優秀短道速滑運動員換項速度滑冰的優勢分析—以彎道滑行為例

王立國,劉佳男,毛羽鵬

（1.東北師范大學體育學院，吉林 長春 130024；2.東北大學體育部，遼寧 沈陽 110004）

運動訓練學

優秀短道速滑運動員換項速度滑冰的優勢分析—以彎道滑行為例

王立國1,劉佳男1,毛羽鵬2

（1.東北師范大學體育學院，吉林 長春 130024；2.東北大學體育部，遼寧 沈陽 110004）

運用生物力學方法對短道速滑與速度滑冰項目的彎道滑行中一系列定量數據通過物理公式計算與時相分析。找出優秀短道速滑運動員同項群換項速度滑冰項目后在彎道滑行中的優勢。研究認為：同速度滑跑時短道速滑彎道滑行運動員所受慣量支撐力大于速度滑冰，是使短道速滑運動員達到一定競技水平并換項速度滑冰后，在速度耐力方面優勢較為明顯的主要原因。通過對被試運動員蹬冰角度與髖、膝關節時相分析；有效滑速測試范圍內的短道速滑運動員彎道滑行中，開始蹬冰角度均小于速度滑冰；更有利于側向分力的產生，對加速度起更多貢獻。右腿蹬冰時間曲線也表明；短道速滑運動員右支撐腿蹬冰時間的延長是運動員需要改變更大的身體“角位移”角度，運動員所需平衡能力與身體的控制能力要求更高。以上研究希望對具備一定競技水平的短道速滑運動員轉項速度滑冰后在彎道滑行技術上所產生優勢附上科學的依據。

短道速滑；速度滑冰；彎道滑行；優勢

根據項群理論，速度滑冰項目與短道速滑項目均屬同一周期性項群項目，有著相近的訓練學特征，[1]因此，理論上運動員可以在2個項目之間互相轉換。近幾年在國際速度滑冰賽場上也出現了短道速滑運動員創造優異成績的相關實例。在剛剛結束的索契冬奧會上為中國速度滑冰項目實現金牌零突破的張虹，從短道速滑改練速度滑冰后，短短幾年就獲得了冬奧會的冠軍。無獨有偶，索契冬奧會上荷蘭代表團現役短道速滑運動員Jorien－Termors在短道速滑比賽中的最好成績是女子500 m的第4名，而她在速度滑冰項目卻創造了新的冬奧會女子1 500 m的奧運會紀錄。還有溫哥華冬奧會10 000 m冠軍得主韓國名將Kang－Seak LEE、加拿大冬奧會冠軍Nisibeeti、男子1 500 m世界紀錄創造者美國人Shani－Davis等優秀選手都有短道速滑的運動史。這種現象的出現，引起了國際速滑界以及學者的廣泛關注。

如何解釋在短道速滑運動員改項速度滑冰并且取得優異運動成績這種現象？速度滑冰生物力學研究表明：運動員的彎道滑行速度大于直道速度，運動員的彎道技術對滑跑速度影響較大；短道速滑更是場地的原因以及比賽的戰術特點，彎道技術以及進出彎道技術更為重要，直道滑行往往是每1圈的過渡階段。因此，研究并對比分析彎道技術可能是解釋這種現象的唯一原因。本文設想對速度滑冰與短道速滑的彎道滑行過程中一系列數值進行假設，運用物理學與其整體運動方式相符合的圓周運動定律計算和運動員彎道滑行中運動時相的截取進行運動學分析。旨在為轉項優勢進一步提出科學依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 優秀短道速滑運動員換項速度滑冰的優勢。

1.2 研究方法 測試時間為2014年11月。測試對象：短道速滑與速度滑冰運動員各6名（共12名），運動員為吉林省冬季運動管理中心短道速滑隊和速滑隊各6名。被試2項運動員的運動等級相近、性別相同，身高、體重無顯著性差異（表1、表2、表3）。被試運動員彎道（短道速滑運動員測試場地是長春吉林省滑冰館，國際標準短道速滑場地周長為111.12 m/圈，速度滑冰運動員測試場地長春吉林省速滑館，國際標準速滑400 m/圈的內道）滑行時頂弧位置的1個復步進行分析。

