商春松高低杠向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作的運動學分析

鐘 露

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商春松高低杠向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作的運動學分析

鐘 露

安遠縣體育局，江西安遠，342100。

高低杠向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下在國際體操規則中屬D組難度的下法動作。本文主要通過三維錄像解析法對商春松向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作進行運動學分析，揭示該動作的運動學特征及技術特點，為運動員和教練員提供理論依據和技術參數。結果表明，商春松較好的完成了向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作，但落地時刻身體重心稍微靠后，所以商春松向后退了一小步。

商春松；高低杠；團身后空翻兩周轉體360°下；運動學分析

中國的高低杠項目多年來一直在國際體壇處于領先地位，并多次在世界體操大賽中獲得優異的成績。繼何可欣之后，商春松是有實力爭奪冠軍的又一位選手。高低杠向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下是國內外優秀運動員在高低杠比賽中使用頻率較高的下法之一。由于這個下法動作使用的人較多，現在比的不是能否完成這個動作，而是完成這個動作的質量高不高，落地穩不穩。商春松在2013年第12屆全運會高低杠決賽中使用該下法動作，獲得了高低杠決賽冠軍，完成這個動作的質量較高。所以本文主要通過三維錄像解析法對商春松向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作進行運動學分析，揭示該動作的運動學特征及技術特點，為運動員和教練員提供理論依據和技術參數。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

商春松，湖南人，1996年出生，身高1.4m，體重35kg（2013年全運會的身高與體重）。2010年加入國家隊。2013年第12屆全運會比賽中，獲得了高低杠冠軍和個人全能冠軍。2014年全國體操錦標賽中，獲得了高低杠亞軍、自由操冠軍和平衡木冠軍。2015年體操世界杯巴西站比賽中，獲得了高低杠冠軍和平衡木冠軍。

1.2 研究方法

三維錄像解析法：在2013年第12屆全運會賽場，對高低杠決賽進行三維錄像拍攝。拍攝使用兩臺JVC GC-PX10AC攝像機（50幀/s），攝像機置于看臺，從不同角度（兩臺攝像機主光軸夾角約60°）同步拍攝了商春松完成向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作的整個過程。采用星高鈦解析系統對拍攝的錄像進行三維解析。人體模型選用日本的松井秀治人體模型（21個關節點，16個環節），因研究需要，解析時添加了高杠兩端點及兩端點的連線（兩個測量點和一個環節），所得數據采用低通數字濾波法對原始數據進行平滑處理，截斷頻率為8Hz。

2 結果與分析討論

為了便于分析向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作，根據其動作特點，把該動作分成兩個階段：

（1）向后大回環階段：由杠上手倒立靜止時刻開始向后做大回環，至撒手時刻為止。

（2）團身后空翻兩周轉體360°下階段：從撒手離杠時刻開始，完成團身后空翻兩周轉體360°至落地緩沖靜止為止。

2.1 向后大回環階段分析

根據向后大回環的動作特點，可以分為3個過程，即兩周大回環加速過程、大回環繼續下擺過程和大回環繼續上擺過程。

2.1.1 兩周大回環加速過程 運動員由杠上手倒立靜止時刻開始向后做大回環，完成兩周大回環至第3周大回環杠上手倒立時刻（即身體重心最高點時刻）為止，即大回環加速過程。此過程是為第3周大回環獲得更大速度。

杠上手倒立靜止時刻重心離杠軸的距離為0.84m，當第1周大回環結束，即第2周杠上手倒立時刻，重心合速度為0.85m/s。然后身體繼續下擺做大回環，當第2周大回環結束，即第3周大回環杠上手倒立時刻，經過兩周大回環加速后重心合速度為1.81m/s。

2.1.2 大回環繼續下擺過程 運動員由第3周大回環杠上手倒立時刻開始向后下擺至杠下垂直時刻（即身體重心最低點時刻）為止的運動過程為大回環繼續下擺過程，即身體重心最高點至最低點的運動過程。此過程是把人體勢能轉變為轉動動能，從而獲得空翻的能量。

第3周大回環杠上手倒立時刻開始，身體盡量遠離杠軸（高杠兩端點所在的軸），這樣可以增加重力勢能，從而獲得更大的轉動動能和運動速度，此時重心離杠軸的距離為0.86m，比杠上手倒立靜止時刻高0.02m。當身體由手倒立開始下擺時，整個身體要伸直梗頭向外頂，肩角充分頂開，伸直髖角，使身體獲得更大的動量矩，從而加快人體繞杠軸的運動速度。當身體在杠后水平面時刻（即身體重心在杠水平面上時刻），此時左右肩角分別為168.6°和166.3°，左右髖角分別為164.6°和162.9°，重心合速度為4.17m/s，主要是向下的垂直速度起作用，為4.14m/s。當身體繼續下擺，肩角和髖角明顯增大，并向杠下垂直部位沉肩。當身體下擺到杠下垂直時刻（即身體重心最低點時刻），左右肩角分別增加到173.6°和173.0°，左右髖角增加到186.7°和187.7°，重心合速度增加到5.06m/s，身體重心最高點時刻到最低點時刻時間為0.90s。伸髖和沉肩的主要目的：（1）為了使杠子形變，在完成下階段動作時可以充分利用杠的彈性勢能；（2）為了拉長身體的胸腹部的肌肉，以便為大回環繼續上擺過程創造有利的肌肉工作條件[1]。可見，商春松較好得完成此過程。

