运动员跳台跳水运动学解析

施银行

（福建省游泳跳水运动管理中心 福建 福州 350001）

引言

跳水需要运动员从高处的起跳板进行起跳，在腾空的过程中完成一系列动作，最后进入水中，溅起的水花越少获得的分数就越高。我国在跳水运动方面有着长久的发展历程和经验，教练对跳水技术有深入的认知，在不断的实践中，形成有效的理论体系。其中包含了对生理学、运动学等多个学科的探究，基于力学与角度进行研究，通过计算机模拟对跳水动作进行动态模拟，获得最佳运动学参数值，作为实践的参考依据，为我国跳水运动事业做出贡献。

1、研究跳水运动学的目的

跳水是我国多种比赛项目中的关键项目，及时克服跳水过程中存在的问题，帮助跳水运动员解决练习难题，完善运动员的动作，使其在实际比赛中取得良好的成绩。想要在泳坛保持霸主地位，必须正确看待跳水动作，在对动作进行分析的同时，提升动作的技巧，对动作进行运动学研究，对于国内跳水项目具有现实意义，可以推动跳水项目更好的发展。

在比赛前期，良好的状态是运动员需要保持和培养的。在训练过程中，跳水运动员要保持良好的跳水状态，需要依靠教练对动作的指导，以及运动员对跳水过程的感知。研究跳水的生物力学，可以有助于教练更加准确的对跳水运动员进行指导。跳水项目是表现性质的运动项目，在做好动作的同时要保证表现出美感。这就对运动员的基础动作、体力、心理因素等方面提出较高要求。这些因素并非短期可以实现，需要进行长期的积累，经过科学系统的训练才能逐渐形成。通过运动学对跳水动作进行分析，可以帮助教练和运动员进一步提升训练的科学性。

2、运动员跳水运动学分析

跳水运动中，运动员在跳台上的起跳和入水动作非常复杂，尽管是基本动作，但是对于技巧上有着极高的要求。运动员腾起的一瞬间表演的动作是入水的前提条件，想要做出完美的动作，需要在跳台上完成合理的一系列动作，充分使肢体与跳台协调起来。通过主观经验熟练的在跳台上获得有利的腾空高度，提升动作完成的质量。由此可见，在实际跳水运动中，除了对运动员自身动作进行专业培训外，跳板的作用力，对于起跳者的影响也非常大。跳板这一过程对于跳水运动员来说具有很大的难度，对起跳技术进行研究，对于运动员跳水具有重要意义，有利于我国跳水运动长期发展。

早期的跳水更加注重理论方面的研究，对于运动员的动作没有进行过多的表述，更多的原因是当时的条件不允许，导致研究重点偏移。现在随着科学技术的发展，各种先进的设备进入到体育领域，有了硬件设备的保障，便于对跳水进行深入的研究，通过对力学进行分析构建更好的理论依据，为跳水动作指导提供参考。然而，当今对于跳水动作的研究非常少，针对其开展有效的分析显得尤为重要。

2.1、跳水动作制胜因素

事物具有不断发展的特性，跳水运动也是如此。随着不断发展，跳水秉承着更快、更强的口号，朝向稳定的方向迈进。历届的跳水比赛中，跳台跳水都是含金量最高的比赛项目，在跳水项目中占据重要的地位。跳台跳水的动作对于运动员的要求非常高，需要在空中完成动作，还要表演出漂亮的入水效果。对于动作完成度来说，熟练掌握是一方面，需要运动员在训练过程中自己与跳台、动作进行磨合，经历多种比赛进行有效的打磨，对于心理上也是一种磨练。需要肢体和心理同时具备严格的训练，才能在比赛中脱颖而出。体育总局对国内跳水项目的动作方案做了深入研究，在对动作编排的时候，采用了波浪形等方式的编排动作。通过对动作难度的安排对动作有了更新的认识，认为跳台跳水时需要依据运动员自身的身体因素与动作技巧进行结合，以科学的方式完成高难度动作。综合结论表述了跳水时的动作与动作质量具有反比的关系，动作难度越大，形成的动作质量反而越低。想要提升动作质量需要综合心理、身体等多方面的素质记性不断配合与调整，才能在实际跳水动作中发挥出更好的表现。

2.2、跳水助跑

在跳台跳水环节中，对于助跑有明确规定。通常组别中的一、三组被允许使用助跑，在国际赛事中只有第一组可以助跑。通常第一组的跳水难度系数非常高，在整套动作中具有重要作用。助跑动作也是需要探究的重要环节，助跑时会借助跑步和腾起的速度，增加起跳的角动量，为腾空创造出更适宜的姿态。

相关学者对跳水助跑动作进行研究，通过生物力学的对比，可以发现下摆臂式可以在运动员起跳的过程中为其增加更大的转动动量，使身体在腾空的瞬间可以产生更大的冲量矩。另外，在对助跑进行研究的过程中，发现脚掌在助跑过程中也为动作提供了助力。助跑阶段脚掌起跳，可以借助小腿将重心提高，保持利落的动作；助跑期间，有助于上下肢进行配合，帮助运动员提升起跳的动量矩；因为跳水运动无法避免水体对比赛带来的影响，在起跳时，全脚掌助跑起跳，可以有效避免水体造成的跳台湿滑现象。对于助跑的技术总结，可以发现助跑时运动员在最后三步进行助跑会产生明显的腾空动作，在助跑的过程中，支撑时间会随着助跑逐渐缩短，与跳板相比时间较短，在最后一步产生的腾空时间是最长的。