表1 短道速滑運動員基本情況一覽

表2 速度滑冰運動員基本情況一覽

表3 被試運動員基本情況對照

1.2.1 控制量變法 將短道速滑與速度滑冰彎道滑行中擬定的一系列特定值，通過物理學中與彎道整體運動形式相適應的圓周運動公式；向心力F心=mV2/ R=mω2 R=m(2π/T)2 R,保證一系列特定值中(其他客觀量變值不改變)只改變R（彎道半徑）的情況下,求出運動員彎道滑行中所需的支撐力進行數理分析。

1.2.2 攝像與分析法 采用2臺日本產JVC9800型攝像機從正面和側面進行同步定點定焦拍攝被試者有效滑行速度為11m（±1m）/s 的條件下彎道頂弧處的1個滑行復步。攝像機高度為1.05m，拍攝距離10 m～20 m，拍攝速度為50幅/s，然后對拍攝的原始材料應用Ariel Dynamics運動解析系統解析，用數字濾波法進行平滑，截斷頻率為6，獲得了被試身體重心和各關節的位移各階段時間和各關節角度等數據。

1.2.3 數理統計法 在研究過程中對所需處理的數據通過Excel軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 物理學控制變量統計數值與分析

2.1.1 短道速滑與速度滑冰在系列特定值條件下彎道滑行中運動員所受向心力數值 短道速滑與速度滑冰項目中彎道滑行是重要的滑行部分。完整的彎道滑行包括進彎道滑行、彎道滑行、出彎道滑行三個部分。[2]2個項目的彎道滑行中運動員根據彎道跑道劃分線滑行，而每側彎道跑道劃分線的是通過1個固定中心點一定數值的半徑劃分的。所以，運動員在彎道滑行中與彎道整體能夠滿足圓周運動規律（圖1）。

圖1 彎道滑行圓周運動規律

給出特定數值來滿足同一“質量”運動員分別在相同速度條件下（R1=短道速滑彎道半徑8 m、R2=速度滑冰彎道半徑25 m、V1=V2=滑行速度11m/s、V3=風阻與冰面摩擦力、M1=M2=運動員“質量”70 kg），求出短道速滑與速度滑冰彎道滑行中該運動員所受向心力（以下文中短道速滑滑行中運動員所受向心力簡稱F心(短),速度滑冰彎道滑行中運動員所受向心力簡稱F心(速) ）。

即：F心=mV2/R=mω2 R=m(2π/T)2 R，特定數值條件下短道速滑所受F心(短)=特定數值條件下速度滑冰所受F心(速)==61.6 N。

計算結果得出在特定數值條件下F心(短)是F心(速)的3.125倍，可以理解為同一名運動員以相同速度在短道速滑過彎道時比速度滑冰過彎道時多付出約2.125倍支撐力的消耗。

2.1.2 速度滑冰運動員與短道速滑運動員所受向心力相同時系列特定值條件下滑行速度數值 按照筆者的計劃設定；系列特定值中只把F心(短)與F心(速)等同的條件下，其他特定數值不變，求此時速度滑冰運動員滑行速度V2。

計算結果V2=34.375/s，比原特定條件下V2的速度快了2倍多，這也是為什么速度滑冰每個單項的速度都快于短道速滑的重要因素之一。

2.2 被試者蹬冰角度時相分析結果 所有被試運動員共滑行18次，篩選后選取其中符合11m(1m)/s范圍內每個人1次的有效成績（共12次）。對被試運動員彎道滑行頂弧部分時的1個完整復步，運用ASPS分析系統捕捉時相進行分析（圖2）。

