山西省女子运动员跳马冢原屈体后空翻的运动学分析

赵 蕊，董建国，逄浩泽，夏 炎，崔建梅

山西省女子运动员跳马冢原屈体后空翻的运动学分析

赵 蕊，董建国，逄浩泽，夏 炎，崔建梅

中北大学体育学院，山西 太原，030051。

采用APAS三维运动解析系统对山西省青少年体操冠军赛女子跳马决赛中甲组5名健将级运动员完成的冢原屈体后空翻动作的踏跳、第1腾空、推手和第2腾空等关键技术阶段的技术进行运动学分析，揭示女子跳马冢原屈体后空翻的运动学规律和技术特点，并针对存在的问题提出合理性建议。采用两台JVC GC-P100 摄像机对比赛中运动员完成的动作技术进行三维定点拍摄，利用美国APAS三维录像解析系统对录像进行解析。5名运动员完成的冢原屈体后空翻动作均存在一定问题。（1）在踏板阶段，5名运动员除秦月娟外上板速度较慢，刘思佳、吴俊杰和喻雪踏板时间较长；刘思佳和秦月娟应尽量将向前上方摆臂伸展的动作控制在蹬离板过程中完成；喻雪应注意不要过早的进行绕垂直轴转体90°的侧手翻动作，注意踏板时不要分腿。（2）在第1腾空阶段，5名运动员除出现一定分腿现象外动作完成较好。（3）在推手阶段，蒋雅琴推离马时右肩角较小，重心偏向左手，右手没有很好的参与推撑发力；秦月娟推离马时身体重心较低，身体没有处于倒立状态；5名运动员推撑力量不足，推手时间较长，垂直速度大幅下降，其中吴俊杰和喻雪下降最为严重，或影响完成第2腾空动作所需的时空条件。（4）在第2腾空和落地阶段。秦月娟的屈髋不够充分，5名运动员均无明显展体动作，落地稳定性欠佳。

山西省；跳马；女体操运动员；冢原屈体后空翻；运动学分析

在跳马运动中，运动员要完成各种支撑跳跃动作。“冢原跳”是由日本运动员冢原光男于第17届世界体操锦标赛创造的，原名为侧手翻转体90°接后空翻。至今，冢原类跳马动作仍是高水平跳马比赛中的热门动作类型。其完整的技术动作过程由7个连续的、相辅相成的阶段组成，分别为助跑、上板、踏跳、第1腾空、推手、第2腾空和落地[1]。

2020年山西省青少年体操冠军赛是由山西省体育局主办的省级优秀体育赛事。冢原屈体后空翻是此次冠军赛决赛中所有的女子甲组运动员（13-15岁）采用的难度最高的动作，也是冢原类动作的基础难度，是冢原类跳马动作的基本动作之一。本文对此次冠军赛中运动员完成的冢原屈体后空翻动作进行技术分析，揭示该动作的运动学规律和技术特点，为山西省各运动队教练员及运动员提供该技术动作的训练参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

2020年山西省青少年体操冠军赛女子甲组运动员5名。

表1 研究对象基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 专家访谈法 访问了山西省体操中心有关专家、裁判与教练员，了解跳马的技术动作评分细则、女子跳马冢原屈体后空翻动作的技术要点等相关内容。

图1 山西省青少年体操冠军赛女子甲组跳马决赛现场

1.2.2 现场拍摄法 在2020年山西省青少年体操冠军赛女子甲组跳马决赛现场用两台日本产JVC GC-P100型摄像机对蒋雅琴、刘思佳、秦月娟、吴俊杰、喻雪5名健将级运动员完成的女子跳马冢原屈体后空翻动作全过程进行定点拍摄。拍摄速率为50帧/s，主光轴夹角为110°。由于正侧面为裁判位，因此两摄像机摆放位置如图1所示，1号机位于马的左前方；2号机位于马的左后方。

1.2.3 视频解析法 使用Ariel公司（美国）的APAS（Ariel Performance Analysis System）录像解析系统对比赛中拍摄的原始材料进行解析，获得运动学参数。根据人体模型的标准选取了19个关节点，用低通滤波法对采集的数据进行平滑处理，截断频率为8Hz。

