周施雄雙杠后上轉體180°成倒立的運動學分析

郭恩次

【摘要】：雙杠后上轉體180°成倒立動作已成為世界各國名將爭奪雙杠金牌的有力武器。本文對奧運會冠軍周施雄的雙杠后上轉體180°成倒立動作進行了運動生物力學分析。揭示了我國優秀運動員周施雄完成該動作的運動學規律和技術特點，從而為該動作的教學和訓練提供依據。

用先進的三維攝像解析方法在體育比賽現場獲取運動員動作技術運動學參數進行分析將成為動作技術診斷的主要方法。

【關鍵詞】：周施雄；轉體180°；運動學分析

1 前言

雙杠后上轉體180°是雙杠E組動作中的一個代表性難度動作，它不僅具備一定的難度，而且具有較高的連接價值。有不少運動員在雙杠的比賽中使用了該動作，但要完成好該動作不是容易的事情。為了更好的掌握該動作，改進和提高該動作的質量，從定性和定量兩個方面去研究該動作是十分必要的。通過查閱有關雙杠的文獻，了解了雙杠的發展歷史與研究現狀，還未見到對雙杠后上轉體180°成倒立的定量研究論文。

周施雄是第十二屆全運會男子體操全能冠軍、男子雙杠冠軍。本文通過對周施雄的后上轉體180°成倒立技術進行影片拍攝與解析，就后上轉體下擺階段、后上轉體上擺階段、騰空轉體三個階段進行定量分析，尋找有助于提高該技術的合理因素及內在聯系，為進一步完善該動作提供參考數據及理論依據。

2 研究方法

用三維攝像解析法。在2012年全國體操冠軍賽比賽現場，用兩臺高速攝影機（頻率為100幀/秒 ）從不同角度（兩機夾角約90°）拍攝了周施雄預決賽的全過程。選取周施雄預賽中成功完成的雙杠后上轉體180°動作，采用星高鈦解析系統對拍攝的錄像進行解析。運用低通數字濾波法對原始數據進行平滑處理，截斷頻率為6赫茲。

3 研究結果與分析

為了便于分析周施雄的后上轉體180°動作，把該動作劃分為后上轉體下擺階段、后上轉體上擺階段、騰空轉體三個階段。

3.1后上轉體下擺階段分析

本階段是從手倒立開始身體下擺經過杠后水平部位至杠下垂直部位的運動過程。該階段需要獲得盡可能大的轉動動能，并使身體各環節處于最合理的位置，為快速有力上擺動作創造條件。身體下擺之前盡量提高身體重心位置，周施雄身體重心至握杠點的垂直距離為 0.9m，身體伸直，肩關節頂開，左右肩角為179°， 左右髖角為176°。后上轉體180° 對運動員肩關節柔韌性要求很高， 周施雄倒立下擺瞬間肩角能達到179°， 說明周施雄肩關節柔韌性非常好， 這也是完成好該動作的基本條件之一。

當身體下擺至杠后水平面時，左右肩角減小最為明顯為65.2°和65.8°， 左右髖角為135.8°和137.7°， 左右膝角為172°和173°， 重心合速度增加到2.94 m/s，這時人體獲得的重力矩最大。身體越過杠后水平面之后繼續下擺，肩關節開始下沉，肩角逐漸加大。至杠下垂直部位時，身體重心與握杠點的垂直距離為0.86m，左右肩角增大到84°和89°。由于兜腿原因，左右髖角減小最為明顯為33.4°和33.8°，左右膝角為176°和175°。該階段周施雄有明顯的向下沉肩角的動作，目的是為了增加杠子向下的作用力，使杠子向下形變，當身體向上運動時可以利用杠子的彈性勢能更好的完成后面的動作。由于重力作用身體至杠下垂直面時，重心合速度最大，為3.93 m/s。從下擺瞬間到重心合速度最大總共用了0.79s，說明周施雄有足夠的時間為后面環節打好基礎。

3.2 后上轉體上擺階段分析

本階段是從杠下垂直面經過杠前水平面至右手撒杠瞬間的運動過程。該階段主要是為了減小阻力矩，盡量保持較大的速度向上運動以及利用內力作功，為騰空轉體創造良好的條件。

當身體重心至杠前水平面時， 為了完成兜腿，兩腳的運動速度明顯增加，最大達到12.62m/s。左右髖角分別增大到115.2°和118.6°。在兩腿加速上擺的同時肩關節一定要壓住梗頭不要抬肩抬頭， 否則會影響向后上方的擺腿速度， 這時肩的運動速度比較小，只有2.47m/s 。身體重心合速度雖然比杠下垂直面合速度3.93m/s慢一點，但仍保持較快的速度向上運動，達到3.38 m/s，其中向上的垂直速度起主要作用。

當身體超過杠前水平面繼續上擺時， 從遠側端開始身體向左轉動。右手撒杠瞬間，左肩角增大到113.2°， 由于身體向左轉體右肩角76.5°。左右髖角分別增大到152.4°和153.5°，左右膝角有所減小為172°和173°。撒手之前兩腳有所制動，兩腳運動速度減小到3.79m/s。相反肩的運動速度又開始增加，放手時肩的運動速度增加到3.15m/s。說明制動腿的同時兩臂有壓杠動作，離杠瞬間重心離杠的水平距離為0.82m，與杠水平面夾角為13.6°。根據整個動作的質量分析，說明周施雄身體處于這樣的位置和角度上開始轉體是比較合理的。

3.3騰空轉體階段分析

本階段從右手撒杠瞬間經過右手支撐轉體180°至左手握杠回復到手倒立位置的運動過程。該階段主要是盡可能保持重心速度，爭取更多的騰空時間，為繼續完成轉體提供良好的時空條件。

右手撒杠后大部分身體重心都落在左臂上。轉體過程要加固髖關節，身體充分伸直。離杠時刻由于重心垂直速度遠遠大于水平速度， 因此離杠后身體重心拋物線軌跡幾乎直線上升.此時肩角，髖角明顯縮小，左右肩角為106°和71°，左右髖角為143°和145°，說明周施雄收縮肩關節，屈髖關節以減小轉動慣量，轉動慣量越小人體轉動角速度越大，越有利于轉體，這是他完成該動作的一大特點。從右手撒杠至回復到手倒立位置，縱軸轉體角速度為5.85 rad/s 身體重心至手倒立位置時， 身體重心位置最高為0.99 m，左右肩角為176°和175°，左右髖角為175°和176°，膝關節角為174°和175°。

4 結論

通過以上測試結果的分析得到以下結論：

后上轉體下擺階段周施雄能夠在獲得最大重力矩的情況下，使身體各個環節處于最佳位置； 后上轉體上擺階段在克服重力的作用下能夠盡可能降低動能的損耗，使速度發揮到最大化；離杠瞬間重心離杠的水平距離為0.82m，與杠水平面夾角為13.6°，周施雄身體處于這樣的位置和角度上開始轉體是比較合理的；在騰空轉體階段周施雄能收縮肩關節，屈髖關節以減小轉動慣量，增大轉動角速度，較好的完成了轉體動作。

參考文獻：

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