男子舉重運動員抓舉動作發力階段的生物力學分析

寇嘉琪

（西北民族大學 體育學院，甘肅 蘭州 730030）

男子舉重運動員抓舉動作發力階段的生物力學分析

寇嘉琪

（西北民族大學 體育學院，甘肅 蘭州 730030）

本研究以我國競技體校優秀舉重運動員張平和鄭志盛為研究對象，對兩人抓舉動作發力階段采用了三維錄像測試，獲得了兩人在發力階段中重要的運動學、動力學參數，并對動作階段的運動學、動力學參數進行分析.實驗通過對張平和鄭志盛的抓舉測試,測得發力階段膝關節、髖關節及肘關節的角度變化，提鈴發力階段杠鈴速度、人體和杠鈴重心間距的變化；從測力臺顯示壓力的變化,獲得兩人在舉重發力過程中肌肉內部爆發力﹑Z 方向峰值大小，以及兩人在 X、Y、Z 方向上沖量積分值大小.對以上參數進行了分析，得到兩人的抓舉發力動作優缺點，為運動員改進動作技術，提高動作質量提供科學依據.

舉重；抓舉；發力階段；運動生物力學分析

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為我國競技體校兩名優秀舉重運動員（在實驗測試中我們選取兩人舉起 130kg 動作并作為論文要研究的對象）.其基本情況見表 1：

表1 研究對象的基本情況

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

1.2.2 調查訪問法

1.2.3 運動生物力學法

1.2.3.1 三維攝像方法

三維攝影方法儀器采用 2 臺日本產的 JVC—9800 攝影機（拍攝的頻率采用 100 幀／秒）定點拍攝，兩機高度為 1.5米，后通過埃立爾運動圖像解析系統對三維錄像進行解析，解析中用了松井秀治人體模型（16 個環節，22 個節點參數），解析頻率 50fps，在此過程中獲得了動作空間點坐標、速度、關節角度和杠鈴重心軌跡等參數.采集的數據進行了數字濾波平滑處理，截斷頻率為 6赫茲.

1.2.3.2 三維測力方法

三維力測試采用美國產的應變式 Bertec 三維測力臺,可以得到運動過程中地面對人體的支撐力，并進行受力分析.測力臺的面積 0.40×0.80m2,測試在我校運動生物力學教研室進行，測力臺埋設在地面下，臺面與舉重地面齊平.三維測力和三維攝影測試同步進行.

2 測試結果與分析

抓舉是運動員把杠鈴平行地放在兩小腿前面，兩虎口相對握杠，以快速連續動作將杠鈴從舉重臺上舉至兩臂在頭上完全伸直的動作技術.

為了討論研究問題的方便，根據抓舉動作結構特征，我們把抓舉劃分為五個時相（開始提鈴時相，開始發力時相、杠鈴慣性上升到最高點時相，下蹲至最低點時相，上舉至最高點時相），四個階段（提鈴階段、發力階段、下蹲支撐階段和上舉階段）.

圖1 抓舉動作技術階段時相劃分示意圖

以下主要討論發力階段和開始發力時相：

2.1 發力階段（開始發力時相到杠鈴慣性上升至最高點時相）分析

發力是在提鈴的基礎上，引膝動作結束的瞬間進行的，發力的任務是在很短的時間內，充分發揮出肌肉最大的力量來，使杠鈴獲得向上運動的最大加速度以便上升到必要的高度，為下蹲支撐創造良好的條件.它的用力特點是伸膝肌、伸髖肌、肩帶肌肉、屈肘機群和小腿屈肌群以爆發性的用力收縮做急劇地伸髖、伸膝、聳肩、提肘和提踵動作上拉杠鈴.

從運動生物力學的角度來看，發力動作可以簡化為一個杠桿，分布在腰背部和腿部大肌群的肌力是動力，杠鈴的重量是阻力或外負荷，第五腰椎是支點[5].

2.2 開始發力時相動作分析

表2 兩人與我國舉重名將吳數德在開始發力時相角度的參數

從表2中可以看出，我校舉重運動員張平和鄭志盛髖關節、膝關節角度分別為：167Deg、159Deg；158Deg、157Deg，兩人髖、膝關節角度均比吳數德小，說明他們兩人的伸展動作不夠充分，尤其是膝關節角度伸展不充分，伸肌在發力瞬間達不到理想的初長度，產生的爆發力不夠大，結果是杠鈴沒有獲得理想的垂直速度，可能影響了下蹲動作,加大了完成動作的難度.

