水阻與風阻劃船器訓練效果的分析

韓銳

摘要：劃船器早前一直被運用在競技賽艇運動的訓練中，隨著國民體育意識的不斷提高、劃船器的全面升級以及人們的物質水平的提高，劃船器逐漸的進入家庭。市面上最常見的風阻劃船器多用于賽艇訓練，水阻劃船器多用于家庭與健身房中。兩種不同阻力源的劃船器的鍛煉效果是否有差異呢？因此本文利用運動捕捉系統和表面肌電系統，通過實驗法對測試者在水阻和風阻兩種不同劃船器上肌肉用力特征及關節運動學變化等方面進行研究。從肌肉被激活的順序看符合劃槳運動的用力原理，從肌肉的貢獻率可以看出劃船器能達到很好的鍛煉效果。

關鍵詞：水阻；風阻；劃船器；表面肌電；運動捕捉；肌肉用力特征；關節運動學變化

一、 前言

現在的社會和經濟水平的持續改善，人們的生活質量不斷提高，人們的健身意識也在加強。國家公布的一項調查顯示，截至到現在為止中國的體育人數占總人數的33.9%。健身器材也在全民健身的熱潮中逐漸的發展起來。

本文研究針對的是劃船器，其之前一直被運用在競技賽艇運動的訓練中，隨著國民體育意識的不斷提高、劃船器的全面升級以及人們的物質水平的提高，劃船器逐漸的進入家庭。劃船器的原理是通過阻力來使肌肉被動收縮，來達到健身的目的。

本文運用較為先進的運動學評價設備（vicon）運動捕捉系統和表面肌電系統，通過實驗采集測試者的相關數據，對水阻以及風阻兩種不同條件下人體的肌肉用力特征及運動學變化等指標進行分析，有利于幫助我們了解人體在使用這兩種不同阻力源劃船器時，人體肌肉、關節的各種變化。它對普通人群選擇健身器材、力量訓練的效果分析以及全民健身的推廣具有指導意義。

二、 實驗設計

（一） 測試設備的介紹

1. 測功儀的介紹

（1） 水阻劃船器一臺；

（2） 風阻劃船器一臺。

2. vicon的介紹（運動捕捉系統）

運動捕捉技術，是一種利用高科技的三維運動捕捉系統對運動員的技戰術實時指導和對運動物體的實時采集和數字分析技術。從原理維度上劃分，可分為機械式、電磁式、光學式、聲學式運動技術捕捉四種類型。

3. 表面肌電系統的介紹

肌電是指運用電子學儀器記載肌肉靜止或緊縮時的電活動，及應用電刺激檢查神經、肌肉興奮及傳導功能的方法。國內外很多的專家學者用表面肌電系統來收集運動員的肌肉信息，以肌電圖的形式反饋出來，通過對比研究得出的結果來指導運動員訓練。通過原始肌電圖可以判斷肌肉的活動順序和肌肉失活、激活的時間，以及評價肌肉之間的調和性；通過肌肉的張力和肌肉纖維長度的變化來研究運動中肌肉工作性質的等。

4. 劃槳動作的介紹

在賽艇運動的技術動作中，劃槳是非常重要的一個動作，劃槳動作看似難學，其實不然，很多人都可以快速學會。劃槳動作一共可以分為兩部分，一部分是拉槳，另一部分是回槳。它的原理是拉槳是劃槳的作用階段；回槳是放松過程，以籌備下次拉槳。回槳的身體運動基本是拉槳的逆過程。這些動作連貫起來就是劃槳。

提槳時，兩只手臂伸直，頭部處于正中心，兩肩放平，挺直腰腹。上身處于一點鐘位置，肩膀在臀部位置之前。小腿垂直，不前傾。腳掌完全接觸踏板。

拉槳開始時，慢慢伸長手臂。當手和槳柄過膝蓋后，膝蓋立即彎曲，在滑軌上，臀部帶動座位慢慢向前滑，上身前傾至一點鐘方向。

拉槳結束時，雙手伸直，上身保持一點鐘位置，雙腿慢慢開始發力蹬踏板。雙腿伸直的過程中，上身后傾至十一點鐘方向，直線向后拉槳至下肋處。

回槳時，雙腳伸直，雙手抓住手柄，將其放在下肋處。當上身處于十一點鐘位置的時候，身體則依靠核心肌肉的撐持略向后仰。頭部位于中間位置。肩頸放松，雙手慢慢劃過身體，腕關節放平。

（二） 實驗設計

1. 實驗場地

武漢體育學院某實驗室

2. 受試人員

一名普通男大學生

3. 實驗方案

（1） Vicon實驗：

場地的布置：用八臺紅外高速攝像機圍成圓狀，對劃船器的技術動作進行拍攝。水阻劃船器放置于圓狀中心位置。

實驗進行：在受試者身上39個點貼上Mark點，如圖1，讓測試者在水阻以及風阻劃船器上面各做劃槳技術動作（三個來回為一次），待電腦上收集完成實驗數據則視為實驗成功，受試者要求成功測試三次，然后收集實驗數據，測試者待實驗完畢后離開。