2 结果与分析

根据跳马项目的运动特点，动作技术重点集中在踏跳、第1腾空、推手、第2腾空和落地5个阶段，因此本文主要研究该五个阶段的技术。

2.1 踏跳阶段

踏跳阶段是指从双脚踏上踏板瞬间到双脚踏离踏板的阶段。

2.1.1 踏板瞬间 助跑所获得的速度在很大程度上影响运动员的难度动作完成情况与质量[2]。在比赛中5名运动员的踏板瞬间重心水平速度分别为蒋雅琴5.69m/s、刘思佳5.91m/s、秦月娟6.10m/s、吴俊杰5.37m/s、喻雪5.27m/s，与我国优秀运动员相比[3]，5名运动员除秦月娟外上板速度较慢，这与运动员的生理年龄略低或身体素质训练不足，踝、膝、髋关节和腿部力量欠佳有关[4]。

影响因素集又叫指标集，通常用U表示，根据客户满意度评价的需要，选择和确定一级指标集U={u1,u2,…,un}，ui代表影响因素，共有n个。然后，根据每个一级指标相应地确定二级指标ui={ui1,ui2,…,uij},表示每个一级指标有j个影响因素。

运动员上板过程中两腿应迅速并拢前摆，使踏板瞬间双脚超过重心投影线，从5名运动员的上板角在55°-60°之间可看出他们都具有此技术特点，这样的上板角度可形成一定制动，从而将部分重心水平速度较好地转化为垂直速度。

2.1.2 踏跳过程 在踏跳的制动力以及蹬腿力量的共同作用下，5名运动员重心水平速度明显减小，垂直速度明显增加。根据动量定理F·∆t=mVz-mV0（∆t为踏跳的时间，Vz和V0分别为蹬离板时和触板时的重心垂直速度），即蹬腿的力量越大，踏跳时间越短，离板瞬间获得的垂直速度越大，踏跳效果就越好。数据显示，蒋雅琴、秦月娟、吴俊杰和喻雪的踏跳效果较好，而刘思佳没有将较高的水平速度优势发挥出来，可以从以下几个方面对其进行解释：（1）刘思佳的体型较为瘦弱，其体重相对于身高偏轻，腿部力量较弱，蹬腿力量不足。（2）各种类型跳马动作的踏跳阶段的技术动作要求短促快速有力，我国优秀女子运动员的踏跳时间为0.08s-0.11s[3][5][6]，而刘思佳与吴俊杰的踏跳时间较长为0.14s。（3）运动员在蹬离板过程身体持续伸展，因而各关节角度应呈增大趋势。由表2可以看出，刘思佳在踏跳过程中左肩角由160°减小至124°，右肩角由159°减小至143°，表明其两手臂在该阶段向下摆动，运动方向与身体相反，手臂没有起到带动全身向前上方运动的作用，阻碍了其在蹬离板时获得较高的垂直速度。出现这一现象的原因是她在上板阶段就提前完成了向上摆臂动作，上板瞬间双手高举过头顶，导致其在蹬离马过程中就已较早的开始了本应该在下一阶段完成的向下方摆臂做撑马动作。这一技术动作依然使她获得了5.07m/s较大的垂直速度变化幅度，但原因是向上摆臂动作在上板阶段内完成，上板阶段重心起伏较大，在踏上板的瞬间获得了较大的向下的垂直速度。秦月娟与刘思佳为同一教练指导下的运动员，其二者的技术动作类似。秦月娟的垂直速度变化幅度为5.58m/s，但因其在蹬离板过程中并没有向下摆臂，离板瞬间仍具有较高的垂直速度。笔者认为，若秦月娟采取在蹬离的过程中进行向上摆臂的技术动作，可能获得更大的离板垂直速度。

表2 踏跳阶段的有关运动学参数

注：上板角：上板瞬间重心和双脚着力点连线与水平面后夹角；蹬离角：蹬离瞬间重心和双脚着力点连线与水平面前夹角。

另外，喻雪在此阶段存在左、右膝关节角度差别较大的现象，如表3所示，以蹬离板过程最为明显，极有可能导致两腿用力不均或用力不充分。原因可能是她过早的在踏跳阶段便开始进行绕垂直轴转体90°的侧手翻动作。并且其他4名运动员左、右脚之间的平均距离约为7.5cm，喻雪的左、右脚距离为12.4cm，说明在板上她的两脚相距较远，没有做到规则要求的并腿。

