对短跑中蹲踞式起跑技术的生物力学分析

潘 灵



对短跑中蹲踞式起跑技术的生物力学分析

潘 灵

（北京体育大学，北京 100084）

将短跑的蹲踞式起跑技术的众多指标进行量化式分析，重点研究起跑时重心高度、膝关节开放角度及重心位置变化对于短跑起跑效果的影响。采用高速摄像机从人体侧面水平方向拍摄影像，截取受试者预备阶段至第一步落地完成阶段的视频进行图像解析，选取人体各主要关节以及腿部取出比例数据标尺，通过扎齐奥尔夫斯基模型进行图像解析，运用Excel和SPSS软件进行数据处理，采用统计学比较T值的方法进行检验。分析不同层次运动员的短跑出发技术的差异，并寻找到最快捷高速的动作运动轨迹。

蹲踞式起跑；重心位置；膝关节角度；生物力学分析

田径是世界体育历史上最古老的竞赛项目，而“百米飞人大战”一直以来都是世界重大田径赛事中的重中之重。随着现代科技的不断革新，技术动作的逐步发展，人们也在不断的冲击着速度的极限。短跑成绩的高低，主要取决为起跑、起跑后加速跑、途中跑和终点冲刺四部分的因素。虽然，途中跑的快慢是影响短跑成绩的最主要因素[1]，但在当今世界竞技运动水平不断提高，竞争对手间差距日益缩小，每个细微的技术环节都可能影响运动员的名次。起跑作为短跑项目中的起始阶段，对其后的三个阶段水平能否正常发挥起着决定作用。因此，运动员的起跑技术和能力对提高短跑成绩势必会产生重要作用。

1 研究的意义

近年来研究发现，“高重心”的起跑动作，相对于一般技术而言，更有利于运动员获得最佳的加速度，提高运动成绩。因为“高重心”姿势起跑时重心上升幅度较小，可使运动员在起跑时蹬力集中在推动人体向前运动上，发挥水平速度较快，同时减少两腿不必要的负担，起跑时省力，对提高动作频率有利[2]。从两种起跑姿势的力学特点看，“高重心”姿势优越于普通姿势，能够从技术上保证在极短时间内快速运动，使身体由静止状态过渡到动态，并形成正常、合理的疾跑要求[3]。本研究致力于将短跑的蹲踞式起跑技术的众多指标进行量化式分析，重点研究重心位置变化对于短跑起跑效果的影响。拟解决的问题是：对普通式蹲踞式起跑的技术要点进行量化分析，从而对教师及教练员针对短跑的蹲踞式起跑教学提供准确的数据支持和理论支撑，并利于广大学生及运动员对蹲踞式起跑技术的理解和掌握。

2 研究对象方法内容

2.1 实验对象

受试者的选择：为了确保实验结果的科学有效性，本实验供共选择了12位身高、体重、年龄及力量素质相似的受试者。并具有较好的田径短跑运动背景，其中6位来自北京体育大学体育教育学院田径班，无运动等级；6位来自北京体育大学竞技体育学院2012级田径班，均为国家二级运动员。详细情况见表1和表2。

表1 受试者基本情况（N=12）

表2 受试者力量素质情况（N=12）

2.2 实验方法

采用SONY NP-F970高速摄像机，从人体侧面水平方向拍摄影像。拍摄时要求受试者身着短袖短裤，尽量暴露身体各关节的位置，以便后续进行数据分析。在拍摄过程中，高速摄像机以50Hz的频率进行录像，受试者在听到发令声后进行30米加出发冲刺。

实验录制结束后，截取受试者预备阶段至第一步落地完成阶段的视频进行图像解析，选取人体各主要关节以及腿部取出比例数据标尺，通过扎齐奥尔夫斯基模型进行图像解析，并计算出重心，导出各关节点的运动轨迹解，从而计算关节角度、水平加速度、重心高度的数值变化趋势，量出实际数据与世界优秀运动员进行对照比较、处理；同时分析起跑后加速至稳定速度所用的时间与距离，运用Excel和SPSS软件进行数据处理，采用统计学比较T值的方法进行检验。分析不同层次运动员的短跑出发技术的差异，并寻找到最快捷高速的动作运动轨迹。

3 研究结果

3.1 对受试者重心位置变化的分析

3.1.1 起跑准备阶段重心高度对起跑速度的影响

起跑准备阶段，当运动员听到“预备”的口令声时，会将臀部抬起，双手支撑地面。此时的身体重心高度与运动员自身的身高比值，即为重心身高比。重心水平速度，为起跑后一步的过程中，重心水平距离上移动的平均速度。不同受试群体间的重心身高比及重心水平速度采用平均数±标准差表示，见表3。