2.3、跳水起跳

起跳是跳台跳水过程中的关键性因素，起跳高度对于后续比赛起着决定性作用。同时起跳又是跳水动作中的瓶颈环节，因为，跳台跳水不像跳板，无法借助到跳板的弹力，需要运动员自身有着较好的起跳基础。起跳的动作、位置不合理都会对后续入水效果产生直接影响。起跳的动作质量是比赛中制胜的关键，在日常训练中应该将其当作重点。在起跳的时候创造出腾空的初速度，利用腾起的速度为运动员提供起跳角动量。跳台跳水与跳板有着很大的区别，跳台更多的是依靠运动员自身克服重力获得腾空高度，与依靠跳板弹力的跳板项目存在较大的区别。

2.4、压水花技术

在跳水比赛中，入水压花是最吸引观众和裁判目光的动作，同时压水花的效果好还能获得较高的分数。压水花对动作的要求非常高，需要起跳高度、腾空动作一个不差，一直保持到入水，这其中出了一点差错都会导致压水花的效果大打折扣。在实际比赛中，可以将水花压住的运动员有很大的机会摘得桂冠。国内教练在对运动员的实际训练过程中探寻出一些有效经验，但是未能经过实践使得理论说明不够充分，无法形成系统的经验。在国际力学研究领域，压水花也是研究的一项重点，需要通过计算机对流固耦合问题进行模拟实验，通过有限元分析固体与流体冲撞并得出结论。在压水花的时候，运动员身体要入水越深越好，在进入水中的时候身体保持紧绷的状态，肩角尽可能小。手臂力量是关键，同时保证运动员的身体核心要素，通常运动员的身形越小，压水花产生的水花也就越小，反之则会溅起水花。入水速度也是关键要素，速度越快水花越高。对此，运动员应该尽可能采用深蹲式，在起跳过程中能够获得较大的蹬伸力量。又有学者认为蹬伸导致腿部用力过大，不符合跳水的美感，认为具体的跳水姿态要根据运动员自身的实际条件确定。

3、跳台跳水的运动学建模分析

通过上述的分析可以的得知，在跳台跳水的比赛中，运动员起跳动作涉及到角速度、腾空转体动作等要素，现在基于跳水动作建立运动学模型，对实际涉及到的参数进行分析。

3.1、运动学基本原理

运动员在跳台跳水的过程中，人体做出平抛运动。运动员需要在起跳腾空的瞬间到入水期间的一瞬间完成转体等一系列的跳水动作，大量的动作都需要在不到两秒的时间内完成，对于运动员的身体素质有着相当高的要求。运动员在身体离开跳台的过程中，人体质心受到重力的作用，但是重力对于质心无法产生外力矩，与角动量守恒定理相符合。这样即便运动员在空中做出任何动作，这期间动作都不会产生外力矩，整体的角动量保持不变。对此，可以根据角动量守恒定理构建跳台跳水的模型，对跳水的运动学参数进行分析，对运动员跳水动作产生的影响进行推导。

3.2、跳水动作的角速度模型

综合了运动员实际跳水过程中涉及到的动作，将其中的翻腾与转体判定为难度系数较高的因素，对这两种动作开展分析。如图1的坐标所示，可以看到人体的惯性坐标是如何构建的。其中坐标G结尾属于人体惯性坐标，而L结尾属于局部坐标，图中的（G）为人体质心。在选择垂直方向的坐标ZG，左右方向坐标XG，以固定的质心坐标点开始移动，同时保证坐标轴方向不变。

图1 人体惯性坐标系

局部坐标系的圆点位于L位置，是基于人体头顶方向，左右坐标与惯性坐标一致。翻腾与转体动作分别以XL与ZL轴进行。根据运动员产生的运动，设立转动角度，通过两个坐标轴对实际角动量进行计算，可以得出坐标点不变（运动员身体不变）的情况下，角动量是不变的；如果空间方向大小存在变化，角动量存在变化。

3.3、跳水动作转动惯量模型

运动员在跳水时会涉及到多种动作技巧，根据图2所示。对人体的不懂姿态和躯干进行分析。其中m为人体的总质量，C0为人体质心，其余m参数为身体的各部分质量；c参数为各部分质心。

图2 人体模型

通过对国内某地区的成年人体尺寸进行综合统计分析，获得相关的数据，对以下的跳水动作进行分析。

屈体动作需要运动员的手臂与身体平行，保持紧绷的状态，在出现腾空翻转时，产生的坐标轴才会变化，其转动惯量为；而转体动作则是全身躯干都保持在同一直线上，在腾空翻转时，转体产生明显的变化，因此会涉及到Ix、Iy、Iz三项系数，经过计算机编程后获得结果为

通过对不同的动作进行计算可以知晓mE2在转动惯量中一直存在，对于体型进行定义，将其定义为Bp，对其进行计算，可以知晓实际运动过程中，转体和翻腾属于复杂性动作，无法直接获得参数数据，需要通过模拟计算进行分析，对转体动作后的动作进行推断，计算出转动惯量，确定动作的合理角度，为运动员跳水动作设计提供依据。

图3 屈体与转体动作坐标

4、结论

综上所述，依据对跳台跳水的动作要素分析，建立了跳水运动学模型，对跳水运动员涉及到的动作进行分析。对运动员体型、动作等产生的影响和关系等进行推导和计算。获得跳水动作的相关规律，通过模型对运动学进行推导，为跳水动作设计方案提供有效的参考数据。并且该模型不仅限于跳水领域，对于其他领域腾空表演运动学也具有意义，可以帮助提升运动员的表演能力，最大程度进行动作优化。