表3 踏板阶段喻雪膝关节角度

2.1.3 蹬离瞬间 运动员在蹬离板时的技术动作通常为上体略前倾，身体略向右转动。根据人体翻正反射的机能特点，需要运动员上半身优先旋转完成绕垂直轴转体90°的技术动作，因此左臂要先于右臂撑马，两臂的位置为左臂低于右臂。从5人的蹬离角在79°- 85°之间可看出，此时重心在脚支点投影线之前，这样身体就获得了一个向前、向侧的旋转力矩，加快第1腾空和撑马时的转体力度，有利于身体向前向侧翻转到马上手倒立的位置。

2.2 第1腾空阶段

第1腾空阶段是指从两脚蹬离踏板到左手撑马的阶段。根据力学公式VZ=Vz-gt（t为第一腾空的时间，Vz和VZ分别为蹬离板时和触马时的重心垂直速度），即第1腾空时间越短，垂直速度损耗就越小，而触马瞬间的较大的垂直速度有利于完成后续动作。比赛中5名运动员的第1腾空阶段用时均在0.08-0.10s之间，都是极短的。

表4 第1腾空阶段有关运动学参数

身体腾空后两臂依次撑马，在这个过程中运动员要完成身体绕垂直轴转体90°的动作，为变成绕矢状轴向前翻转的侧手翻做好准备。

2.3 推手阶段

推手阶段是从左手撑马至右手推离马的运动过程。

2.3.1 触马瞬间 撑马时身体位置越高越有利于推手动作的发挥和身体的翻转，撑马角可以形象地反映左手撑马瞬间重心相对于左手和马的高度，当撑马角度越大代表撑马瞬间身体重心高度越高。由于5名运动员第1腾空时间都较短，身体重心位置都还不是很高，所以撑马角都比较小。蒋雅琴、刘思佳、秦月娟相比其他两位运动员获得了较大的撑马角。

2.3.2 推离瞬间 推离角反映了手推离马时马对身体产生反作用力的方向，推离角的大小以接近90°为宜，过小会影响人体水平方向的运动速度；若超过90°则会影响第2腾空的高度。但单推离角不能反映运动员推离马时的身体状态和姿态。根据力学原理，腾起时重心相对位置越高，重心水平速度损耗就越少，该动作在倒立状态下重心位置最高。笔者分别计算了5名运动员在推离马瞬间身体重心和左、右肩中点的连线与水平面前夹角，分别为：蒋雅琴88°、刘思佳87°、吴俊杰87°、喻雪83°、秦月娟71°。该夹角越接近90°表明身体越接近倒立状态，从表5中可明显看出秦月娟有着相对较大的推离角，但她不是在倒立状态下推离马的。与其在推离瞬间左、右肩关节角度较小有关，为151°、135°。这不仅没有保证其具有较高腾起瞬间重心相对位置，也不能保证充分的顶推发力。因此，在推离马瞬间，运动员既要满足身体接近倒立状态，还要使推离角接近90°，从而使运动员获得较高第2腾空高度。

表5 推手阶段有关运动学参数

注：撑马角：左手撑马瞬间重心和手着力点连线与马水平面后夹角；推离角：右手离马瞬间重心和着力点连线与马水平面后夹角。

通过观察录像，发现蒋雅琴最后离马的手是左手，按照动作要求运动员应左、右手依次撑马，依次或同时推离马。经过计算，蒋雅琴左手离马瞬间重心和左手的连线与水平面的后夹角为81°；而右手离马瞬间重心和右手连线与水平面的后夹角为66°，且左肩角非常接近180°，右肩角仅为146°。这说明她推离马时重心偏向左手，缺少重心由左手移至右手继而推撑离马的过程，因此她的右手没有很好的参与推撑发力。

2.3.3 推撑过程 与踏跳阶段相似，该阶段的部分任务是通过推手将一部分水平速度转化为垂直速度，因此5名运动员推手阶段水平速度明显降低。由于该阶段还需完成转体摆腿，且运动员还具有上肢爆发力较差导致的推手力量不足、顶肩动作不理想等问题，导致垂直速度不仅没有增加，甚至大幅降低。通过查阅文献发现，世界优秀运动员在推手阶段可做到平均垂直速度上升0.6m/s[7]，离板瞬间的平均垂直速度可达2.5m/s；而我国优秀女子跳马运动员在推手阶段垂直速度则呈下降趋势，平均下降幅度为0.49m/s，推离马瞬间的平均垂直速度为2.49m/s[3][6]；本次比赛中5名运动员垂直速度平均下降幅度为0.96m/s，离马瞬间平均垂直速度仅有1.87m/s。这表明世界优秀运动员的上肢力量较强，该5名运动员甚至我国优秀运动员都应大力发展上肢力量，提高推撑效果，为第2腾空打下良好的时空基础。吴俊杰、喻雪离马时重心垂直速度较低，重心高度上升幅度较小，或对第2腾空产生消极影响。

