正三摇与单摇跳绳技术的生物力学分析
姚琼+段全伟+李辉
摘 要:正三摇跳绳是在单摇、双摇跳绳的基础上发展而来,是跳绳技术难度系数最高的动作之一。通过对正三摇和单摇跳绳技术动作的生物力学分析,发现正三摇在蹬地阶段下肢关节活动幅度、蹬地力较单摇更大,短时间内重心上升速度更快;腾空阶段各关节有明显的屈,滞空时间更长,更利于绳子快速通过脚底;落地缓冲阶段缓冲更充分,地面作用力更大;摇绳速度更快并呈现出一定的节奏变化。
关 键 词:运动生物力学;跳绳;正三摇技术;单摇技术
中图分类号:G804.6 文献标志码:A 文章编号:1006-7116(2017)05-0140-05
Abstract: The clockwise triple-skip technical move is developed on the basis of the single-skip and double-skip techniques, one of the moves with highest rope skipping technical difficulty coefficients. By carrying out a biomechanical analysis on the clockwise triple-skip and single-skip rope skipping technical moves, the authors revealed the following findings: , as compared with those of single-skip rope skipping, at the stamping stage, the clockwise tripe-skip rope skipping move had a larger low limp joint movement amplitude, a greater stamping force, and a faster center of gravity ascending speed in a short time; at the take-off stage, all the joints had obvious flexion, a longer hang time, which is conducive to the rope passing through the sole quickly; at the buffer stage, the clockwise triple-skip rope skipping move had more thorough buffering, a greater ground acting force, a faster rope swinging speed, and showed a certain change of rhythm.
Key words: sports biomechanics;rope skipping;clockwise triple-skip technique;single-skip technique
跳绳运动起源于我国,有着上千年的历史[1]。随着全民健身计划的实施,越来越多的人参与到跳绳运动中来,中国跳绳运动迎来了发展的大好时机。2007年10月在北京举行了首届全国跳绳裁判培训班,制定并逐步完善跳绳竞赛规则,并在广州举办了全国跳绳公开赛。我国跳绳运动的竞技化路线逐渐明朗[2]。
跳绳是一项主要由摇法和跳法基本动作组成的运动,摇法和跳法变化多样[3],其中以单摇、双摇、三摇为代表。跳绳的三摇跳技术是在单摇、双摇的基础上发展而来,运动员跳起,双手摇绳,绳跃过头顶通过脚下绕过身体3周(1 080°),为完成1次[4]。在我国跳绳运动竞赛规则中,正三摇跳绳和单摇跳绳均属计数类比赛项目,但正三摇跳绳要求连续完成,连续完成次数多者获胜,而单摇跳绳是在规定时间内完成次数多者获胜。本研究从生物力学的角度分析正三摇和单摇跳绳在不同动作阶段(蹬地阶段、腾空阶段和落地缓冲阶段)的特点,为运动员、教练员提供参考。
1 研究方法
1.1 数据采集
