不同等級的兩名攀巖運動員竄跳技術動作的生物力學分析

汪海軍

不同等級的兩名攀巖運動員竄跳技術動作的生物力學分析

汪海軍

武漢體育學院體育科技學院，湖北 武漢430205

摘要：竄跳技術屬于高難度攀巖技術，經常出現在難度、抱石、速度競賽中具有一定的研究價值。本文運用文獻資料、三維攝像解析、專家咨詢、比較分析等研究方法,通過對不同等級的兩名攀巖運動員的竄跳技術動作生物力學對比分析、全面、系統分析研究影響運動員竄跳技術動作的核心因素。

關鍵詞：攀巖運動員；竄跳技術；生物力學分析

前言

攀巖運動起源于歐洲的阿爾卑斯山脈,具有一定的時代性與傳承性。我國培養的優秀攀巖運動員鐘齊鑫連續蟬聯四屆攀巖世界錦標賽速度賽冠軍,但是攀巖運動進入全新發展階段,在難度、抱石項目我國的競技水平屬于亞洲二流，與日本、韓國、歐美國家的水平差距越來越大, 每次世界大賽幾乎無緣下一輪。但在本人進行文獻查閱中，文獻資料及其匱乏。為促進我國攀巖運動的發展，提高專業運動員的水平，有必要對攀巖技術動作進行科學化研究。所以應用運動生物力學去對攀巖技術動作的研究分析是必要的。

1研究對象和研究方法

1.1研究對象

本文選取全國攀巖錦標賽冠軍1名與1名優秀男子攀巖運動員作為研究對象，其中國家級健將一名(陳睿智)，國家2級一名(方盛虎)，具體情況見表1。

表1　兩名攀巖運動員基本情況

1.2研究方法

1.2.1文獻資料法

在中國期刊網、萬方論文數據庫等電子資源數據庫，同時在國際攀聯聯合會網站查閱運動生物力學在攀巖運動中的應用等方面的資料。

1.2.2專家訪談法

咨詢中國登山協會攀巖隊教練、運動生物力學、運動訓練學等方面的專家，采集數據的最佳方法、三維高速攝像誤差減小的途徑、攀巖運動三維攝像拍攝注意事項。

1.2.3三維攝像解析法

1.2.3.1實驗設計

用三維測試系統對2名攀巖運動員所完成的竄跳技術動作進行拍攝，并對其進行運動學參數的分析與測試。

1.2.3.2實驗儀器與設備

采用Arieal公司APAS三維錄像解析系統對動作技術進行拍攝解析。實驗設備包括：兩臺日產松下NV-MD9000數碼攝像機，頻率為50幀/秒。攝影框架為愛捷009-D，并設23球13球為X軸，平滑系數設定為8。注：X軸為水平方向、Y軸為代表空間范圍、Z軸為垂直方向。

1.2.3.3實驗過程

攀巖竄跳技術動作的生物力學實驗測試于2012年7月14日在中國地質大學(武漢)室內攀巖館抱石場地進行。根據拍攝現場的條件，采用定點、定焦、定距的方式進行同步(外同步)拍攝，對2名男子攀巖運動員的竄跳技術動作進行同步拍攝,兩機的主光軸夾角72度，鏡頭相對地面高度1.1米，兩機間距9.20米。右機：拍攝距離8.60米；左機：拍攝距離7.65米；巖壁高度：3-4米，巖壁傾斜度135度；同步燈 ●：拍攝參考點。實驗場地的布置如下圖一：

圖一　實驗布置圖

1.2.3.4影片解析與數據處理

實驗結束后，分析數據包括身體重心、各關節點速度以及位移、各關節和軀干的角度和各時段的時間等數據。本研究中選取的主要指標有重心位移與速度，踝、膝、髖、肘關節角度與速度變化。

2實驗結果與分析

2.1兩運動員竄跳動作過程中的膝關節角度、速度

2.1.1兩運動員竄跳過程中膝關節角度的特征分析

陳竄跳過程中準備階段重心是處于最低點處，右膝最大屈曲角度為41.516度，左膝最大屈曲角度為20.848度；左膝最小屈曲角度為13.323度;當兩運動員擺動到最右邊時，陳的左膝最大屈曲角度為55.368度，右膝最小屈曲角度為89.499度；方的左膝最大屈曲角度為18.041度，右膝最小屈曲角度46.345為度;當兩運動員處于蹬離階段時，陳的右膝蹬伸角度為114.21度，左腳蹬伸角度為145.75度；方的右膝蹬伸角度為108.03度，左膝蹬伸角度為125.89度。通過表明陳從預備階段重心位置都要比方低，為預擺階段以及蹬離階段獲得更大的動能而準備；預擺階段陳擺動幅度比方大，為了獲得更大慣性沖量，從而讓動作銜接更加順暢，蹬離階段陳膝關節角度比方較大說明蹬離重心高度較大，從而讓運動員身體更加舒展貼近巖壁，為抓握住巖點所需高度做準備。膝關節角度—時間3D曲線的共性特征：在預擺階段，右膝關節角度θ小→大→小→大；蹬離階段，θ由小→大；抓握階段，θ由大→小→大。