2.1.3 大回環繼續上擺過程 運動員由杠下垂直時刻開始上擺至撒手時刻為止的運動過程為大回環繼續上擺過程。此過程是為了減小翻轉角速度的損失和增大脫手高度。

當身體過杠下垂直面（即高杠兩端點的連線所在的平面并垂直于水平面）后，兩腿要積極向前上方兜腿，創造有利的肌肉工作條件[1]。杠下垂直時刻左右腳尖合速度分別為13.01m/s和12.98m/s，上擺過程為了完成兜腿，兩腳尖的運動速度明顯增加，最大兩腳尖合速度分別達到14.00m/s和13.97m/s。在兜腿的同時兩腿并攏。此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。在兜腿的過程髖角和膝角明顯減小，縮短了身體重心至杠軸的半徑，減小了身體重心上升時角速度的損失。撒手時刻，商春松左右髖角分別減小到100.7°和99.7°，左右膝角分別減小到95.8°和95.0°。這是身體重心的合速度為3.80m/s，主要是向上的垂直速度起主要作用，為3.79m/s。當身體上升接近杠前水平面時立即撒手離杠撒手角度為70°，即重心至杠軸與杠下垂直面的夾角。完成任何高低杠的下法動作撒手時機和身體位置是十分重要的，要根據不同的動作和難度確定撒手的時機和身體位置[2]。商春松所做的下法是團身后空翻兩周轉體360°下，主要需要更高的騰空高度，所以撒手時重心盡量超過杠前水平部位。可是商春松撒手時重心接近杠前水平部位。撒手時刻的兩腳尖合速度有所減小，左右腳尖分別減少到5.51m/s和5.50m/s。因為在離杠之前兩腳有所制動。從杠下垂直時刻至離杠時刻，用了0.28s。可見，此過程商春松撒手過早，必然會影響騰空高度。但杠下垂直時刻至撒手時刻商春松的重心繞杠軸的平均翻轉角速度約為4.36rad/s，比其他體操運動員要大很多。而且撒手時刻左右肩角分別為150.0°和123.2°，說明身體向左邊轉動，有利于團身后空翻兩周轉體360°的轉體速度。

2.2 團身后空翻兩周轉體360°下階段分析

根據該動作階段特點，可以分為兩個過程，即團身后空翻兩周轉體360°過程和落地緩沖過程。

2.2.1 團身后空翻兩周轉體360°過程 從撒手離杠時刻開始，完成團身后空翻兩周轉體360°至落地時刻為止，即團身后空翻兩周轉體360°過程。此過程人體進入騰空狀態，主要受重力的影響。

兩手撒手離杠后，商春松開始空翻轉體。身體重心以拋物線軌跡向前上方運動，當身體重心到達最高點時刻，重心垂直速度為0m/s，此時身體重心與杠水平面的垂直距離為0.73m。然后在重力的作用下繼續向下弧線運動。從撒手時刻至落地時刻，商春松所用的飛行時間為1.12s，落地時刻，兩腳與杠的水平距離為1.41m。離杠后的騰空高度、落地遠度和飛行時間是完成該動作的基本條件，騰空越高，落地越遠，飛行時間越長，越有利于該動作的完成[3]。

團身后空翻兩周轉體360°動作技術是身體繞自身的縱軸轉體同時繞橫軸翻轉[4]。通過反復觀察錄像及分析可以得出，商春松撒手之前身體有輕微的向左轉體，為撒手后身體轉體提供了一定的角速度。根據力學原理，騰空時人體的動量矩Iω是保持不變的，其總動量矩完全由騰空瞬間的初始條件決定。人體可以借助空中姿態的變化和環節的相對運動，實現人體轉動速度的變化或動量矩在基本軸間的轉移[5]。所以商春松騰空后，雙手是交疊于胸前，半屈半伸髖關節與膝關節，通過適當減少轉動慣量，以增大角速度，保證在有限的時間內完成該動作。重心最高點時刻，左右肩角分別為29.3°和27.2°，左右髖角分別為95.4°和96.3°，左右膝角分別為71.2°和72.2°。商春松在最高點時刻大約翻轉了3/4，轉體了180°。當身體完成3/2翻轉，商春松轉體完成。然后兩腿盡量伸直，髖角與膝角逐漸增大，這一動作是為了增大轉動慣量，從而減少轉動的角速度，有利于提高落地穩定性。落地時刻，重心水平速度為0.18m/s，垂直速度為2.85m/s，左右髖角分別為141.2°和142.5°，左右膝角為170.2°和171.6°。所以落地時刻商春松的重心較高，會影響落地的穩定性。

