鄒凱單杠后直兩周720°旋下動作的運動學分析

張 鑫

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鄒凱單杠后直兩周720°旋下動作的運動學分析

張 鑫

后直兩周720°旋下（直體后空翻兩周轉體720°下）在國際體操規則中屬難度E組動作，是鄒凱使用頻率最高的制勝絕招。通過運動學研究方法，對世界冠軍鄒凱在2014年仁川亞運會中單杠決賽的后直兩周720°旋下動作進行研究，得出該下法動作的運動學數據，揭示該動作的運動學規律和動作特點，為教練員及體操運動員的訓練提供理論依據和技術參考。結果表明，鄒凱很好的完成了直體后空翻兩周轉體720°下。

單杠；后直兩周720°旋下；運動學分析；鄒凱

單杠是鄒凱的強項，他多次在大型比賽中使用后直兩周720°旋下動作而獲得冠軍，同時該下法也是國內外優秀體操運動員使用頻率最高的下法之一。后直兩周720°旋下動作最早出現在1966年歐洲錦標賽由里西斯基（蘇聯）突破的，由于該下法難度大，完成質量高的運動員也寥寥無幾。通過查閱大量文獻可知，大多數研究者停留在對單杠技術的發展歷史以及單杠動作的編排方面的研究，少有人對單杠的某個動作進行分析，而且大多的分析都是針對全國體操錦標賽和全運會比賽上的單杠動作，基本上沒有對亞運會比賽甚至更高級的比賽中的動作進行分析。所以主要針對鄒凱在2014年仁川亞運會單杠決賽中的后直兩周720°旋下動作進行運動學分析，得出該動作的運動學特征，為教練員及其他優秀的體操運動員改進該動作提供理論依據和技術參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

鄒凱，號稱“五金王”和“十一金王”，1988年出生，四川瀘州人。2001年進入四川體操省隊。2002年2月入選國家隊，是國家體操隊主力隊員之一。自由體操、單杠是他的強項。鄒凱拿下5枚奧運會金牌，成為中國奧運史上第一人。除了獲得奧運會的5枚金牌，鄒凱也獲得了全運會11枚金牌，他是全運會史上首位金牌數超過10枚的體操選手。2014年仁川亞運會中獲得單杠決賽的冠軍。

1.2 研究方法

1.1.2 文獻資料法 查閱了中國學術期刊網絡出版總庫、中國博士學位論文全文數據庫、中國優秀碩士學位論文全文數據庫、中國重要會議論文全文數據庫、中國重要報紙全文數據庫、中國專利全文數據庫、互聯網資源和英文數據庫，并查閱了多本書籍，了解十幾年來單杠項目的發展情況，及后直兩周720°旋下動作的技術要領，歸納總結關于該下法動作的生物力學研究，作為本研究的參考。

1.2.2 三維攝像解析 在仁川亞運會比賽現場，對鄒凱的單杠決賽動作進行拍攝，選用兩臺日產的高速攝像機JVC置于看臺，攝像機的頻率為50幀/s，從不同的方向對鄒凱的全套動作進行同步拍攝，兩臺攝像機的主光軸角度約為90°，利用美國艾里爾公司生產的APAS錄像解析系統對所拍的錄像動作進行解析，人體模型選用的是日本的松井秀治人體模型。同時，運用數字濾波技術對原始打點數據進行平滑處理。運用SPSS 10.0軟件對定量數據進行統計處理和邏輯分析。

1.2.3 數理統計法與討論法 采用一般數理統計法，運用Microsoft Excel 2003軟件對所獲取的數據進行統計處理，進行做圖表分析，并和專家進行分析與討論，撰寫出了本論文。

2 研究結果與分析

鄒凱完成的直體后空翻兩周轉體720°下動作質量比較高，是他單杠成套動作的核心內容之一。

為了便于分析直體后空翻兩周轉體720°下動作，根據其動作特點，把該動作分成3個階段：第1階段是振浪階段，由大回環手倒立時刻開始下擺，然后上擺，至撒手離杠時刻為止。該動作的第2階段是空翻階段，由撒手離杠時刻開始，完成直體后空翻兩周轉體720°至落地時刻為止。第3階段是落地緩沖階段，由落地時刻開始，至落地緩沖靜止為止。