在推手阶段中，5名运动员的技术动作还存在一些问题。（1）推手动作应短促有力，5名运动员平均推手时间为0.30s，而冢原类跳马动作的推手动作应在0.20-0.24s内完成[8]。（2）在离马瞬间吴俊杰和喻雪运动员左、右髋角都较小，说明她们没有充分伸展身体且喻雪存在左、右髋角差别较大即分腿现象。（3）在离马瞬间秦月娟和吴俊杰左、右膝角差别较大，说明他们在推离马时左膝关节弯曲而导致了小腿分腿。

2.4 第2腾空和落地阶段

第2腾空指右手推离马至双脚着地瞬间的过程。该阶段运动员的动作应包括两大部分。第1部分是屈髋抱腿：根据角动量守恒定律，旋转半径的减小可以增加旋转角速度[9]，而屈髋抱腿则缩短了运动员绕横轴翻转的半径，从而增加其翻转的速度。该环节5名运动员都迅速屈髋抱腿，蒋雅琴屈髋抱腿所用时间较长，可能与其较早的推离马有关。秦月娟屈髋不充分，髋角一直保持在100-110°左右，其它运动员则充分屈髋；第2部分为伸髋展体：与屈髋抱腿相反，为了使落地平稳，需要减小旋转的角速度，因此落地前需要伸髋展体以增加身体的旋转半径。5名运动员的髋角在第2腾空阶段均呈减小趋势，落地前一直保持着抱腿姿势，落地瞬间髋关节角度较小，无明显的展体动作。

5名运动员在第二腾空阶段的身体重心抛物线最高点至地面高度分别为蒋雅琴2.3m、刘思佳2.28m、秦月娟2.23m、吴俊杰2.21m、喻雪2.13m；离马瞬间重心高度到抛物线最高点的绝对上升高度为蒋雅琴0.21m、刘思佳0.19m、秦月娟0.18m、吴俊杰0.14m、喻雪0.16m；第2腾空总用时分别为蒋雅琴0.72s、秦月娟0.68s、刘思佳0.68s、吴俊杰0.66s、喻雪0.68s。这三项数据可反映运动员完成动作的时空条件，均明显低于我国优秀运动员[6]。在较为紧凑的时空条件下，5名运动员为保证在落地前完成翻转动作，必须全程保持高速的翻转，因此不能进行减缓翻转速度的展体动作。通过对表6各翻转阶段的用时进行分析发现，5名运动员落地前1/4周的翻转速度要明显高于前一周甚至抱腿翻转阶段的3/4周，落地时较高的翻转速度也导致了5名运动员难以站稳，出现了不同程度的迈步。其中喻雪落地的稳定性最差，除其相对于其它运动员较小的时空条件外，也与其落地后重心最低点左、右膝关节角度差异较大有关。

表6 第2腾空阶段中各阶段用时

表7 第2腾空阶段有关运动学参数

3 结 论

（1）5名运动员除秦月娟外上板速度较慢；刘思佳、吴俊杰和喻雪踏板时间较长，没有做到快速有力（0.11s内完成）；刘思佳和秦月娟应将向前上方摆臂伸展的动作控制在蹬离板过程中完成以使垂直速度明显增加。5名运动员在离板时均处于两臂前伸，左臂低于右臂，上体微前倾，重心越过脚支点垂线，蹬离角小于90°的正确姿态，喻雪应注意不要过早的进行绕垂直轴转体90°的侧手翻动作，注意踏板时不要分腿。

（2）离板后积极主动撑马，5名运动员均在极短的时间内完成了第1腾空，在重心上升过程中迅速打开髋角并加速摆腿，同时完成转体 90°，形成左手撑马的侧撑姿势。第1腾空阶段5名运动员均出现了不同程度的分腿。