本研究对测试对象进行了单摇跳绳和正三摇跳绳两个技术动作33次的拍摄,参考现场教练员和专家的意见,选取其中10次技术动作进行分析。采用二维测试系统对动作技术进行拍摄[5]。实验设备包括:一架Sony常速摄像机,用摄像机拍录受试者完成单摇跳绳和正三摇跳绳的运动过程,拍摄频率为50 Hz。一台与摄像机相连接的电脑,用于图像采集;用Kistler三维测力台记录受试者完成单摇跳绳和正三搖跳绳力的变化过程。
正三摇跳绳的生物力学实验在北京体育大学科学实验中心进行。以2008年中国跳绳运动竞赛规则作为运动员完成动作的标准,凡出现以下情况均判为失败:单摇跳绳中双脚起跳腾空1次,绳未经头部至双脚下环绕1周(即360°);正三摇跳绳中双脚起跳腾空1次,绳未经头部至双脚下环绕3周(即1 080°)。
1.2 数据分析
力学测量记录的数据采用Kistler三维测力台力学解析系统进行解析;采用Excel 2003对数字化信息进行有关的统计学处理。平面摄影拍摄的录像资料采用视讯影片解析软件进行解析;采用Qtools软件对数字化信息进行有关统计学处理。
2 结果与分析
为了分析的便利,本研究将跳绳动作分为3个阶段:蹬地阶段(重心达到最低点开始,重心上升直至双脚离开地面瞬间);腾空阶段(从双脚离地瞬间开始直至双脚落地瞬间);落地缓冲阶段(从落地瞬间开始,重心下降直至重心达到最低点)。
2.1 蹬地阶段
1)下肢关节角度。
正三摇蹬地阶段的左右髋角前大部分时间小于单摇,而到最后基本一致,近乎达到了180°,说明正三摇在蹬地阶段开始时,髋关节前屈的程度较单摇更大。随着蹬地动作的进行,髋关节角度逐渐增大,最后几乎达到180°时跳起(见图1)。整个蹬地过程,髋关节的角度较单摇更大。
正三摇蹬地阶段的膝角变化与单摇没有差异,只是在最后一段时间里,膝角略大,说明正三摇在蹬地离地的瞬间,伸膝动作的幅度比单摇大,导致这个差异的原因是为了能够获取更大的蹬力(见图2)。
人体自然直立时的踝角大约为90°,当踝关节角度大于90°时为跖屈,小于90°时为背屈。正三摇蹬地阶段是从背屈开始的,最后达到跖屈,角度均略大于单摇(见图3)。
综上分析可见,正三摇蹬地阶段下肢各关节角度均由小变大,且与单摇的变化一致,但是正三摇蹬地阶段的时间相对要短。正三摇蹬地时的膝角与单摇无显著差异,而髋关节与踝关节活动幅度均大于单摇,说明正三摇蹬地阶段重心向上的速度较快,在短时间内髋角、踝角从比较小的角度增加至较大角度,有利于蹬力的增大。
2)摇绳速度。
正三摇蹬地阶段摇绳速度明显大于单摇,从动作的开始阶段摇绳的速度就很大,在起跳之前绳子有个加速的过程(见图4)。
3)动力学分析。
从单摇和正三摇蹬地阶段蹬地力变化过程(见图5)可以发现,正三摇最大蹬力明显大于单摇。正三摇需要较大的蹬力和蹬地速度才能保证腾空高度。正三摇和单摇蹬地阶段蹬力的变化一致,都是由大变小。但是变小的速度不同,正三摇蹬力减小的较快,这有利于获得较好的蹬地效果,跳得更高。
4)运动学与动力学结合分析。
随着下肢各关节角度的增加,正三摇与单摇蹬地阶段的蹬力都在逐渐减小。在蹬地开始时髋角、膝角和踝角变化的速度比较慢,而在蹬地的最后阶段膝角和踝角的变化速度明显加快,表现基本一致的。但在下肢各关节角差异不大的情况下,蹬地力表现出明显差异,造成这一差别的原因可能要通过肌肉的工作情况来说明。因此,完成正三摇主要是靠肌肉做功,要求全身肌肉很好的配合协调用力,使蹬地效果达到最好。
2.2 腾空阶段
腾空阶段要求绳子连绕身体3周且不能被身体阻断。腾空阶段是正三摇最为重要的阶段,此阶段动作的好坏直接影响整个动作的顺利完成。
1)下肢关节角度。
正三摇腾空阶段的髋角是先变小再变大,而单摇则是保持不变。左右侧髋角的变化基本一致(见图6)。由此可以看出正三摇的空中动作是髋关节前屈,在腾空动作快要结束时髋关节伸。
正三摇腾空阶段的的左右膝角开始是稍增大,然后至最大值,再后很快变小,随后慢慢减小至最小值,最后又稍微增大,而后再次减小。单摇腾空阶段的膝角几乎保持不变(见图7)。这说明正三摇腾空阶段的动作是刚离地时膝关节继续前伸,且开始阶段速度比较快,短时间内膝关节角度降低到很小,而后再慢慢后屈,关节角度减小。在腾空阶段的最后,膝关节前伸,关节角度增大,但增幅不大,膝关节仍保持微屈的状态,方便让绳子能够绕过脚底,并为最后的缓冲落地做准备。
正三摇腾空阶段的左右踝角是刚刚离地时增至最大,然后保持一段时间后迅速减到最小,在将近落地的时候又迅速增大,表现出了微小的背屈动作。单摇腾空阶段的左右踝角基本保持不变(见图8)。