2.1.2兩運動員竄跳過程中膝關節速度的特征分析

在保證竄跳動作成功為前提的情況下，兩運動員膝關節速度—時間3D曲線的共性特征：在蹬離階段，右腿膝關節速度v由小→大，左腿膝關節速度V由大→小；在抓握階段左右膝關節速度由大→小→大，出現周期性多峰值；在預擺階段陳的膝關節速度比較穩定的周期運動，峰值比較均勻變化；在抓握瞬間陳左右膝關節速度分別為：5.5734m/s、5.4828m/s;方左右膝關節速度分別為：4.1703m/s、5.0803m/s.說明方的左右膝關節速度不平衡，身體穩定性差，重心容易外傾容易從巖壁上脫落。

2.2兩運動員竄跳動作過程中的髖關節角度、速度

竄跳動作髖關節角度—時間3D曲線圖的特征分析：在準備階段，陳的右髖關節度為67.947度，左髖節角度為56.321度，方的右髖關節角度為84.878度，左髖關節角度為166.83度；預擺階段，陳左、右髖關節角度變化都比較穩定，方的左右髖關節角度變化從大→小→大的趨勢形成V字形變化，蹬離階段——抓握階段：兩運動員形成共性特征：左右髖關節角度都是從小→大的趨勢變化，最大右髖關節角度分別為178.38度、176.72度；最大左髖關節角度分別為168.1度、167.31度；由于蹬離與抓握階段身體充分伸展為抓握目標巖點做準備，所以髖關節角度肯定會達到最大而且兩運動員無明顯差異。

竄跳動作髖關節速度—時間3D曲線圖的特征分析：在預擺階段：陳的右髖關節速度變化區間為0.1942m/s——3.5752m/s,方的右髖關節速度變化區間為0.5019m/s——2.7952m/s,呈現共性特征就是：髖關節速度變化為小→大→小→大周期性的變化；呈現共性特征就是：髖關節速度變化為小→大→小→大周期性的變化；髖關節速度都出現多峰值。在蹬離階段；抓握巖點時刻兩運動員共性特征：髖關節速度都呈急速下降趨勢：陳左右髖關節速度分別為：1.9597m/s、1.8837m/s；方左右髖關節速度分別為：2.1494m/s、1.7688m/s。由此可看出陳在預擺階段髖關節的速度明顯大于方，而且成周期穩定性變化；從而可看出陳在預擺階段、蹬離巖點時刻、抓握階段的髖關節速度要大于2級運動員。

2.3兩運動員竄跳動作過程中的踝關節角度

兩運動員竄跳過程中踝關節角度變化都有共同特征：在預擺與蹬離銜接時踝關節角度從小到大變化。在預擺階段；陳的左踝關節角度變化區間為19.22度——28.89度，右踝關節角度變化區間為38.835度——155.02度。方的左踝關節角度變化區間為21.25度——47.58度，右踝關節角度變化區間為51.59度——125度。蹬離時刻，陳的左腳踝關節角度為120.94度，右腳踝關節角度為105.41度；方左腳踝關節角度為112.78度，右腳踝關節角度為99.45度；兩運動員踝關節角度的蹬伸會影響到抓握階段的效果。預擺階段踝關節變化對蹬離階段影響大，通過腳與巖點接觸面形成角度，踝關節角度越小越有利于蹬伸以及巖點接觸面大摩擦力量而增大，蹬伸更加充分。

2.4兩運動員竄跳動作過程中的肘關節角度、速度

2.4.1兩運動員竄跳過程中肘關節角度的特征分析

通過對竄跳動作肘關節角度—時間3D曲線圖的特征分析：在準備階段：陳左右肘關節角度分別為161.24度、145.04度，方左右肘關節角度分別為153.93度、102.62度；在預擺階段：兩運動員左右肘關節角度共性特征是：θ由大→小→大→小出現多峰值：在蹬離階段：手離開巖壁時陳的左右手肘關節角度分別為：106.40度、55.675度；方的左右手肘關節角度分別為：143.91度、91.682度；在抓握階段：抓住巖點時陳的左右手肘關節角度分別為：120.30度、119.01度；方的左右手肘關節角度分別為：143.04度、150.51度。如表3-2各時間角度

2.4.2兩運動員竄跳過程中肘關節速度的特征分析

通過對竄跳動作肘關節速度—時間3D曲線圖的特征分析，得出兩運動員共性：在預擺階段：速度v由大→小→大→小；蹬離階段：速度v由小→大；抓點階段：速度v由大→小；當手臂離開巖點到手腳都離開巖點時，陳左右肘速度變化為：1.0156m/s——7.9397m/s，

4.0350m/s——5.2929m/s；陳抓住巖點時左右肘速度分別為：1.0155m/s、1.2264m/s；方抓住巖點時左右肘速度分別為：0.7369m/s、0.8829m/s.可以看出兩者整個竄跳動作過程中肘速度是有一定的差距，但兩者最后抓點肘速度都差不多。此因素會導致動作成功率降低。