2.1 振浪階段

該階段是為了完成好直體后空翻兩周轉體720°下做好準備[1]。良好的大回環動作能夠為后繼的下法動作提供動力。下擺過程中，肩、胸、髖應充分展開下沉，形成最佳的鞭打效果。在單杠的任何下法中，為了獲得較高的騰空高度，廣泛采用鞭打的技術，鞭打的作用效果有兩個：（1）加快遠端環節的擺動；（2）加大單杠的彈性變形，在恢復變形時，使身體得到更大的上升力。在杠下垂直部位后，前擺含胸收腹，踢腳的方向感應在杠面上，提高踢腿時的速度，從而加大角速度，加快擺動，并略收腹，同時，迅速縮小肩角，并主動向杠前上方45°立肩，加快翻轉的速度和提高空翻的高度及遠度。

手倒立時刻（此階段的身體重心最高點時刻），鄒凱的左右肩角分別為160°和159°，左右髖角分別為68°和70°，左右膝角分別為177°和176°。此時重心速度為2.6?m/s。當身體重心在杠水平面上時，鄒凱的左右肩角分別為174°和173°，左右髖角分別為171°和170°，左右膝角分別為177°和176°。此時重心速度為4.2 m/s。隨著身體的下擺，整個身體要伸直梗頭向外頂，肩角充分頂開，以增加重力臂，重力臂大重力矩就大，重力矩越大動量矩就越大，繞杠回環的能力就強，這是完成該動作的主要動力之一。[2]此時肩角增大，肩關節下沉，髖角明顯增大。當身體重心在杠下垂直時刻，此時鄒凱的左右肩角分別為179°和178°，左右髖角分別為211°和212°，左右膝角分別為185°和184°，重心速度為5.6 m/s，身體呈反弓形。當過了杠下垂直時刻，這時兩腿要積極向上兜腿，加速擺動。上擺過程為了完成兜腿，兩腳的運動速度明顯增加，左右腳速度最大分別達到11.4 m/s和11.6 m/s。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，這時肩的運動速度會比較小。在兜腿的過程中，鄒凱的肩角和髖角明顯減少。目的是縮短身體重心至杠軸（即高杠兩端點的連線所在的軸）的半徑，減小了身體重心上升時角速度的損失。當撒手離杠時刻，鄒凱的左右肩角分別為116°和118°，左右髖角分別為136°和137°，左右膝角分別為173°和175°，重心速度為3.8 m/s。振浪角為58°，即髖關節中心至握點的連線與杠水平線的夾角為振浪角。根據運動生物力學原理，鄒凱較好的完成此階段。

2.2 空翻階段

撒手后即進入騰空階段，騰空階段動量矩守恒，此時角速度的變化完全取決于轉動慣量的變化，而轉動慣量的變化由身體形態的變化來決定的。直體后空翻兩周轉體720°下動作，要求運動員在繞人體額狀軸兩周的同時，還要繞人體垂直軸轉720°，是不允許運動員通過屈體或半屈體來加快身體在空中繞人體額狀軸翻轉的角速度，因此在保證獲得撒手時足夠大的初始角動量的前提下，在騰空中既要根據動量矩守恒定律做右臂上舉在向左轉體時動作，造成身體兩側質量分布不均勻以及盡量使人體抱團縮小人體橫軸半徑，來加快繞人體在垂直軸轉體，還必須根據人體轉體的生理、心理特點，做好轉頭、轉肩來帶動轉軀干和上肢的動作[3]。這樣更容易完成空中翻轉并轉體動作。