圖2 被試者蹬冰角度時相分析結果

通過被試運動員在運動等級、性別相同，身高、體重、年齡、冰齡、滑行速度相近的條件下進行不同項目彎道時采集的數據可以發現：短道速滑運動員在彎道最高速過彎道條件下，左、右小腿與冰面形成的夾角均小于速度滑冰運動員在此處與冰面的夾角。這個小腿與冰面的夾角被稱為蹬冰角度，蹬冰角度可以有效地反映運動機體腿部的技術動作以及蹬冰的效果。[3]所有被試者的蹬冰最小角度與蹬冰最大角度均出現在右腿蹬冰結束與左腿蹬冰開始階段，這是因為基本相同的滑行方式和人體生理解剖構造所限而產生的。[4]

2.3 被試者髖、膝關節角度時相分析結果 在有效測試成績內的時相數據中，選取被試短道速滑運動員與速度滑冰運動員左、右支撐腿髖、膝關節在蹬冰開始與結束階段角度時相的均數值，對被試運動員髖、膝關節蹬冰開始階段與結束階段角度的階段性對比進行t檢驗/方差檢驗，被試短道速滑運動員在蹬冰開始階段的髖、膝關節角度均數值與速度滑冰運動員蹬冰開始階段的角度均數值是有顯著性差異，而蹬冰結束階段，髖、膝關節均數值沒有顯著性差異（見表4）。

2.3.2 被試運動員髖、膝關節角度變化 以被試運動員髖、膝關節角度均數值的變化為x軸基數，蹬冰時間為y軸基數，繪出被試運動員左、右支撐腿，髖、膝關節角度均數值開始蹬冰階段至蹬冰結束階段隨時間變化曲線圖（見圖3、4）

從圖3、4中可見，短道速滑運動員左支撐腿髖、膝關節起始階段均明顯低于速滑運動員，表明其蹬冰開始階段身體姿勢處于一個更低的位置，但從蹬冰曲線趨勢看，2個項目的運動員之間沒有明顯變化。而右支撐腿膝關節在蹬冰開始不久都有了一個快速打開的過程，曲線趨勢極具變陡，其中速度滑冰膝關節曲線變陡趨勢要高于短道速滑。

表4 被試運動員支撐腿髖、膝關節蹬冰開始與結束階段角度均數值一覽 °

圖3 被試者左支撐腿髖、膝關節隨時間變化曲線

圖4 被試者右支撐腿髖、膝關節角度隨時間變化曲線

3 分析與討論

3.1 彎道滑行過程中支撐力的分析討論 蹬冰力量和滑跑頻率是速度滑冰的兩大技術要素[5]。每步蹬冰力量所產生的外部輸出功率決定了同一距離項目上，競技運動水平相近運動員之間成績上的微小差異。對這一觀點解決的一般方法是提高運動員的訓練儲備，提供運動員在項目上肌肉的所需耐耗能力。[6]中國速度滑冰運動員的技術與世界高水平運動員相比還有一定差距。主要是在支撐能力和利用體重蹬冰方面差距較大, 在一定程度上是導致我國運動員成績進步緩慢的原因。[7]所以尋找提升運動員滑跑中的肌肉支撐耐耗能力的正確專項訓練方法則是提高運動員競技水平的根本任務。

本文研究說明：如，同一名運動員在相同滑速條件下在彎道滑行過程中短道速滑運動員身體支撐力的消耗比速度滑冰運動員多付出2.15倍，因此，短道速滑的訓練相當于速度滑冰的大強度訓練，而且它所募集的肌肉數量、肌肉的工作方式和沖動頻率[8]是最直接的專項滑行支撐力的消耗，是與專項滑行訓練形式緊密結合的并且有著持續性特點的訓練方式，是利用其他輔助器材無法做到的。