（3）运动员应双手在依次撑马后积极主动地用力顶肩推手，在推离马瞬间尽量使身体接近倒立状态，推离角接近90°，重心最高时推离马。蒋雅琴推离马时重心偏向左手，右手没有很好的参与推撑发力；秦月娟推离马时身体重心较低，身体没有处于倒立状态；5名运动员推撑力量不足，推手时间较长，垂直速度大幅下降，其中吴俊杰和喻雪下降最为严重，或影响完成第2腾空动作所需的时空条件。

（4）推手后应迅速充分屈髋抱腿加速旋转，秦月娟的抱腿旋转时髋角大于90°；由于较为紧凑的时空条件，5名运动员均无明显的落地前伸髋展体动作。落地缓冲时喻雪应尽量保持落地后左右膝角相等，提高落地稳定性。

[1] 宋丽霞.跳马前手翻上板类运动学分析[J].运动，2018（20）：15～16.

[2] 殷 红.“助跑速度”在跳马训练中必须得到重视[J].安徽体育科技，2000（02）：19～21.

[3] 姚侠文，陈碧英，刘家骥，等.女子跳马跳转180°屈体后空翻动作的运动学分析[J].北京体育大学学报，1998（03）：72～75.

[4] 罗欣烈.助跑和起跳的速度是提高跳马质量的关键[J].内江师范学院学报，1987（02）：50～54.

[5] 苏美华，陈 平.杨亚红.跳马侧手翻转体90°直体后空翻转体720°运动学分析[J].体育科技，2012，33（02）：58～63.

[6] 王 嵘，王 峥，姚侠文.女子跳马冢原直体后空翻转体720°运动学分析[J].中国体育科技，2010，46（01）：97～101+112.

[7] 徐 勇.世界优秀女子体操运动员跳马动作的运动生物力学分析模式[J].北方工业大学学报，2002，14（02）：87～91.

[8] 胡泳章，姚侠文，竭晓安，等.女子跳马发展趋势及各类动作技术特点[J].北京体育大学学报，2000，23（02）：268～269.

[9] 张 鑫.邹凯单杠后直两周720°旋下动作的运动学分析[J].四川体育科学，2016，35（02）：43～45.

Kinematical Analysis of Female Athletes' Tsukahara Piked in Shanxi Province

ZHAO Rui, DONG Jianguo, PANG Haoze, et al

School of Sport and Physical Education, North University of China, Taiyuan Shanxi, 030051, China.

Using APAS three-dimensional motion analysis system to analyze the key techniques of the Tsukahara piked such as step jump, first flight, push hand and second flight, which were completed by five athletes in group A of women's Vault final of Shanxi junior Gymnastics Championship. The kinematics law and technical characteristics of the original volley of female vault are revealed, and the existing problems are pointed out Put forward reasonable suggestions.Two JVC GC-p100 cameras were used to take three-dimensional fixed-point video of the athletes' movements in the competition, and APAS three-dimensional motion analysis system was used to analyze the video.There were some problems in all the five athletes in Tsukahara piked.(1) in the pedal stage, except for Qin Yuejuan, the speed of five athletes on the board is slow, Liu Sijia, Wu Junjie and Yu Xue stay at the pedal for a long time; Liu Sijia and Qin Yuejuan should try their best to control the movement of arm swing forward and upward in the process of pedaling off the board; Yu Xue should pay attention not to roll 90°around the vertical axis too early, and not to split the legs when pedaling. (2) In the first flight stage, the five athletes completed their movements well except for some split legs. (3) In the hand-pushing stage, when Jiang Yaqin pushed away from the horse, the right shoulder Angle was small, the center of gravity was shifted to the left hand, and the right hand did not participate in the pushing and supporting force well; When Qin Yuejuan pushed away from the horse, her center of gravity was low and her body was not in a handstand state. Five athletes push strength is insufficient, driving force for a long time, the vertical speed dropped sharply, Wu Junjie and YuXue decline is most serious, or affect the conditions of space and time needed to complete the post-flight action. (4) In the second flight and landing phase. Qin Yuejuan's hip bending was not enough, and none of the five athletes had obvious body movement, and the landing stability was not good.

Shanxi Province; Vault; Female gymnast; Tsukahara piked; Kinematic analysis

1007―6891（2022）02―0081―05

10.13932/j.cnki.sctykx.2022.02.18

2021-05-22

2021-07-07

山西省体育局课题：后激活增强效应对蹦床运动员网上腾空高度及肌肉活性的影响（19TY104）。

董建国，男，研究员，硕士生导师。研究方向：体育教育训练学。

G832.2

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