撒手時機的選擇是整個動作的關鍵部分，撒手時的速度大小與方向直接影響空翻動作的高度和遠度[1]。離杠時刻，鄒凱的撒手角為8.9°，從兩手離杠至落地身體在空中的飛行時間為1.22 s，此時身體重心與地面垂直距離為3.02 m。重心最高點時刻，鄒凱的左右肩角分別為20°和18°，左右髖角分別為151°和149°，左右膝角分別為170°和169°，重心速度為0.86 m/s，垂直方向重心的速度為0.001 m/s，接近為零。重心離地面距離為3.18 m。在騰空過程中，鄒凱雙臂收于胸口上，盡量使身體質量分布集中，減少轉動慣量，由于騰空時動量矩守恒，根據Iω=恒量，因此增加角速度。當空翻轉體第1周結束時刻，鄒凱的左右肩角分別為17°和16°，左右髖角分別為163°和162°，左右膝角分別為171°和170°。當空翻轉體第二周結束時，鄒凱的左右肩角分別為15°和16°，左右髖角分別為168°和167°，左右膝角分別為174°和173°（見表1）。空翻的平均角速度為8.66 rad/s，轉體的平均角速度為12.95 rad/s。從以上數據可以看出，鄒凱較好的完成此階段。

表1 后直兩周720°旋下的角度參數

2.3 落地緩沖階段

單杠的難度和復雜性不斷增加，競爭的激烈對下法的穩定性更為重要，也是取得好成績的重要因素。下法的穩定也受技術、生理、心理、場地等多因素的影響，本文主要從技術因素進行分析，此階段的任務就是保持身體的平衡。在單杠高難度下法中，身體不僅繞橫軸翻轉，而且還要做縱軸轉體。同時，隨著空中動作的加難，騰空高度也不斷增加。因此，在完成這種連翻帶轉、騰空又高的高難度下法時，對落地技術帶來了更高的要求，因而對運動員的身體素質和能力也提出了更高的要求。正確的落地緩沖是落地技術中的重要內容之一，它不僅能避免不必要的傷害事故，而且有助于提高落地時動作的穩定性[4]。

落地時，運動員通常都先用幾乎完全伸直的雙腿的前腳掌來著地，接著緩沖，這樣做的目的有利于充分發揮支撐運動器官的彈性功能，減少沖擊力對關節和大腦的沖擊強度。如果落地時重心水平速度很大，落地角也很大，則慣性傾倒力矩也大，相反，重力矩則變小。重力矩不足以抵消傾倒力矩的作用，人體便要前傾或后倒而被迫改變原來的支撐點。而當重力矩恰好能在制動緩沖過程中消耗掉向前或向后的慣性傾倒力矩，而重心此時正位于支撐面上方穩定邊界范圍內時，它們的矢量和趨向于零或等于零，人體就將站立不動[5]。鄒凱落地時刻左右肩角分別為110°和109°左右髖關節角度分別為118°和117°，左右膝關節角度分別為166°和168°，左右踝關節角度分別為120°和121°（見表1），重心水平速度為0.8 m/s。鄒凱髖關節角度較小，膝關節角度較大，這樣就創造了很好的緩沖條件，將會增加人體重心的前移距離，提高落地后的穩定性。落地后最小左右膝關節角度分別為99°和98°，左右髖關節角度分別為88°和87°，落地緩沖所花的時間為0.25 s。最終，鄒凱穩穩地落在墊子上。

3 研究結論

通過對世界冠軍鄒凱單杠后直兩周720°旋下動作的運動學參數分析，得出鄒凱的動作模型如下：

（1）振浪階段：良好的大回環動作能夠為后繼的下法動作提供動力。當身體重心在杠下垂直時刻，此時鄒凱的左右肩角分別為179°和178°，左右髖角分別為211°和212°，左右膝角分別為185°和184°，重心速度為5.6 m/s，身體呈反弓形，為上擺時兜腿創造有利條件。當撒手離杠時刻，鄒凱的左右肩角分別為116°和118°，左右髖角分別為136°和137°，左右膝角分別為173°和175°，重心速度為3.8 m/s。在上擺的過程中，速度損失相對于其他運動員較少，為后繼的騰空動作提供動力。