3.2 被試運動員彎道滑行復步時相分析

3.2.1 蹬冰角度與滑行技術分析 運動員滑行過程中小腿與冰面的夾角稱作蹬冰角。[9]相同的有效測試速度條件下，運動員在彎道滑行中左右腿的最小蹬冰夾角都出現在短道速滑測試運動員中，通過圖2也可以觀察到短道夾角的顯示區域均小于速度滑冰蹬冰夾角區域。蹬冰夾角小的根本原因是在特定的滑行速度范圍內，特殊的場地條件下運動員受到了更大的向心力導致的。套用陳民盛的蹬冰時輸出功率公式[9]po= 其中： 為蹬冰時與垂直面上的夾角，也就是蹬冰夾角。根據此推算，此時條件下的被試短道速滑運動員蹬冰輸出功率均大于速度滑冰運動員。這也正與Boer的研究結果相一致；蹬冰開始時的蹬冰夾角小,并且認為蹬冰夾角小有利于產生更大的側向分力(法向)，從而獲得更大的速度。[10]那么，蹬冰夾角小，只是有利于產生更大的側向分力（法向），運動員為獲得更高的滑行速度還需滿足1個條件，只有在與滑行方向水平面內相垂直(法向)的蹬冰力才對加速起貢獻作用，[11]即運動員蹬冰時輸出的功率，我們所說的運動員彎道滑行中所受向心力的支撐力。如果運動員要產生更多的加速度，那是與運動員所受的合外力成正比的，運動員作用于冰面的力是作用在同1直線、2個不同物體上。1個平面內運動員給冰面足夠的力，冰面給運動員相同的力是使運動員快速向前滑行的基本保證。假設V1=V2、M1=M2、F心（速）=F心（短），則速度滑冰運動員的滑行速度在此階段在理論上會提升2.125倍。這與通過控制變量法所求證的在特定條件下滑行方向平面內對抗向心力的支撐力所消耗的倍數相映，它對運動員彎道滑行過程中的加速度起到的貢獻更多。滿足了運動員彎道滑行中獲得更大速度的2項關鍵條件；更小的開始蹬冰夾角和更大的側向分力（法向），也就是專家學者以及廣大教練員口中所說的蹬冰質量更高。

3.2.2 被試者髖、膝關節角度時相分析 被試運動員時相采集的滑行距離是1個復步，1個復步分為2個單步，而1個單步是由滑步寬度與滑步長度共同構成的。因為速滑運動項目特有的技術需要，要求運動員在滑行中法向位移量最大化。所以，在彎道滑行過程中，運動員在支撐腿“著冰”開始蹬冰時，就積極全力伸展膝關節、髖關節到達所需的蹬冰角度，并收回“浮腿”進行交叉“下刀”迅速的完成身體重心的轉換，完成1個單步中滑步寬度，制造出運動員的“有效伸展范圍”。計算不同關節的蹬伸幅度是確定下肢有效蹬伸范圍的方法之一。運動員開始蹬冰時，關節的初始角度是關節蹬伸幅度判定的關鍵，以往研究表明，開始蹬冰時關節角度小是優秀運動員的主要特征。[12]并且提到：蹬冰腿膝關節的角度變化能夠客觀反映速度滑冰彎道技術中蹬冰和支撐的狀況及實效，能夠深刻解釋彎道跑滑技術的細節。[14]通過被試運動員左右支撐腿髖、膝關節蹬冰開始與結束角度均數值對比t檢驗分析（見表4），表明被試短道速滑運動員的左右支撐腿髖、膝關節開始蹬冰角度與被試速度滑冰運動員左右支撐腿髖、膝關節開始蹬冰角度有明顯差異（P=0.0007784、 P=0.004113、P=0.0008574、 P=0.003135、 P＜0.05）。而在結束階段的左右支撐腿髖、膝關節蹬冰角度檢驗分析中卻表明沒有差異性（P=0.1929、 P=0.09914、 P=0.3464、P=0.1145、 P＞0.05）。究其原因，可能是被試短道速滑髖、膝關節開始蹬冰時角度更小，而蹬冰結束后因速滑技術特點，與生理解剖關節伸展范圍所限，使被運動員蹬冰結束時髖、膝關節角度基本重合。