2.5身體重心的位移特征與分析

兩名運動員四肢蹬離至抓住目標巖點這段時間，身體重心在Y方向的位移變化較小，位移的變化主要是體現在X方向和Z方向上，即身體重心在左右方向和垂直方向上有變化。其身體重心在上升的過程時，前后、左右方向上都必須保持較好的穩定性，否則將影響抓住巖點的時機；兩運動員重心在Z方向上較大變化是從四肢蹬離瞬間開始的，兩名運動員的差異性除了應考慮技術動作、訓練水平、力量素質等因素外，身高也是此差異性的另一誘因，二者近6公分的身高差距，勢必導致其重心的不同，方為竄跳動作獲得更好的速度、力量以及騰起高度，必然會通過加大肢體的擺動幅度，加快動作核心肌肉群的收縮速度。

2.6二者身體重心的速度特征分析

由實驗所得數據比較可知，在預擺階段：方X、Y方向的速度都明顯低于陳，并且方的Y方向速度大于X方向速度，垂直重心速度為負值，明顯方的發力方向不對。造成更大的傾倒力矩使得方的騰起高度與速度都低于陳。陳在蹬離階段，其各方向的重心速度都快于方。這表明方在身體蹬伸時，其核心肌肉群的爆發力尚有待提高，反觀二者身體重心在竄跳階段的運動軌跡，可以認定其不僅在X，Z軸上運動，而是在X、Y、Z方向上均有一定的移動。通過兩運動員比較發現重心最大垂直速度出現在四肢蹬離瞬間。需要指出的是兩運動員竄跳過程中，身體重心在Z方向上的速度出現了兩次峰值，而最后一次峰值恰好是在蹬伸結束的時刻，而且身體重心在X方向上最大速度值是在蹬伸之前擺動階段。可以判定擺動階段X方向較大的速度是為蹬伸階段緩沖蹬伸做準備。在兩名運動員完成抓點瞬間，通過觀察數據的變化可以發現，尤其是Z方向上速度減小相當明顯，證明在垂直方向有很大的加速度，這就表現在兩名運動員完成竄跳動作時的身體有明顯的下拉傾向，需要強大的屈肘力量。

圖二　身體重心速度—時間曲線圖

3結論與建議

3.1結論

1．竄跳技術的合理性表現為身體擺動協調，人體重心降低更加貼近巖壁，重心產生的傾倒力矩小，蹬伸作用力主要是左右與垂直方向的結合，不會增加重力的向后傾倒力矩，身體重心呈弧線狀運動避免直上直下，使得身體蹬伸速度、高度更大從而更容易抓住目標巖點。

2．蹬離瞬間時，竄跳動力真正來源于腿部肌肉推力與手臂拉力，并結合運動員自身的條件(身高較矮運動員應主動加強踝膝髖關節蹬伸幅度與速度)，利用肌肉松弛原理，最大限度的提高下肢屈曲、蹬伸幅度，以增大竄跳時的動能。

3．方在竄跳動作蹬伸過程中相對陳而言，蹬伸過程不夠充分，蹬伸方向過分的強調向上與向后，使得身體直上直下，造成人體頂離巖壁增加了重力傾倒力矩，并且踝膝髖蹬伸幅度與速度有待提高，這影響了其它整體環節的能量傳遞效果。

4．攀巖中為了維持人體平衡抵消重力產生的重力矩需要較大的手臂拉力，因此應注重手臂肌肉與背闊肌肉的力量訓練。運用合理的攀登技術節約手臂力量非常重要。

5．蹬離瞬間時陳踝關節角度小于方，巖點支撐摩擦面大從而支撐反作用力大有助于蹬伸。

3.2建議

1．建議教練員在訓練時應注重對低水平運動員此技術動作垂直、左右、前后方向的力學道理指導，明白此技術動作重心正確的運動軌跡。加強身體各關節屈曲、蹬伸幅度與速度、靈敏協調性練習，以增大竄跳時的動能。讓運動員能夠應用最合理的技術動作攀爬。

2．對于年輕運動員，應先規范竄跳技術的各個環節發力順序、屈伸幅度與速度，結合自身的特點開展針對性的訓練。

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Biomechanical Analysis on Up Jumping Techniques between Two Rock-climbers in Different Levels

Wang Haijun

Abstract:As a high challenging technique, up jumping is often used in difficulty, bouldering and speed rock climbing competitions, and thus processes research values. By applying research methods such as literature, three-dimensional video analysis, expert consultation and comparative analysis, this paper makes overall analysis on core factors that influence up jump systematically by comparative biomechanical motor analysis between two rock-climbers in different levels.

Key words:rock climber; up jumping technique; dynamic biomechanical analysis

作者簡介：汪海軍(1987-)，男，江西宜春人，碩士，助教，研究方向：攀巖、戶外拓展教學、訓練理論與方法。

中圖分類號：G804

文獻標識碼：A

文章編號：1005-0256(2016)06-0128-3

doi:10.3969/ j.issn.1005-0256.2016.06.058

Sport Science College of Wuhan Sport University, Wuhan 430205, Hubei, China.