子转体720°接跌叉整个动作的研究过程中，根据技术动作特征，将整个动作划分为四个阶段：即第一阶段从0s到0.48s为起跳阶段；第二阶段从0.48s到0.88s为完成第一周转体的时间；第三阶段从0.88s到1.22s为完成转体第二周的时间，此阶段运动员身体完全处于腾空状态；第四阶段从1.22s到1.6s为落地阶段。运动员转体角度以两髋关节连线围绕垂直轴旋转角度计算。在整个动作过程中，运动员两髋关节连线共围绕Z轴转体1065.2°，但是由于旋子转体动作本身动作特点，身体在空中不仅有绕身体纵轴的转体运动，而且同时存在整个身体纵轴绕Z轴转体123.51°的过程，这样身体所转体角度就大于身体绕自身纵轴旋转角度。不仅如此，起跳阶段运动员由制动到左脚离开地面的过程中，两髋连线同样围绕Z轴发生了146.85°的转体，因此身体实际完成绕身体纵轴转体角度为794.84°。

图2 旋子转体720°身体重心位移曲线

从图2中可见，该运动员右脚触地至双脚离地，时长为0.38s。身体重心在X、Y、Z方向位移分别为1.12m、0.55m和0.23m。随着运动员身体不断向前、向下摆动，重心于0.26s到达最低相对高度-0.0191m，继而身体向上摆动，身体重心不断上升，直到0.46s双脚离开地面时，重心相对高度0.4736m。以右脚接触地面时刻至重心到达最低点时刻为缓冲阶段，所用时间为0.18s，重心相对在垂直方向下降了0.25m，在蹬伸阶段的时长0.2s，身体重心相对高度上升0.48m。

图3 旋子转体720°身体重心速度曲线

通过身体重心速度曲线图3可知，0.08s至0.46s过程中水平方向速度逐步减小，垂直方向速度不断增大，但是在该过程中双腿并没有蹬伸动作出现，这表明运动员通过身体的制动动作和摆动动作将原有的水平速度转化为了垂直速度，同时因调动腰背部肌肉协调发力使身体速度得到进一步增大，最后阶段经由双腿蹬伸动作加速，获得垂直方向的最终速度。

通过旋子转体720°身体重心Z轴加速度与左右两侧髋角与膝角关系图4、5可知，无论是髋角还是膝角在动作的起跳阶段其变化都呈现先后变化的时间规律，都是右侧变化先于左侧。

图4 旋子转体720°身体重心Z轴加速度与左右膝角关系

图5 旋子转体720°身体重心Z轴加速度与左右髋角关系

通过动作影像可知，旋子转体720°起跳动作双脚先后触地，其中右脚先于左脚接触地面，0.08s右脚着地时右膝关节角度为92.925°，右髋角为95.799°，随着动作的继续进行，右侧髋角不断减小同时膝角不断增大，而身体重心垂直向上的加速度不断增大，直到0.16s左脚着地垂直加速度进入一个短暂平台期。0.22s随着身体的摆动右侧髋角达到最小值38.732°，此时右侧膝角为124.7°，而这也正是身体重心高度刚刚通过最低点进入向上加速运动过程的时刻。在右侧髋角通过最小值之后，随着右侧髋角和膝角的不断增大，身体重心垂直加速度再一次开始增大，0.30s身体重心加速度达到最大值30.337m/s2，此时对应的右侧膝角为162.23°，髋角为81.695°，0.32s右脚离开地面。

左脚于0.16s落地，在0.08s到0.16s间的时间里，左膝关节一直处于大角度打开状态几乎没有角度变化，而左侧髋关节角度随身体的向前弯曲快速减小。0.16s左脚着地时刻左膝角为148°，左髋角为83.915°；随着身体的不断向前屈体，0.19s身体重心相对高度达到最低，此时左膝角为142.99°，左髋角为64.105°；在身体重心经过最低点之后，身体继续向左侧摆动，因而左侧髋角继续减小，0.30s达到最小值10.439°，此时左膝角为141.73°；在继续向左侧摆动的过程中，身体迅速打开，左髋角迅速增大；同时0.42s左膝角由141.63°开始增大，左腿蹬伸，至0.46s左脚离开地面时，左膝角为151.59°，左髋角为107.84°，但此时身体重心加速度已经变为方向向下，身体重心加速度为-1.25m/s2，这说明在起跳过程中，左侧下肢为身体摆动起到良好的支撑作用。

图6 旋子转体720°身体重心Z轴加速度与右侧膝角、髋角关系

图7 旋子转体720°身体重心Z轴加速度与左侧膝角、髋角关系

2.2 足底压力分布特征分析

足底压力分布系统测试得到，在起跳过程中右脚先于左脚0.07s着地。右脚着地过程中，首先是右脚前部内侧着地，而后迅速滚动至足跟部，形成明显冲击波形，冲击力最大值为1005N；当左脚着地时，由于右脚足跟部受到冲击力作用与左脚同时形成一个冲击波形，冲击力大小为597.8N；冲击过程结束后，右脚足底主要受力部分是足底前部外侧，第二、三、四、五脚趾和跖骨。右脚足底前部外侧压力主要作用是使身体加速向左侧摆动。

左脚首先是大脚趾与第一跖骨接触地面，形成冲击波形，冲击力大小为814.2N，随着足底快速滚动，足跟部接触地面，并形成主要冲击波形，冲击力大小为1147.2N；主要冲击过程结束后，左脚足底压力迅速滚动到前脚掌内侧，第一、二、三脚趾和跖骨部分直至左脚离开地面。