独竹漂陆上练习器材的研制

林文峰，龚小光，余 兵

(1.山东女子学院 教务处， 山东 济南 250300；2.江门职业技术学院，广东 江门 529000；3.贵州财经大学 体育工作部，贵州 贵阳 550025)

1 研究背景

“独竹漂又称独竹舟，俗称划楠竹、划竹竿，是一项脚踏漂浮在水面上的单棵楠竹，依靠小竹竿划动实现水上漂行的民族民间体育运动”[1]。独竹漂具有较高的观赏性、竞技性、趣味性和健身性，是全国民运会常设竞赛项目。随着各省区市对独竹漂竞赛成绩的不断追逐，其运动队伍规模不断扩大，赛场竞技激烈程度日益提高，在导致对其运动员选材标准不断提高的同时，对其练习器材也提出了新的要求。

练习器材作为运动训练的物质基础，是运动训练得以开展的充分必要条件，对运动成绩的提高发

挥着极其重要的基础性作用。自2011年成为第九届全国民运会临时竞赛项目后，全国相继已有10余个省份组建独竹漂运动队，地理区位遍布东北、华中、华北、华南、西南等大区。然而，我国大部分地区尤其是北方地区，春、秋、冬三季的气温较低，不适宜独竹漂运动开展。在这三个季节，独竹漂训练不得不转移至陆地进行。但是，目前还没有可供独竹漂陆上练习的专门器材，使用龙舟、皮划艇等水上项目的练习器材则缺少训练的针对性，不利于独竹漂训练效果的产生。为此，笔者专门针对低温环境下独竹漂运动不易开展的客观实际，对其陆上运动器材进行研发，从而使运动员能够摆脱温度较低不易下水的困扰，以保证在低温环境条件下同样能够进行有效的、针对性的运动训练，为独竹漂周期训练的可持续性和针对性提供物质保障，促进其训练效果和运动水平的提高。

2 研究方法

比较法：对竹漂在水中与陆上的状态进行全面细致的比较分析，为独竹漂陆上模拟训练器材模型数据提供对比。

分析法：利用相关力学原理分析竹漂在水中运动的指标特征，获取竹漂在水中运动的各种参数，为独竹漂陆上模拟训练器材模型的构建提供理论和数据基础。

AUTOCAD软件制图技术：通过运用AUTOCAD软件绘制、模拟、构建独竹漂陆上训练器材模型及其部件，形象、直观的从一纬、二维、三维等不同角度观察陆上模拟训练器材模型的运行和变化状况。

比较方法主要是对竹漂在水中与陆地上的状态进行的对比，这样分别通过对竹漂在水中和陆地不同的介质环境中的状态比对和分析，可以为独竹漂陆上模拟训练器材的构建提供参照，有利于所研制的独竹漂陆上模训练器材模型更加接近水中漂浮状态。

3 观察指标

本研究所观察的指标主要是竹漂在水中运动的各项特征指标。如：竹漂在水中纵向运动的各种力学指标、竹漂在水竹横向运动的各种力学指标，等。

4 竹漂水中受力分析

“在独竹漂运动中，人体立于竹漂之上，纵轴上主要受到自身的重力和竹漂的支撑力，横轴上主要受到竹漂的摩擦力和空气阻力。如果上述横纵轴上的各力等于零，则人体处于平衡状态；反之，则失去平衡状态。”[2]由于划竿的周期性运动，导致竹漂在水中的浮力处于不断变化之中。随着划竿左右两侧和前后的划动，竹漂在水中不断的上下浮动，因而所设计的器材必须是能够上下起伏的。

重力是指地球对人体或物体的吸引力，也可称为重量。竹漂在水中所受的重力G，包括运动员的体重G1(约60kg)，竹漂的自重G2(30kg)，划竿G3(3.5kg)，以及划竿划动时向下的压力G4，即G=G1+G2+G3+G4，其中G4压力为不定值，根据公式F浮力=G，所以竹漂在水中上下起伏。

图1 水中竹漂所受重力图

实验证明：浮体所受到的浮力数值等于它所排开的那部分液体的重量，但方向是竖直向上的。这个规律叫阿基米德定律[3]。竹漂在水中浮力F，根据阿基米德定律：

F=ρ·V·g=ρ·s·L·g

(1)

其中ρ是水的密度(1000kg/m3)，V是竹漂沉入水的体积，S是竹漂沉水中的截面面积，L是竹漂的程度，g重力加速度9.8 N/kg。

竹漂沉入水中的截面是弓形，弓形面积计算如下：

S=1/2R2(θ-sinθ)

(2)

θ=2arcos(1-h/R)

(3)

R为弓形所在圆的半径，θ为弧所对圆心角，h为矢高(即弓形的高)，b为弦长)。

图2 竹漂沉入水中截面图

将两公式带入浮力公式可以得出浮力和竹漂沉入水中高度的关系：

F=1/2R2{2 arcos(1-h/R)-sin[2arcos(1-h/R)]}·ρ·L·g

(竹漂的半径R=0.08m，竹漂长度L=7.5m)

图3 竹漂所受浮力与沉入水中高度关系图

由图3可见，竹漂沉入水中的高度h和浮力F的曲线近似直线，两者可看作是线性关系，在机械中弹簧力f=kx，其中k弹性系数，x是型变量。弹簧力和型变量是线性关系。因此，可以通过弹簧的弹性力模拟竹漂在水中的浮力。

