男子撑竿跳高运动员起跳技术的动力学分析

张定凤，卢庆凯

（北京体育大学，北京 100084）

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

男子撑竿跳高运动员的起跳技术。

1.2 研究方法

1.2.1 实验法（1）实验对象：北京体育大学3名训练年限为5年的一级撑竿跳高运动员。（2）实验过程：对撑竿跳高运动员的撑竿跳高起跳瞬间和跳远起跳瞬间进行三维数据采集，进行分析总结。为保证采集数据的流畅与准确性，在正式采集数据之前进行了2轮预实验，其中第一轮实验主要是在实验场地进行设备调试，熟悉整个安装流程，进行称重校准，反复安装实验器材来模拟实验过程中可能发生的情况。第二轮主要对实验流程进行梳理，实验人员提前到达测试场地安装并调试设备。受试者在测试之前进行充分热身。正式采集数据时，受试者根据自己的节奏进行第一次测试，在运动员启动的同时启动测试软件，采用频率为1 000 Hz、时间为30 s进行数据采集，采集结束存档。共进行3次测试，每次数据采集间隔为3 min。第三次测试共进行6组数据采集，每组数据采集间隔3 min，前3组为跳远数据采集，后3组为撑竿跳高起跳数据采集。因场地因素，在采集撑竿跳高数据时设置了约4 m的人为高度，以确保每次采集的数据都为成功起跳。

1.2.2 数理统计法采用Excel和SPSS等数据软件对所得数据进行统计处理。

2 结果与分析

2.1 撑竿跳高运动员和跳远运动员起跳瞬间Fz方向上力值曲线特征分析

如图1所示，Fz所示力随时间的变化有如下特点：会在短时间内对地面产生一个较大的冲击力，在这个阶段Fz力值会迅速到达一个峰值点，形成一个较大的波峰。由于身体缓冲，Fz力值会紧接着呈下降趋势。当身体对抗肌群所产生的肌力与地面给予人体强大的反作用力相等时，缓冲阶段结束，进入下一阶段，定义为蹬伸阶段。在蹬伸阶段，Fz力值会逐渐增大，而Fz力值曲线也就在此阶段形成一个波谷，波谷时刻的力值大小反映了运动员身体起跳的支撑能力。

图1 Fz所示力随时间的变化曲线图

2.1.1 撑竿跳高和跳远起跳垂直方向Fz力值对比分析由表1可知，通过对比撑竿跳高起跳和跳远起跳垂直方向上的力值数据发现，撑竿跳高波谷力值均大于跳远的波谷力值。依据前人的研究结果可以得知，Fz波谷力值反映了运动员的着地速度，即运动员的着地速度越大，伸肌肌群则会调动更多的肌纤维参与收缩，产生更大的肌力来抵抗外来冲击力，波谷力值越大说明运动员的支撑能力越好，越有利于获得较大的波谷力值和较大的冲量值，从而获得较大的垂直速度。

调查发现，撑竿跳高第二波峰力值均大于跳远运动员第二波峰力值。研究表明，运动员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及摆动环节的积极有力所获得。在支撑反作用力达到第二高峰的一瞬间，摆动环节对支撑反作用力的作用最大。因此，强调运动员摆动环节积极、有力、协调地摆动，有利于运动员获得较大的垂直支撑力值，从而获得较大的垂直冲量值，以保证垂直速度的获得，即撑竿跳高起跳比跳远起跳要更追求垂直方向上的起跳速度。

2.1.2 撑竿跳高运动员和跳远运动员起跳瞬间Fx方向上力值曲线特征分析如图1所示，当 Fx数值为0时，撑竿跳高运动员处于垂直支撑时相，此时相的运动员身体重心位于支点上方。在此时相之前，从起跳脚着地到垂直支撑的阶段定义为支撑阶段。由于身体在较大速度的基础上起跳腿大腿积极下压，起跳脚会出现一个向后扒地的力量，在惯性及地面与钉鞋巨大摩擦力的同时作用下，脚底产生水平向后的较大制动，因此Fx值为正值，且着地后会迅速产生一个正波峰。随后，起跳腿肌肉会产生退让性收缩来抵抗制动，从而形成一个较为明显的正波谷。在垂直支撑时相后，大腿积极向后发力蹬伸，起跳脚受到地面水平向前的反作用力，此时Fx的值为负值。在此阶段，起跳腿伸肌由退让性收缩迅速转换为主动性收缩并发挥最大肌力，定义为加速蹬伸阶段。Fx的正负值仅与运动员的受力方向有关。本文定义为负值表示受到水平向前的力，正值表示受到水平向后的力。