（2）空翻階段：更大的騰起初速度，才能使運動員獲得更高的騰起高度，延長騰空時間，完成各種高難度的空中翻轉。此時身體重心與地面垂直距離為3.05 m，振浪角為58°。鄒凱撒手離杠時機較合理。當重心在最高點時，鄒凱的左右肩角分別為20°和18°，左右髖角分別為151°和149°，左右膝角分別為170°和169°，重心速度為0.86 m/s，垂直方向重心的速度為0.001 m/s，接近為零。重心離地面距離為3.18 m。在騰空過程中，鄒凱雙臂收于胸口上，盡量的使身體質量分布集中，減少轉動慣量，從而增加角速度。當空翻轉體第1周結束時刻，鄒凱的左右肩角分別為17°和16°，左右髖角分別為163°和162°，左右膝角分別為171°和170°。當空翻第2周結束時，鄒凱的左右肩角分別為15°和16°，左右髖角分別為168°和167°，左右膝角分別為174°和173°。空翻的平均角速度為8.66 rad/s，轉體的平均角速度為12.95 rad/s。完成的動作質量較高。總之，鄒凱完成情況整體較好。

落地緩沖階段：落地的穩定性是影響成績的直接因素。落地瞬間的重心水平速度應盡量減小，同時，充分合理運用緩沖技術[6]。鄒凱落地時左右髖關節角度分別為118°和117°，左右膝關節角度分別為166°和168°，左右踝關節角度分別為120°和121°，重心水平速度為0.8 m/s。鄒凱髖關節角度較小，膝關節角度較大，這樣就創造了很好的緩沖條件，將會增加人體重心的前移距離，提高落地后的穩定性。落地后最小左右膝關節角度分別為99°和98°，左右髖關節角度分別為88°和87°，落地緩沖所花的時間為0.25 s。鄒凱在亞運會中取得的優秀成績與其較好地運用落地技術有著直接關系。

[1] 楊金田，季彥霞，付麗敏，李建華.單杠直體后空翻兩周轉體720°下動作的運動學特征分析[C].第十一屆全國運動生物力學學術交流大會論文匯編（摘要），2006，11：139～140.

[2] 陳 莉，姚俠文，文耀華.李婭高低杠反吊分腿前空翻再握杠的運動學分析[J].體育科技，2007（02）：51～56.

[3] 歐文勤.童非單杠720°旋下大回環的動力學特征和空中轉體技術[J].中國體育科技，1981（10）：1～4.

[4] 劉榮曾，歐文勤.單杠下法的落地緩沖與落地穩定性[J].體育科技資料，1979（16）：41～45.

[5] 楊 冰.體操落地技術及其訓練問題初探[J].楚雄師專學報，1999，14（3）：120～124.

[6] 季彥霞.崇瑋單杠直體720°旋下技術運動學特征診析[J].河北體育學院學報，2007，21（3）：81.

A Kinematics Analysis of ZOU Kai 720°Front Round Dismount in Horizontal Bar

ZHANG Xin

720°front round dismount belongs to group E dismount action in the rule of international gymnastics. It is one of the most frequently used dismounts through ZOU Kai. The purpose of this study was to reveals the kinematics rules and technical feature of 720° front round dismount in hhorizontal bar performed by ZOU Kai----the champion in the world through the sport biomechanics analysis in the horizontal bar final Incheon Asian games in 2014.This study also obtains the kinematics data of ZOU Kai’s dismount. All of that are in order to provide

of technical training for coach and athletes .With the result indicating that ZOU Kai completed the 720°front round dismount.

Horizontal bar; 720°front round dismount; Kinematic analysis; ZOU Kai

1007―6891（2016）02―0043―03

10.13932/j.cnki.sctykx.2016.02.12

G849.3

A

2015-12-03

四川省運動技術學院體操系，四川成都，610041。

Sports Technology University, Chengdu Sichuan, 610041, China.