基于运动学和力学的柔道背负投技术转体动作探究

陈毓华

柔道是体育项目中技术性和观赏性都极强的项目，其最大的特点是将力量与技术融为一体。而背负投技术柔道训练中必不可少的手段，因为拥有极强的提升技术能力的效率，备受柔道运动员的青睐，并成为运动员克敌制胜的重要手段。因此，对于柔道教练来说，加强运动员背负投动作的训练是至关重要的，在进行训练节奏的整体控制的同时，根据运动员身体素质和心理状况制定合理的训练方案，以获得最佳的训练成绩。运动学和力学的某些规律在体育训练中起着至关重要的作用，本文将从运动学和力学的角度分析柔道背负投技术转体动作的要领。

柔道运动既是竞技体育更具备极高的观赏性，主要表现在投技方面，而背负投是柔道技术取得成功的重要手段，也是柔道训练效率提升的关键技术。对于柔道背负投动作参数的研究，多数研究者已经给出了相关的结论，观点认为在整个背负投的动作体系中，下肢动作是其核心基础，但也有一部分研究者认为，背负投动作的关键在于头颈部，以此为基点进行分析和研究。但笔者认为，无论是头颈运动轨迹还是下肢动作，都是离不开转体动作，因为躯干是转体动作的轴心，在加速转动中与上下肢配合。本文将基于运动学和力学的趋势对背负投技术转体动作进行研究。

1 柔道背负投技术转体动作

背负投技术的要点就是以肩膀为核心，利用弧形运动的姿势促使对方能够向前方或者侧前方倾斜，导致其身体失衡后摔倒背部落地。首先要具备极快的速度，要结合柔道运动员自身重心偏低的特点，将超前牵引的玄妙蕴藏在手臂中，随之将臀部力量聚集向上，完成相反的两个动作，选手的速度越快，成功率就越高;其次，需要超高的灵敏度，哪怕是在该技术的应用中运动员的目标和明确，但无论意图和动作都需要极大的隐蔽性，要想实现欺骗对手的目标就要配合其他的动作来实现，有效提升成功率;最后，需要极大的力量，运动员在应用背负投技术时候身体恰好在对方身体的下半部，因此在具体的攻击动作中脚必须紧蹬地面，对手会基于重心不稳而失去整个身体的平衡，加之要迅速将对手拉拽摔倒，整体上会耗费运动员很多力量。完成柔道背负投转体技术动作一般分为6個步骤，如图1所示。

步骤1：攻守开始阶段，攻守双方面对面以自然的姿势站立，攻方利用左手将守方右手腕上方衣袖抓住。

步骤2：攻方抡起左手的同时内旋左腕，向自己的斜上方拉守方的右臂;向对手的右脚前方上步自己的右脚，微曲膝关节并下移身体重心。

步骤3：攻方继续将守方的右臂拉向自身方向，并用膝关节夹住守方的右臂;以右脚作为支撑，同时膝关节弯曲，身体呈逆时针方向旋转，从之前的对向位变成同向位。

步骤4：攻方的上半身与守方紧靠，同时膝关节弯曲;将守方的右臂拉向自身的左腹部，并进行膝关节的用力蹬伸。

步骤5：攻方尽力前倾躯体，最大限度下降重心。

步骤6：伴随攻方快速下移重心，守方越过攻方的头部而触地。

2 转动理论

2.1 定点和非定点转动

柔道运动员自身的转动角速度、转轴以及质心距离等，是构成动量矩的关键因素。因为人体本身刚体的不规则性，所以，任何环节的质量和形状都是不同的，身体转动的惯量差距也是很大的。如果基于研究运动员自身的动作状况，一般身体的转动会包括上半部和下半部，下半部就是以脚作为身体的转动轴，而且必须把该动作视为定点转动。所以，上半部的转动轴是与守方接触的那只手，这就是所谓的非定点转动。

2.2 动量矩守恒

针对攻守双方的作用力，最重要的点为上半部肢体，纵观理论方面的解释，动量可以持续性传递的前提和基础，就是力方向和力臂的平衡状态，让动量矩守恒的目标得以实现，但在具体的操作过程中，守方因为一味地对抗形成摩擦，就极易引发动量矩受损的问题。在旋转自身的躯干的时候，倘若发生停顿或者脚部剥离的现象，那动量矩就会表现极低的可持续性。

