正单摇跳绳失误动作的生物力学分析*

2020-06-17亢建国赵庆蓉刘宇峰

体育科技 2020年1期

亢建国赵庆蓉刘宇峰

（忻州师范学院，山西忻州 034000）

跳绳运动是一项集健身、娱乐、竞技于一体，内容和形式丰富多彩的体育运动[1]。跳绳运动受外部条件限制较小，运动损伤风险较小，而且膝盖所受的力远远小于自然行走时所受的地面反作用力[2]，并且具有良好的健身效果，因此得到了广大群众的喜爱。欧美医学专家称其为“最完美的健康运动”[3]。自《国家学生体质健康标准》（2007 年）颁布以来，跳绳运动便一直作为学生提高身体素质的重要方法之一[4]。一分钟跳绳被列入中考体育的测试项目。如何减少失误，成为中学体育教师和广大跳绳爱好者共同关注的问题。本研究运用三维运动捕捉技术对正单摇跳绳失误动作进行分析，以期为跳绳的学习、训练及指导提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

6 名爱好跳绳的男大学生。

1.2 研究方法

实验法。对受试者连续正单摇跳绳进行三维运动捕捉。选取每名受试者跳绳的失误动作及失误前连续稳定跳绳10个周期的部分。

图1 实验现场示意图

图2 标志点示意图

采用Vicon 三维运动捕捉系统（12 个摄像头，采集频率为400Hz）和美国AMTI 公司的三维测力台（采集频率为1200Hz）进行拍摄和数据的采集（如图1、图2）。采用Excel软件对得到的相关数据进行整理分析。

6 名受试者做好热身准备后，在记录员的提示下，依次持绳在三维测力台上按照自己的习惯速度自然完成连续正单摇跳绳运动，出现失误后短暂休息，再重新开始。

如图3 所示，按照重心高度变化结合三维测力台受力情况，将跳绳运动的一个周期分为三个阶段，即蹬地起跳阶段（从重心最低点到离地瞬间）、腾空阶段（从离地瞬间到落地瞬间）、落地缓冲阶段（从落地瞬间到重心最低点）。

图3 重心高度和地面反作用力变化曲线图

2 结果与分析

2.1 重心高度与下肢关节角度对比分析

在连续正单摇跳绳的过程中，重心高度呈现出有规律性的上下起伏。跳绳1 次失误周期及其之前成功周期的重心高度变化情况见图4。在跳绳过程中，所有受试者的重心高度虽有小幅波动，但失误时的重心高度没有明显规律性改变。

图4 成功周期与失误周期重心高度变化曲线图

由表1 可知，跳绳失误时，下肢关节角度没有出现较大的波动，未超出成功周期的角度变化幅度。

表 1 下肢关节角度变化

由此看来，有一定基础的跳绳爱好者在正单摇跳绳过程中，不管是重心还是下肢关节角度的变化均比较稳定。重心高度和下肢关节角度变化不是导致跳绳失误的原因。

2.2 绳速度分析

由于跳绳是周期性运动，摇绳也呈规律性地周期变化。如图5 所示，在蹬地起跳阶段，绳速较快且迅速加快；进入腾空阶段，绳速呈相对缓慢下降趋势，但是会有小幅度的调整；落地缓冲阶段，绳速快速下降。

图5 重心高度、绳速和地面反作用力变化曲线图

结合三维图像，可以看到蹬地起跳阶段绳速增加的起点在头顶前上方，一直加速到脚离地，而判断跳绳成功与否的“过脚”是在腾空阶段的绳速下降期。过脚后，绳速又有小幅度加速，这是为保证跳绳维持连续运动以及为下次加速做调整。落地缓冲期身体重心下降，跳绳正好处于上升期，上肢较难向上发力，绳速下降是由人体运动自然规律决定的。

由此可见，蹬地起跳阶段的发力是摇绳动作的核心部分。为了便于描述和研究，本研究将蹬地起跳阶段的摇绳动作命名为“功能性摇绳”，将跳绳加速区间的摇绳动作命名为“功能性摇绳发力区”。为了更好地描述“功能性摇绳”的时机，将绳上两个标志点的中点和两脚尖之间中点的连线与过两脚尖中点的垂线形成的夹角命名为“功能性摇绳启动角（α）”（见图6）。

图6 功能性摇绳启动角

2.3 功能性摇绳启动角比较分析

功能性摇绳启动角的大小反映了功能性摇绳发力的早晚。该角越大表示发力越晚，反之，发力越早。

如表2 所示，6 名受试者在跳绳失误前连续成功的10个周期内，均有最适合自己的功能性摇绳启动角范围，而失误周期的功能性摇绳启动角均超出了这个范围。其中，5 名受试者的失误周期功能性摇绳启动角比其成功周期的小，这说明其功能性摇绳发力偏早，跳绳加速提前，导致尚未进入腾空期，跳绳已到达脚部位置，造成无法过脚而最终失误。另外一名受试者的失误周期功能性摇绳启动角比成功周期的大，这说明其跳绳加速滞后，导致跳绳还未顺利通过脚底，就进入落地缓冲阶段而导致最终失误。由此可见，功能性摇绳启动的时机是导致跳绳失误的因素之一。