他們兩人在開始發力時相膝關節的角度很接近，說明在引膝結束時刻他們兩人的伸膝肌相對初長度大體是相同的；但張平在發力時刻髖關節的角度要比鄭志盛大一些(α張＞α 鄭)，說明張平在引膝結束時刻已經充分伸髖及很好地動用了腰背肌肉，使杠鈴上升到一個適宜的速度，為他完成下蹲支撐有充裕的時間，完成良好的技術動作創造了充分的條件；他們三個人的比較對象是肘關節角度，從表中我們可以看到，我國舉重名將吳數德角度是最小，根據肌肉生物力學中，對肘關節屈伸活動進行肌肉力量的測定實驗，當肘關節 120°時，能提起最大重量，因此 F 吳＞F 鄭＞F 張. 2.3 發力階段動作分析

2.3.1 運動學分析

圖2 兩人在發力階段杠鈴速度變化曲線圖

從圖2中我們可以看到張平在開始發力時刻已經獲得一個較大的上升速度，所以在發力階段感到不是很費力，如果動作技術不合理的話，杠鈴在發力階段因速度太小就不能順利地進入下蹲支撐階段.因此采用正確的用力姿勢，充分發揮肌力的作用顯得十分重要.在這里我們把發力階段分成兩個時段（1.16～1.32s 和 1.32～1.48s）來討論：

在 1.16～1.32s 時間段，鄭志盛提杠鈴速度比張平增大的快（張平的速度由 1.67m/s 到 2.51m./s，增大了 0.84m/s；鄭志盛的速度由 1.36m/s 到 2.33m/s，增大 0.97m/s），說明鄭志盛在發力階段更多地利用了腰背部和腿部的大肌肉來提升杠鈴，但是在 1.32 秒時刻 V 張＞V 鄭，說明張平在發力階段提鈴相對平穩連貫一些.

從圖4、圖 5及圖2得出張平快速發力提升杠鈴時間：t＝0.251s；鄭志盛的時間 t＝0.253s，通過運動學公式 V＝gt，S＝1/2gt2，算出杠鈴在這個時段杠鈴上送距離 S 張＝36cm，S 鄭＝31cm，S 張＞S 鄭，因此張平能在很短的時間內，充分發揮肌肉最大的力量，使杠鈴獲得一個適宜的向上速度和必要的上升高度.

在 1.32～1.48s 時間段 ，鄭 志盛由速度 2.33m/s 降 到1.20m/s；張平速度由 2.51m/s 降到 1.64m/s.從兩人速度變化分析，鄭志盛的速度降到 1.20m/s 比張平 1.64m/s 要低一些；

在發力結束時，如果杠鈴因向上運動速度過小，導致發力階段杠鈴上送距離較小，這會給后繼動作下蹲支撐一定的壓力，因此在發力階段張平為下蹲支撐階段創造了更好的條件.

圖3 兩人在發力階段人杠重心間距比較

從圖3中我們看到在整個發力階段鄭志盛的人體和杠鈴重心的間距比張平大，并從曲線的趨勢來看，張平在發力階段開始到結束重心間距一直變小，說明張平在發力的同時積極地把杠鈴盡量拉近身體，減小阻力矩，目的是使杠鈴和身體在接下來的動作階段人體和杠鈴合重心線接近支撐面中心，增加支撐穩固性，這樣便于集中全身的力量舉起杠鈴；鄭志盛在發力階段重心的間距比張平大，并且發力結束時人體和杠鈴重心的間距有拉大的趨勢.若橫杠遠離人體重心，一是加大了重力矩，二是人杠共同重心的作用線就會超出支撐面移到足尖前面，身體將產生扭轉力矩，迫使身體重心在后繼動作階段中重心向前移動，就是能使杠鈴勉強提起，因杠鈴阻力矩大于肌力矩而易造成杠鈴前掉.

因此只有杠鈴貼近人體，縮短阻力矩，才能最有效的充分發揮人體的上拉力量.