综上分析可见,髋角、膝角和踝角均先减小后增大,在落地前又稍稍减小,说明正三摇在腾空阶段髋关节前屈、膝关节后屈和踝关节背屈,使整个身体蜷缩起来,增大了脚与地面的距离,有利于绳子的3次通过。在落地前身体稍有展开是自然反应,是为了防止落地时损伤的发生。而落地前瞬间身体有收的动作,是为了在最后时刻增大身体与地面的距离,顺利完成动作。而单摇腾空阶段动作基本保持不变。
2)摇绳速度。
正三摇腾空阶段要求绳子3次绕过身体,由于时间短,因此要求绳子的速度要快,但并不是整个过程都快,有一定的节奏变化,中途通过多次发力,第1、3圈绳速会稍快于第2圈绳速。而单摇动作腾空阶段的绳速只是简单地慢慢减小后又慢慢增大(见图9)。
2.3 落地缓冲阶段
落地缓冲阶段是正三摇的最后阶段也是关键阶段,落地缓冲动作的好坏直接影响下一个动作的质量。
1)下肢关节角度。
正三摇和单摇落地缓冲阶段的左右髋角变化基本一致,均由大变小,但正三摇动作的髋角变化幅度比单摇小。还有正三摇的髋角较小,说明髋关节前屈幅度更大(见图10)。
正三摇和单摇落地缓冲阶段的左右膝角变化基本一致,均由大变小。但是正三摇膝角明显小于单摇,说明正三摇以屈膝的动作落地,更有利于保护膝关节和下次动作的起跳发力(见图11)。
正三摇和单摇落地缓冲阶段的左右踝角变化基本一致,均由大变小。左右侧的变化趋势基本一致,踝角变化略小于单摇(见图12)。
综上分析可见,正三摇落地缓冲阶段下肢各关节角度变化与单摇基本相同,并没有表现出独有的特点,只是各关节角度均小于单摇。
2)摇绳速度。
单摇绳速几乎没有变化,而正三摇则不同,落地缓冲阶段时要控制速度,需要降低绳子的速度以保证下一个动作的顺利发力(见图13)。
3)动力学分析。
正三摇落地缓冲阶段的地面作用力比单摇明显要大,且增大的比较快。造成这一差异的原因主要是腾空高度,正三摇腾空的高度较高,因此落地会产生较大的地面作用力(见图14)。
4)运动学与动力学结合分析。
随着下肢关节角度的减小,地面作用力的增大,正三摇和单摇在缓冲阶段基本一致,在运动学和动力学的变化趋势上没有实质性差异。但从大小上看,正三摇落地缓冲时下肢各关节角度及变化幅度小于单摇,地面作用力及变化幅度明显大于单摇。由此可见,在落地缓冲阶段,正三摇从关节角度方面减震的效果相对较小,地面作用力比较大,这就造成正三摇落地缓冲时对身体关节、骨骼和韧带等组织要求比较高,要注意缓冲,减少肌肉的承受力。
3 结论与建议
3.1 结论
1)正三摇蹬地阶段下肢各关节角度均由小变大,蹬地阶段的时间相对要短,说明正三摇蹬地阶段重心向上的速度较快,而在短时间内髋角从比较小增加至较大,有利于蹬地力的增大。
2)正三摇腾空阶段的髋角、膝角和踝角均先减小后增大,在落地前又略减小,说明正三摇在腾空阶段髋关节前屈、膝关节后屈和踝关节背屈,便于保持较长的滞空时间。
3)正三摇落地缓冲阶段各关节角度均小于单摇,随着下肢关节角度的减小,地面作用力与之相反。
4)正三摇摇绳的速度是完成该动作的重要因素之一。在起跳之前绳有加速过程,腾空阶段的绳速呈现多次加速和减速,且加速和减速的节奏变化快,落地缓冲阶段的绳速仍较快。
3.2 建议
1)正三摇在蹬地阶段的最大蹬力,主要是靠肌肉做功,因此需加强肌体肌肉良好配合与协调用力,以便在腾空阶段保持一定的高度及滞空时间,使得蹬地效果达到最好。
2)正三摇腾空的高度、滞空时间以及绳的速度,是完成正三摇的重要因素。因此在日常练习中可加强上下肢力量的配合练习;同时适当加重手腕力量的训练,如负重快速摇绳等内容。
3)正三摇在落地缓冲阶段要注意把握落地缓冲的动作要领,强调膝关节与踝关节的缓冲保护,使得身体骨骼肌肉所承受的力尽量减小,有利于正三摇跳绳动作的连续完成。
参考文献:
[1] 李颜敏. 跳绳运动的起源与发展探究[J]. 安徽体育科技,2015(4):57-59.
[2] 邱丽玲. 中国跳绳竞赛项目设置与竞赛方法研究[D]. 北京:北京体育大学,2009.
[3] 咸春東. 对花样跳绳动作内容及其基本动作教学方法与步骤的研究[D]. 北京体育大学,2015.
[4] 李辉. 对跳绳三摇技术的生物力学分析研究[D].北京:北京体育大学,2011.
[5] 刘北湘,杨啸原. 影像测量数据在武术运动技术分析中的应用[J]. 成都体育学院学报,2009,35(4):62-66.
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