3 采取的方式

本研究选择12名男生作为测试者，将其划分为均为6个人的A、B两个小组。A组的成员训练年限都在八年以上，B组为五年以下的训练年限。实验方式为每一个测试者都要全部完成四次的背负投，其中守方参与背负投动作有三次，针对守方的规定无需运用守势，只有一次是利用训练器进行该技术动作的练习。在守方进行背负投技术动作的时候，必须利用高速摄像设备进行拍摄，可以将完成度最高的一项视作重要的研究对象。并且在进行训练期间，获得相关的数据信息是通过背负投力学传感器实现。而在柔道的常规训练中使用S型拉力传感器，具有极高的精度。该研究的数据处理，在对背负投动作视频进行解析时，可以借助视讯的方式获得相关的动作数据，并通过解析数据绘制二维及三维数据图。

4 结果分析

4.1 基本参数

4.1.1 时间参数

对于柔道技术的生物力学，目前深度研究的文献少之甚少，纵观现有的文献资料，大外刈总时间为0.83s，内股总时间1.01s;本研究检测到的总的背负投时间为：A组1.48s、B组1.65s。可能的因素表现在两个方面：第一，背负投技术堪称是彻底翻转守方身体的绝杀招法。不仅需要较大的动作幅度，更需要很大的力道，所以需要较长的加速时间;第二，本研究设定的起势的计算是从攻方接触守方的衣物开始，而其他文献计算的方式是从上步开始。A、B两组背负投动作所用的时间长度如图2所示。

通过对图2的两个组不同步骤所用的时间长有的各个阶段所用时长的分析，可以看出，起势时间较长的是A组，但改组转体和背摔用时较短，而B组则是快速发力，完成背摔的动作快速有力，造成这样差距的原因多半是身体素质和动作技术熟练的程度不同造成的。从拍摄的视频分析，如果运动员在P3阶段用时少，那么在P4时用时也会很少。因为破坏守方身体平衡的前提是完成从转体到守方脚离地的动作，攻方牵拉守方右臂的角度是斜向下45°的角度，只有如此才会有好的效果，同时攻方要紧贴守方，只有重心迅速下降，才能确保P3步骤用时更少，也就能以最快的速度完成背摔的过程。这是一个连锁的快速反应步骤。

4.1.2 质心垂直距离

研究数据显示，P1和P2步骤里两个组都用时0.78s;可以说明A、B组在该时间节点上没有显示明显的质心垂直高度的差别;区别则是出现在P3和P4步骤，B组在该阶段用时较长，而质心垂直高度却大幅下降。在背负投动作最后的环节里，攻方提拉上肢且蹬伸下肢，迅速下移重心，促使守方随着攻方的重心下移而失去身体平衡。这种迫使守方身体失衡的动作，B组更注重降低重心的幅度，而A组更倾向下降重心的速度。

4.2 重心水平速度

（1）研究结果显示，从P2开始重心速度已经是负数，主要是因为身体转向;从数值分析，P3守方脚离地的时候是A组速度最大的时候，此刻是最后阶段的投技发力，也是爆发转体和蹬伸力度的时刻，而B组速度的最大值出现在P2的转体时刻，但蹬伸时刻却减慢了速度。背负投这个动作在爆发时刻肯定为转体+蹬伸的阶段，而像转体+蹬伸这样的运动技术也应用在其他体育项目上，例如链球的抛球动作、摔跤的投技动作等，都体现了爆发力。其中加速是借助转体产生的极大的转动力实现，蹬伸是肢体利用环节制动传递动量，转体时刻体现速度最大化，而蹬伸却减慢速度，体现出不连贯的制动过程损耗了动量，没有达到传递的最大化。

（2）分析整体动作，攻守双方的运动趋势和质心速度可以通过重心和速度矢量体现出来。因为背负投技术双方都是以上肢作为接触，刚体的形态的变化和转动更容易通过水平速度展现出来。DavidH观点认为，水平位转动的动量与重心水平速度两者是正向关系，攻方向前牵动守方身体实施平衡力的破坏，正体现了水平转动量的趋势。