2.3.2 動力學分析

圖4 張平的抓舉動作 Fz—T 曲線圖

圖5 鄭志盛的抓舉動作 Fz—T 曲線圖

圖6 張平的抓舉動作 Fx—T 曲線圖

圖7 鄭志盛的抓舉動作 Fx—T 曲線圖

圖8 張平的抓舉動作 Fy—T 曲線圖

圖9 鄭志盛的抓舉動作 Fy—T 曲線圖

表3 兩人在發力階段 Fz方向上的爆發力與峰值比較

表3 中，在發力階段鄭志盛的爆發力 15265.4N·m/s 比張平 15461.7N·m/s 大 196.3N·m/s;但鄭志盛的峰值 2840.2N比張平 2787.5N 小 52.7N.

從表3中的數據可以看出鄭志盛在發力階段爆發力大，說明鄭志盛能夠更好地通過伸髖伸膝使身體上強大的肌群在發力中快速發揮出來；但是在發力結束他的峰值沒有張平大，說明張平在發力階段能發揮更大的肌力，舉起更大的重量.

因此，要想獲得一個適宜的速度和必要的高度，我們只有在發力階段更好地把握動作技術，才能為后繼的下蹲支撐階段做好力學準備.

在運動生物力學的研究中沖量變化的大小，常與最大力值結合起來評價運動員的技術發揮水平.

表4 兩人在發力階段 Z、X、Y 方向上的沖量值

從表 4 中我們可以看到，在 Z 方向上張平的沖量 645.4 N·S 比鄭志盛沖量 631.1N·S 大了△I＝14.3N·S，根據動量定律 Ft＝mV2－mV1，物體速度的變化量等于受到的沖量，張平比鄭志盛的沖量大，杠鈴質量相同的情況下，杠鈴所獲得的速度也就大，即更容易完成動作（或舉起更大的杠鈴重量）.

在表 4 中，張平在發力階段 X 方向上沖量絕對值 7.1N· S 比鄭志盛絕對值 4.6N·S 大 2.5N·S，說明張平在發力過程中，產生了左右分力，削弱了上拉的力量，要成功完成動作，必須分出一部分力量來積極調整身體，因此在發力階段，說明鄭志盛比張平在左右方向上晃動要小一些.

在表 4 中，鄭志盛在 Y 方向上沖量 14.3N·S 比張平12.9N·S 大 1.7N·S，說明張平在前后方向上能夠很好把握動作技術；但兩人在前后方向的沖量值均比較大，因此兩人在前后方向上產生了無效的水平分力，向后的水平分力不僅削弱上拉的力量，并且導致杠鈴在上升過程中過大的向后運動，向前的分力可能導致掉杠.

所以，在 X、Y 方向上的分力越大，損失向上的力量越大，并且完成抓舉動作失誤的可能性也越大.

3 結果與分析

3.1 發力階段：開始發力時相兩人的髖、膝關節角度偏小，肘關節角度偏大；在發力階段張平把杠鈴更拉近人體重心，減小阻力矩；張平的爆發力小于鄭志盛，但張平的峰值大于鄭志盛；張平在 Z 方向上的沖量值較大，發力較好；張平在X方向不太穩；鄭志盛在Y方向上不太穩.

3.2 建議張平在開始發力時相還要稍增大髖膝角度，減小肘關節角度；在上舉階段克服左右晃動.

3.3 建議鄭志盛適當增大握距；在提鈴和發力階段動作要連貫；加強力量練習.

〔1〕劉學貞，等.對抓舉引膝提鈴和發力階段動作的生物力學診斷[J].北京：北京體育大學學報,1999（3）.

〔2〕陸愛云,等.不同重量下男子抓舉動作的生物力學特征[J].上海體育學院,2000（3）.

〔3〕張貴敏，等.我 國 優 秀男子舉 重 運動員技 術 監 測分析[J].中國體育科技，2003（7）.

〔4〕章旌紅.舉重發力動作的運動生物力學分析[J].浙江體育科學,2000（6）.

〔5〕陸愛云，等.不同重量下男子抓舉動作的生物力學特征[J].上海體育學院報，2000（3）.

〔6〕劉卉.三維攝影解析中人體關節角度的計算方法[J].北京體育大學學報,2004(6)：27.

G884

：A

：1673-260X（2016）02-0186-03

2015 年 12 月 8 日

中央高校基本科研業務費專項基金項目資助（31920150153）