表3 不同受试群体间起跑准备阶段重心身高比与水平速度

实验结果显示：两组受试者的重心身高比与重心水平速度具有显著性差异（P<0.0001）；在对单个受试者的重心身高比与重心水平速这两组数据的相关性水平进行计算的过程中，得到相关系数为0.79，两组数据具有较好的相关性。

3.1.2 起跑后第一步末重心提升高度对起跑速度的影响

运动员听到起跑发令后，由预备姿势到第一步结束阶段，计算重心提高的高度，考虑到每位受试者第一步的步长及跨步时间不同，则用重心提升高度与起跑开始至第一步结束阶段的时间，计算出重心的提升速度。不同受试群体间的重心提升速度及重心水平速度采用平均数±标准差表示见表4。

表4 不同受试群体间重心提升速度与重心水平速度

实验结果显示：两组受试者起跑后至第一步结束的过程中重心提升速度比与重心水平速度具有显著性差异（P<0.0001）；在对单个受试者的重心提升高度比与重心水平速度这两组数据进行分析的过程中，发现在每个受试群体中，重心水平速度整体上随着重心提升速度的增加而减小。

3.2 起跑准备阶段膝关节角度对起跑速度的影响

起跑准备阶段，当运动员听到“预备”的口令声时，会将臀部抬起，双手支撑地面。此时的膝关节会呈现出一定的弯曲角度，在“预备”姿势时，位置靠前的腿的膝关节开放角度称为前膝角度，位置靠后的腿的开放角度称为后膝角度。不同受试群体间的前后膝角度采用平均数±标准差表示，见表5、表6及表7。

表5 前膝角度与后膝角度数据

表6 前膝角度与重心水平速度数据

表7 后膝角度与重心水平速度数据

实验结果显示：两组受试者在准备阶段的前膝角度，后膝角度与起跑后至第一步结束的过程中重心水平速度具有显著性差异（P<0.0001）；在对单个受试者的前膝角度与后膝角度这两组数据进行分析的过程中，发现前膝角度与后膝角度具有显著性差异（P<0.01）。

4 结论

4.1 起跑准备阶段重心高度对起跑速度的影响

起跑准备阶段，起跑速度较快的受试者群体在准备姿势中的重心高度普遍高于同等身体素质水平但未接受过系统专业性训练的受试者群体。优秀的受试者群体重心身高比值在30%～36%之间，高出普通的受试者群体5个百分点。在同等身体素质的情况下，高重心的起跑准备姿势，有助于获得更好的起跑速度。应注意的是，在起跑准备阶段其重心位置应与“预备”姿势的重心位置相同，即其重心位置投影点与“预备”姿势的重心位置投影点一致，距起跑线大约15～20 cm[4]。

4.2 起跑开始阶段重心提升速度对起跑速度的影响

在起跑过程中，优秀的受试者群体在起跑加速过程中，重心提升的水平速度反而低于普通受试者，这表明优秀的受试者群体在蹬离起跑器过程中，重心提升的较平缓，从而能够更好的保证水平速度的提升。

4.3 起跑准备阶段膝关节开放角度对起跑速度的影响

起跑是人体由静止状态转入加速运动状态的瞬间过程。起跑属于快速爆发力（爆发力= 力×距离/时间），如果力量大，爆发力值也增大[5]。人体的两足获得的支撑作用力越大，身体的加速度就越大。在起跑准备阶段，高水平的受试者整体膝关节开放角度较大，前膝角在95°～115°之间，后膝角度在115°～130°之间。较大的膝关节开放角度能够使得在起跑发令瞬间，运动员的伸膝动作幅度小，蹬地时间短，便于提高频率。

[1]王海明,洪元舟.对提高短跑起跑反应速度的探讨[J].山东体育学院学报,2005,16(3):36-38.

[2]汪广茂,历祥英.程序控制模式在挺身式跳远教学中的运用[J].韶关学院学报,2012,33(2):61-64.

[3]汪广茂.短跑“高重心”起跑技术的力学分析[J].韶关学院学报,2013,(2):46-49.

[4]王保成,许树海.田径运动高级教程[J].北京:人民体育出版社,1994,1(996):1.

[5]徐茂典.蹲踞式起跑动作的生物力学分析[J].体育科学研究, 2008,12(3):63-65.

2014-12-29

潘 灵（1992-）,女,安徽蚌埠人,北京体育大学在读硕士研究生,研究方向:体育教育训练学及体能训练方向.

G822.1

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1672-4658(2015)02-0163-03