（3）最大的水平速度出现在A组的P3阶段，这个时期对应的身体扭转的角度为166°，身体没有真正转到180°，但与开始比较攻守双方的交叉角度变化比较明显，攻方左手已经把对方牵拉到贴近自己身体的位置，彼此右侧身体贴近的幅度越大，就越能减小攻方的抗阻力，从而就会形成更大的转体幅度，也会增加重心水平速度。B组的转体时刻速度最大化，在数据上相似于A组蹬伸时候的速度，之后阶段速度变慢，在转体后双方身体靠紧的程度差于A组，攻方的左腹部与守方的右臂间呈现很大夹角，守方没有过大倾斜度，造成背摔时候的很大阻力，丧失了重心水平速度。

4.3 转体动作躯干扭转实际角度

通常情况下，柔道运动员躯干扭转角度都是以初始状态的水平位置进行定义，因此，运动员的起始水平和髋连线之间的夹角，就是所说的扭转角。详细情况如表1所示。

通过表1可以看出，A组运动员在P1到P2步骤对应的转体幅度比B组更明显，动作速度也较快。P1、P2步骤是转体阶段，而运动员背摔与蹬伸步骤是在P3、P4时段进行。A组运动员的转体动作完成后，身体恰好置于正的位置状态，此刻的躯干扭转角度为152度，该情况下攻守双方呈现较大的重叠面积数值，更有助于运动员身体着力。B组运动员在P2步骤的转体阶段，身体扭转角度为130～161度时，完全处于蹬伸的状态。

4.4 右膝关节视角

膝关节角度的运作方向为顺时针，右膝盖为稍低的位置。0.15秒后，运动员开展自然弯曲两膝，以助于质心垂直高度的降低，实现动量最大化。在背负投技术动作应用阶段，运动员会随着上升质心，确保进攻方举高守方让其离垫。同时利用膝盖的弯曲促使守方落地，适合逆转点时向守方持续运动，充分发挥背负投动作非连续性的特征。在运动员蹬踏的环节里，膝关节会发挥重要的作用，腿部的屈伸都可以利用膝关节完成，也利用地面造成的反作用力实现躯干扭转发力任务。某种程度上讲，膝关节对蹬伸动作效率有很大影响，尤其是柔道项目，主要是通过蹬伸提升轴转动平均速度，形成膝关节与踝关节彼此扭动，带动多环节转动。

4.5 质心轨迹

从上面的三维立体图更清晰地表现出整个身体在各个时间段的位置，把质心轨迹明确展示出来，更方便认知主体动作结构。两个轨迹图中对各个点的时间进行表示，每两点之间实际是相同的持续时间。纵观整体的轨迹图，表现相似的弧线，但A、B的时间分配有别于单位时间形成的位移。都是在转体时候产生制动，但B组前期的时间很短，时段位移有长有短;而A组各个点为均匀的分布。A组呈现相对连贯的轨迹，而B组的变速极为频繁。但变速的不连贯会影响动量矩的传递。从攻方的角度分析，下体的转体蹬踏可以视为刚体的定轴转动，从而形成的动量从躯干向上肢转移，这就是质点系针对某个固定点动量矩。因为攻方上肢的力量牵动对方质心发生位移，体现出某个固定点针对质心的动量矩，倘若攻方力量处于适合的角度，促使守方的转动，就可以视为质点系针对轴的动量矩。

6 结束语

通过本文上述的研究可以得出几点结论，背负投技术的转体动作包含了诸多方面的因素，比如动量传递和力矩等，因此研究和分析应该围绕刚体定轴运动和量矩展开，对守方的动量传递数据进行综合评估，真正了解攻守方在不同情况下的动量传递。所以，在运用量矩和刚体定轴转动的理论中，必须考虑守方动量信息传递的状态，以运动学和力学规律为背负投技术转体动作的立足点，切实掌握攻守双方在不同状态下动量的传递现象，并进行全面的判断，力求在极短的时间内完成动作，取得技击的胜利。

（作者單位：湛江市体育学校（湛江市体育运动学校））