表1 起跳瞬间Fz力值对比和运动员水平制动阶段及其占总起跳时间的比值

2.1.3 撑竿跳高和跳远起跳垂直方向Fx时间对比分析由表1可知，制动时间最长的是方某，为79.7 ms；水平制动时间最短的是贾某，为72.5 ms。跳远运动员的平均水平制动时间为78.13ms，其中制动时间最长的是贾某，为78.6 ms，平均水平制动时间最短的为马某，为77.3ms。所有运动员中，制动阶段时间比最大的为贾某，比值为56.1%；制动阶段时间比最小的为马某，比值为54.8%。所有运动员制动时间占总起跳时间的平均比值为55.35%。这说明撑竿跳高运动员起跳主要是受水平制动的影响。

2.2 撑竿跳高运动员和跳远运动员起跳瞬间Fy方向上力值曲线特征分析

撑竿跳高和跳远项目规定运动员必须使用单腿起跳技术。因此，在起跳过程中摆动腿蹬摆的作用下会不可避免地出现水平左右方向上的发力情况，其中Fy力值波形曲线会反映运动员在起跳过程中水平左右方向上的受力随时间变化的特征，其有助于判断运动员起跳过程中身体向左右方向发力规律及身体稳定性的情况。以左脚起跳为例，Fy力值波形曲线先出现一个负波峰，最后在较短时间内出现一个正波峰。由图1可得，虽然2个波峰后面无明显波动，但始终会有小的浮动。可见，跳远项目和撑竿跳高项目整个脚踝在起跳过程中都要始终发力，以此来维护身体的平衡。相关运动生物力学研究表明，人类在行走、跑动的过程中，足底着地顺序为足跟外侧—足跟—全脚掌—前脚掌外侧—前脚掌的内侧的特征，因此Fy力值波形曲线与数值的正负无关，仅与方向有关。本文定义为正值表示水平方向向右，负值表示水平方向向左。

表2 运动员Fy与Fz方向到达波峰时间

2.3 撑竿跳高和跳远起跳垂直方向Fy与水平方向Fz时间与力量对比分析

由表2可知，运动员起跳制动的时间可以推断Fy出现第二波峰时，运动员处于水平制动与支撑的阶段。由于运动员水平左右方向要进行调整，因而整个起跳过程对运动员脚踝力量是一个非常大的考验，如果运动员脚踝力量薄弱导致稳定性不足，则很容易在此过程中出现损伤。因此，在训练中应选择多样的踝关节练习手段，以提高踝关节的力量与稳定性，从而保证起跳能够顺利地进行。

3 结论与建议

3.1 结 论

3.1.1 通过分析撑竿跳高运动员Fz方向波谷力值的大小得出，撑竿跳高项目和跳远项目起跳垂直方向上会追求更多向下的力，主要追求的是垂直速度。

3.1.2 所有的撑竿跳高运动员制动时间占总起跳时间的平均比值为57.91%。这说明撑竿跳高项目主要受水平制动方向上力的作用。

3.1.3 通过分析Fy力值曲线特征发现，运动员快速冲击地面的过程就是足部水平向一边倾斜的过程，随后进行反方向的调整以保持稳定，由于踝关节的不稳定，同时在Fy方向产生比较大的力。

3.2 建 议

3.2.1 高校撑竿跳高运动员在水平方向上主要受制动方向的力，且处于水平制动阶段时，运动员起跳腿主要进行快速退让性收缩工作。因此，在训练过程中应有针对性地选择让肌肉在短时间内快速退让性收缩的训练方法，如大反差跳深练习、连续跳栏架练习及牵引跑过程中的起跳练习等，对成绩的提高将大有裨益。

3.2.2 撑竿跳高运动员在训练中应加强踝关节的力量练习。如此，在起跳冲击地面时才能够快速将人体调整到稳定的体态，有利于良好成绩的发挥。

3.2.3 撑竿跳高项目与跳远项目相比应多追求垂直起跳速度。

3.2.4 撑竿跳高运动员起跳过程中应多追求水平向前的力。