5 独竹漂陆上练习器材的构建

通过对竹漂受力和运动规律的分析发现，竹漂在水面上呈现出上下浮动和左右摆动的运动状态，其中，竹漂的上下浮动量与竹漂上所有物体的重量成线性比例关系，而竹漂在水面上的摆动主要是由于运动员在竹漂之上进行的各项活动引起的，因此，本研究应用弹簧的伸缩变化及规律来模拟竹漂的上下浮动运动，并同时利用线性滑块相对于滑轨之间的相对滑动运动来模拟竹漂在水面上的摆动运行，从而将独竹漂运动训练转移至陆地开展。运动员在使用本器材时，因竹漂固定连接在支撑掌的掌子面上，运动员手持划竿在竹漂上进行独竹漂技术动作练习时，其训练场景与在水面上的场景极其相似，使运动员能够切身感受到身临其境的感觉，为提高训练水平和训练效果奠定基础。

独竹漂陆上练习器材整体结构(如图4)，包括并列部署于地面之上的多个支承组件，所有支承组件顶面通过贯通龙骨连接在一起，贯通龙骨之上安装有滑轨，滑轨之上部署有多个可沿所述滑轨相对滑动的滑块，每个滑块之上安装有支撑掌，每个支撑掌均设置有弧形掌子面。弧形掌子面迎面面向竖直向上的方向。多个支承组件等间距地线性排列于地面之上。多个支承组件中，任意相邻两个支承组件之间的间距不大于800mm。贯通龙骨是由矩形钢管制成。多个支承组件中，任意相邻两个支承组件之间还通过连接龙骨连接在一起。连接龙骨是由矩形钢管制成。支承组件包括架体、支承杆和支承套，支承杆的一端与架体固定连接，支承套套合于支承杆的另一端，支承套于架体之间安装有弹性构件，贯通龙骨连接于支承套之上。弹性构件为圆柱螺旋弹簧。架体是由矩形钢管焊接在一起制成的钢架结构。支承杆和支承套均是沿着竖直方向部署的。

注：1-支承组件，2-贯通龙骨，3-滑轨，4-滑块，5-支撑掌，6-连接龙骨。

独竹漂运动陆上训练器材并列部署于地面之上的多个支承组件(1)，所有支承组件(1)顶面通过贯通龙骨(2)连接在一起，贯通龙骨(2)之上安装有滑轨(3)，滑轨(3)之上部署有多个可沿滑轨(3)相对滑动的滑块(4)，每个滑块(4)之上安装有支撑掌，每个支撑掌(5)均设置有弧形掌子面(51)(如图5)。

注：51-掌子面。

独竹漂陆上训练器材的支承组件(1)包括架体(11)、支承杆(12)和支承套(13)，支承杆(12)的一端与架体(11)固定连接，支承套(13)套合于支承杆(12)的另一端，支承套(13)于架体(11)之间安装有弹性构件(14)，贯通龙骨(2)连接于支承套(13)之上。弹性构件(14)为圆柱螺旋弹簧。架体(11)是由矩形钢管焊接在一起制成的钢架结构。支承杆(12)和支承套(13)均是沿着竖直方向部署的(如图6)。

注：11-架体，12-支承杆，13-支承套，14-弹性构件。

6 独竹漂陆上训练器材的构造特征

(1)多个支承组件1等间距地线性排列于地面之上。多个支承组件1中，任意相邻两个支承组件1之间的间距不大于800mm。贯通龙骨2是由矩形钢管制成。多个支承组件1中，任意相邻两个支承组件1之间还通过连接龙骨6连接在一起。连接龙骨6是由矩形钢管制成。通过连接龙骨6将任

意相邻两个支承组件1连接在一起，增强了整个训练装置的刚性，使运动员在训练中能够保持稳定。

(2)弧形掌子面51迎面面向竖直向上的方向。竹漂可通过螺栓与掌子面51固定连接在一起，以提高训练装置的稳定性。

(3)支承组件1包括架体11、支承杆12和支承套13，支承杆12的一端与架体11固定连接，支承套13套合于支承杆12的另一端，支承套13于架体11之间安装有弹性构件14，贯通龙骨2连接于支承套13之上。优选弹性构件14为圆柱螺旋弹簧。通过对漂浮在水面上的竹漂进行受力分析以及竹漂的运动规律进行总结，得出竹漂在水中浮动的运动规律为，竹漂上下浮动的浮动量与竹竿上所有物体的重量成线性比例关系，因此，通过圆柱螺旋弹簧即可较为准确地模拟出竹漂在水中的浮动运动规律，使运动员体验到真实的水上运动场景。

(4)架体11是由矩形钢管焊接在一起制成的钢架结构。支承杆12和支承套13均是沿着竖直方向部署的。运动员在进行练习时，竹漂可采用多节单元竹漂体拼接而成，以增加训练难度，适应提升训练水平的需要。

(5)如图7、图8所示，独竹漂陆上练习装置还包括水箱7，水箱7部署于支承组件1的左右两侧。通过部署水箱7，能够让运动员切身感受到真

实的水上运动场景，为提高竞技训练的周期可持续性和针对性奠定基础。

注：7-水箱，11-架体，12-支承杆，13-支承套。