對被試運動員左右支撐腿髖、膝關節角度的均數值隨時間變化曲線圖分析（見圖3、圖4）。被試短道速滑運動員左右支撐腿髖、膝關節角度在開始蹬冰時明顯小于被試速度滑冰運動員。隨著蹬冰時間變化，除被試短道速滑運動員的右支撐腿外，所有運動員支撐腿髖、膝關節角度在開始蹬冰（冰刀接觸冰面）至0.2 s時間內趨于平穩，0.2 s～0.35 s之間各關節角度迅速攀升達到最高值，而隨著蹬冰結束剎那間被試運動員左右支撐腿髖、膝關節角度曲線又接近重合。但從被試運動員右支撐腿髖、膝關節角度的均數值隨時間變化曲線圖（見圖4）分析發現，短道速滑運動員右支撐腿髖、膝關節角度時間曲線趨勢異于其他曲線的最小角度出現在開始蹬冰階段（冰刀接觸冰面）至0.1s內然后隨著時間變化角度隨之逐漸增大，而髖、膝關節的最小角度變化出現在開始蹬冰后的0.1s～0.15 s之間，并且整體曲線時長也比其他曲線時長出約0.3 s。這種現象的出現是因為運動員彎道滑行中，通過雙腿交叉滑行不斷產生加速度的同時也在通過每次彎道蹬冰來改變身體“角位移”的方向，達到運動員從進彎道至出彎道180°的身體“角位移”改變。而短道速滑運動員在彎道頂弧處滑行時，因為更小的彎道半徑導致運動員需要更大幅度的改變自身“角位移”度數使身體向出彎道方向滑行，所采用的“單腳支撐”技術所引起的。

以上研究認為：短道速滑運動員在彎道滑行中為達到一定速度時，需要募集更多的肌肉控制各關節角度在開始蹬冰階段以達到更小的角度來制造出更大的伸展幅度和“有效伸展范圍”。通過右腿單支撐稍長的技術控制方式，使身體位移方向改變更大，這都需要短道速滑運動員有著更好的對身體的控制能力。

4 結 論

1）彎道滑行中耐受慣量支撐力更大，速度耐力水平更高。

2）蹬冰開始階段夾角更小、整體蹬冰夾角小，對滑行方向水平面內相垂直 (法向) 的蹬冰動能貢獻更多、蹬冰質量更高。

3）結合彎道滑行中支撐腿髖、膝關節伸展幅度與角度隨蹬冰時間變化曲線表明：在彎道滑行中的“有效伸展范圍”更大，改變身體“角位移”的能力更強，身體平衡能力與控制能力更好。

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Advantage Research on Elite Short Track Skater Changing to Speed Skating— Taking Curve Sliding as an Example

WANG Li-guo1,LIU Jia-nan1,MAO Yu-peng2
(1.School of Physical Education, Northeast Normal University, Changchun 130024, Jilin China; 2.Department of Physical Education, Northeastern University, Shenyang 110004, Liaoning China)

Using biomechanical method, this thesis analyses a series of quantitative data in curve sliding of short track speed skating and speed skating through physical formula and phase analysis, so as to fi nd out advantage in curve sliding of elite short track speed skating skater changing to speed skating within same discipline. Research shows that in same speed curve sliding, roll inertia supporting force suffered by short track speed skating skater is greater than speed skating, which is the main reason when reaching a certain competitive level, short track speed skating skater possesses obvious advantage in speed and endurance after changing to speed skating. Through phase analysis of angle, hip and knee, in effective testing range of skating speed, start angle of short track speed skating skater is less than speed skating in curve sliding, which is more conducive to lateral component generation, contributes more to acceleration. Right leg kicking ice time curves also shows that extension of right leg kicking ice time is because short track speed skating skater needs to change larger body "angular displacement" angle, which requires higher balance and control ability of skater. Aforementioned research expects to provide scientific reference to advantage of curve slidingtechnique of competitive short track speed skating skater changing to speed skating.

short track speed skating; speed skating; curve sliding; advantage

G862

A

1004－7662(2014 )11－0058－06

2014－09－10

王立國，副教授，博士，研究方向：體育教學及運動訓練研究。