2.2.2 落地緩沖過程 從落地時刻開始至落地緩沖靜止為止，即落地緩沖過程，此過程是為了保持身體的平衡。落地后膝關節和踝關節立即做退讓性的彎曲緩沖動作，加上墊子的緩沖可以減小地面對人體的沖擊力。可是落地時刻商春松的髖角和膝角都較大，這不僅會影響落地穩定度，而且地面對人體的沖擊力很大。且此時刻，商春松兩腳并攏，導致支撐面積小，會影響落地穩定性。加上身體重心稍微靠后，所以商春松向后退了一小步。

3 結 論

通過對世界優秀運動員商春松高低杠向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作的運動學參數分析，得出商春松的動作模型如下：

（1）向后大回環階段：第3周大回環杠上手倒立時刻，經過兩周大回環加速后重心合速度為1.81m/s，此時重心離杠軸的距離為0.86m，比杠上手倒立靜止時刻高0.02m。當身體繼續下擺，肩角和髖角明顯增大，并向杠下垂直部位沉肩。當身體下擺到杠下垂直時刻，左右肩角分別增加到173.6°和173.0°，左右髖角增加到186.7°和187.7°，重心合速度增加到5.06m/s，身體重心最高點時刻到最低點時刻時間為0.90s。當身體過杠下垂直面后，兩腿要積極向后上方兜腿，在上擺的過程中兩腳尖的運動速度明顯增加，最大左右腳尖合速度分別達到14.00m/s和13.97m/s。撒手時刻的兩腳尖合速度有所減小，左右腳尖分別減少到5.51m/s和5.50m/s。因為在離杠之前兩腳有所制動。杠下垂直時刻至撒手時刻商春松的重心繞杠軸的平均翻轉角速度約為4.36rad/s。

（2）團身后空翻兩周轉體360°下階段：當身體重心到達最高點時刻，重心垂直速度為0m/s，此時身體重心與杠水平面的垂直距離為0.73m，左右肩角分別為29.3°和27.2°，左右髖角分別為95.4°和96.3°，左右膝角分別為71.2°和72.2°。通過適當屈膝屈髖，減少轉動慣量，以增大角速度，保證在有限的時間內完成該動作。從撒手時刻至落地時刻，所用的飛行時間為1.12s。商春松在最高點時刻大約翻轉了3/4，轉體了180°。當身體完成3/2翻轉，商春松轉體完成。落地時刻，兩腳與杠的水平距離為1.41m，此時刻重心水平速度為0.18m/s，垂直速度為2.85m/s，左右髖角分別為141.2°和142.5°，左右膝角為170.2°和171.6°。所以落地時刻商春松的重心較高且靠后，會影響落地的穩定性。

商春松較好的完成了向后大回環團身后空翻兩周轉體360°下動作，但落地時刻身體重心稍微靠后，所以商春松向后退了一小步。但在以下方面還可完善：增加離杠時刻的重心高度，以便增加騰空高度，使騰空時間增加，為落地做好準備。落地時髖角和膝角適當減小，使重心不至于靠后，增強落地穩定性。

[1] 姚俠文，王 崢，王 嶸.肖欽滕海濱單杠并腿特卡切夫騰越運動學分析[J].北京體育大學學報，2010（02）：99~101.

[2] 徐元玉，王 健，姚俠文.王湉湉高低杠向后大回環團身后空翻2周轉體360°下運動學分析[J].天津體育學院學報，2008（06）：545~548.

[3] 徐元玉，姚俠文，周 烈.林莉向后大回環直體后空翻2周下運動學研究[J].北京體育大學學報，2009（10）：132~134.

[4] 錢 飚.高低杠360°團身旋空翻下法的運動學分析[J].北京體育大學學報，1993（02）.

[5] 陸愛云.運動生物力學[M].北京：人民體育出版社，2010，6：88~89.

A Kinematics Analysis of Shang Chunsong ’s Landing from Uneven Bars after the Backward Giant Swing Tuck of 2-Circle Back Flip and a 360° Turn

ZHONG Lu

Sports Authority of Anyuan,Anyuan Jiangxi, 342100, China.

The movements named landing from Uneven Bars after the Backward Giant Swing Tuck of 2-Circle Back Flip and a 360° Turn belongs to group D dismount action in the rule of international gymnastics.Using 3D camera analytic method, this thesis reveals the kinematics rules and technical features of the landing from uneven bars after the backward giant swing tuck of 2-circle back flip and a 360°turn by Shang Chunsong, an outstanding gymnast in China, which provides gymnasts and coaches with certain theoretical basis and technical support for the further development and improvement in the related aspect. The results indicated that Shang Chunsong completed the movements, but the moment when Shang Chunsong landing on the ground, the body center of gravity toward the back side so Shang Chunsong landed a small step jump back .

Shang Chunsong; Uneven bars; Landing after the backward giant swing tuck of 2-circle back flip and a 360°turn; Kinematic analysis

1007―6891（2017）05―0068―03

10.13932/j.cnki.sctykx.2017.05.17

G832.5

A

2017-02-17

2017-03-28