三種不同平面上原地縱跳的力學指標的比較

楊書龍

(山東師范大學體育學院 山東濟南 250000)

原地縱跳不僅是一個評價運動員彈跳能力的指標,也是運動訓練中常用的下肢力量訓練及彈跳訓練方法之一。運動員彈跳素質主要表現在起跳的登地力量大小、起跳速度快慢及騰空時間。目前在訓練中對于原地縱跳的運用方式較多,如徒手原地縱跳、原地抱膝跳、負重原地縱跳及沙坑,不同的運動項目對踝關節起跳時的角度不同,因此彈跳效果也不同。盡管目前對原地縱跳有很多的研究[1-3],并且采用坡度進行跑步訓練也非常普遍,但是對于利用坡度進行彈跳訓練的研究及訓練方法較少。

在起跳過程中踝關節、膝關節、髖關節需要有極強的協調發力能力[1],改變起跳平面的傾斜度,各關節在起跳過程中所表現出的力學特征有所改變。本研究主要根據這一特點對上坡、平地和下坡三種平面上運動員原地起跳的蹬地的力、速度及時間進行比較,從而了解三種平面各自的訓練特點。

1 研究對象

本研究的研究對象為山東師范大學體育學院6名男生,基本情況:年齡為(25±0.55)歲,身高為(178.83±8.84)cm,體重為(76.33±17.78)kg。

圖1

圖2 最大蹬地作用力(N)

2 試驗方法

實驗是在山東師范大學生物力學實驗室室內進行,采用測力臺測試的方法,Kistler三維測力臺(臺面尺寸600mm±900mm)上進行。測力臺采樣頻率為200Hz,采樣時間為10s。三種起跳平面分別是水平面,與水平面成30°的上坡和下坡。原地縱跳過程是在用測力臺自帶的Bioware軟件進行動力學指標的判讀。

實驗測試前,受試者需要每種測試試跳兩次。測試過程中,受試者始終朝向一個方向。動作要求:兩腳開立,與肩同寬,兩手掐腰。起跳從半蹲開始,具體蹲的深度由受試者根據自身情況而定。

3 實驗數據的界定

圖1所示,AC為起跳的蹬地過程,所用時間為t1;B點時最大蹬地作用力F和最大加速度α,從開始發力到蹬地最大作用力的時間為t3,從最大作用力到騰空的時間為t4;C點時受試者離地,D點時受試者著地,CD為騰空過程,所用時間為t2。在C點和D點時分別是起跳的最大上升的速度v1和最大下降速度v2。由于人體騰空后做自由落體運動,所以騰空的高度h采用單信海等的采用騰空時間計算騰空高度的方法。

4 結果與分析

4.1 最大蹬地力量的比較

如圖所示最大蹬地作用力上坡>平地>下坡,此結論與牛志馨關于踝關節狀態對膝關節運動影響的研究結果一致。在上坡、平面和下坡的起跳之前,踝關節的曲的程度逐漸減小,所以踝關節的運動幅度逐漸減小,影響小腿后面肌肉的伸展和收縮。此外踝關節的曲的程度影響膝關節的屈曲的力矩。

4.2 蹬地時間的比較

表1中數據顯示,起跳的蹬地作用時間平地>下坡>上坡,最大加速度上坡>平地>下坡,最大加速度的大小取決于最大蹬地力量。從開始蹬地到最大蹬地的時間平地>下坡>上坡,從最大蹬地到騰空的時間上坡>平地>下坡。在蹬地的時間上上坡的總的加速時間小于平地和上坡,上坡縱跳時,從開始蹬地到最大蹬地作用力所用的時間較短,所以同等作用力的情況下,上坡所獲得的動能要小于平地和下坡。此外,從最大蹬地作用力到騰空所用的時間,上坡要長于下坡和平地,根據公式F=m×α=m×v/t可以得出力的作用時間長,速度就會減小,爆發力就會隨之減小。

表1 起跳的時間、最大加速度

表2 騰空時間、起跳速度、下降最大速度和騰空高度

4.3 騰空時間、速度和騰空高度的比較

由表2可以看出在騰空時間上平地=上坡>下坡,起跳的最大速度和下降的最大速度平地>上坡>下坡,起跳的最大高度平地>上坡>下坡。雖然起跳速度平地大于上坡和下坡,由于體重比較大,所以平地、上坡和下坡的騰空時間非常接近,但是起跳的高度平地要大于上坡和下坡。下降最大速度同樣是平地>上坡>下坡,在三種縱跳時下降的最大速度都要大于起跳的速度,這主要是由于受試者起跳前和落地時的中心的高度決定的。

5 討論

上坡縱跳時,由于踝關節屈曲的程度較大,所以小腿后面的腓腸肌、比目魚肌處于拉長狀態,于是就獲得了較大的彈性勢能,所以在起跳過程中就具有了較大的能量基礎。平地時踝關節屈曲的程度小于上坡,小腿三頭肌的勢能要小于上坡。下坡時踝關節處于伸的狀態,小腿三頭肌處于收縮狀態,這樣在起跳過程中就需要小腿三頭肌進一步收縮產生蹬地力量。所以在起跳的絕對力量上上坡縱跳要大于平地縱跳和下坡縱跳。

在起跳的環節上分為從開始蹬地到最大蹬地力和從最大蹬地力到騰空。第一個環節可以看做是動能的儲存,第二個環節可以看做能量的釋放。在第一環節上,根據動能公式E=1/2[m(αt)2]可以看出動能隨時間的增大而增大,所以在第一環節上用的時間長,儲存的動能就大。在第二環節上,根據功率的公式P=W/t可以得出時間越短功率越大,動能釋放的效率越高,所以在第二環節用時越短,動能釋放效率越高,爆發力發揮的越好。綜合這兩個環節,可以看出上坡縱跳時爆發力發揮的最差,下坡縱跳時爆發力發揮的最好。

在最大蹬地力量和蹬地作用時間的共同影響下,平地縱跳的起跳速度和下落的最大速度都是最大。下坡縱跳的爆發力發揮的最好,但是由于最大蹬地力量小于上坡縱跳,所以起跳的速度還是小于上坡縱跳的起跳速度。騰空后人體自由落體運動,騰空時間T=2V/g,騰空高度H=V2/2g速度越大,騰空時間越長,騰空的高度越大。此外在下落過程中下坡同樣具有較大的速度,由于著地面是向下傾斜的,著地后踝關節處于伸展狀態,所以在落地緩沖時就大大減小了踝關節的緩沖能力。因此在落地緩沖過程中要提醒運動員要主動屈膝緩沖,通過利用膝關節的緩沖能力來彌補踝關節緩沖能力的丟失。

6 結語

三種平面上的原地縱跳具有各自的特點,上坡縱跳時小腿三頭肌收縮的速度比較快,對于提高小腿三頭肌的絕對力量的效果要強于平地縱跳和下坡縱跳。平地縱跳爆發力的發揮要高于上坡縱跳,而且平地縱跳的起跳速度、騰空時間和騰空高度都要優于上坡縱跳和下坡縱跳。下坡縱跳的爆發力是最好的,下坡縱跳可以提高運動員的緩沖能力和身體的協調性。

[1]單信海,戴玉生.不同彈跳能力的三名運動員其原地縱跳的生物力學指標比較[J].體育與科學,1997(18).

[2]張佑磊.下肢肌肉力量與不同形式縱跳運動學和動力學特性相關度的研究[D].蘇州大學,2012.

[3]李世明,劉學貞.縱跳理論研究進展[J].北京體育大學學報,2004,27(1).