（2） 表面肌電實驗：

在受試者身上選取三角肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌、股四頭肌以及脛骨前肌等六塊肌肉（選擇人體左側肌肉）貼附無線電極和傳感器。先用海綿蘸取酒精擦拭六塊肌肉以消毒，待酒精風干之后在肌肉上貼附無線電極和傳感器。讓測試者在水阻以及風阻劃船器上面各做劃槳技術動作（三個來回為一次），待電腦上收集完成實驗數據則視為實驗成功，受試者要求成功測試三次，然后收集實驗數據。

4. 實驗注意事項

實驗前，檢查設備主機與鏡頭導線的連接情況，檢査電腦與信號采集器的連接情況，以及電腦顯示端同步信號發送和接收情況等；讓受試者進行簡單的熱身運動然后再進行實驗，但要防止出汗不利于電極的貼附；詳細登記受試者的年齡、體重、身高、踝關節寬度、腿長、膝關節寬度等身體生理參數，并告知測試者測試流程，使其熟悉職責，配合好實驗。

三、 結果與分析

（一） 表面肌電實驗結果與分析

1. 肌肉的貢獻率

由表1和表2可以看出受試者在風阻劃船器上做實驗時肌肉的貢獻率由高到低依次為三角肌、肱二頭肌、背闊肌、脛骨前肌、股四頭肌、豎脊肌。每一次實驗貢獻率的百分比都相差不大。受試者在水阻劃船器上做實驗時肌肉的貢獻率由高到低依次為三角肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌、股四頭肌、脛骨前肌。背闊肌以及脛骨前肌三次實驗的數據差別較大，除此之外其他四塊肌肉的數值相差不大。肱二頭肌的貢獻率水阻的大于風阻的；三角肌的貢獻率水阻的小于風阻的；背闊肌的貢獻率水阻的大于風阻的；豎脊肌的貢獻率水阻的大于風阻的；股四頭肌的貢獻率水阻的大于風阻的；脛骨前肌的貢獻率水阻的小于風阻的。endprint

2. 肌肉的激活順序

由表 3和表4可以看出受試者在風阻劃船器上做實驗時肌肉的激活順序依次為脛骨前肌、肱二頭肌、背闊肌、三角肌、股四頭肌、豎脊肌，而且每一次實驗的肌肉被激活開始的時間是一樣的。受試者在水阻劃船器上做實驗時肌肉的激活順序是脛骨前肌、三角肌、股四頭肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌，每一次實驗肌肉被激活開始的時間都不太一樣。肱二頭肌等六塊肌肉被激活開始的時間水阻的都要大于風阻的。

（二） 運動捕捉系統實驗結果與分析

1. 關節角度的變化

如圖3為受試者在水阻劃船器上人體左側關節角度的變化趨勢。實驗選取了肘關節、髖關節、膝關節等三個關節。從圖中可知肘關節的角度是先上升后下降，然后趨于平穩。髖關節角度是先下降再上升，最后趨于平穩。膝關節角度則是先下降后上升。在30%周期各關節角度達到突變點，說明此時受試者處于回槳階段。膝關節和肘關節的曲線波動較大，髖關節的曲線波動較小，說明在劃槳過程中手部以及腿部的運動程度高于髖部。

圖3為受試者在水阻劃船器上人體右側關節角度的變化趨勢。實驗選取了肘關節、髖關節、膝關節等三個關節。從圖中可知肘關節的角度是先上升后下降，然后趨于平穩。髖關節角度是先下降再上升，最后趨于平穩。膝關節角度則是先下降后上升再下降。左側與右側相比，關節角度變化基本一致。

圖4為受試者在風阻劃船器上人體左側關節角度的變化趨勢。實驗選取了肘關節、髖關節、膝關節等三個關節。從圖中可知肘關節的角度是先上升后下降，然后趨于平穩。髖關節角度是先下降再上升，最后趨于平穩。膝關節角度則是先下降后上升再趨于平穩。與水阻劃船器不同的是，風阻劃船器在50%周期各關節角度達到突變點，此時受試者處于回槳階段。說明水阻劃船器比風阻劃船器更快到達突變點。膝關節和肘關節的曲線波動較大，髖關節的曲線波動較小，說明在劃槳過程中手部以及腿部的運動程度高于髖部。

圖5為受試者在風阻劃船器上人體右側關節角度的變化趨勢。實驗選取了肘關節、髖關節、膝關節等三個關節。從圖中可知肘關節的角度是先上升后下降，然后趨于平穩。髖關節角度是先下降再上升，最后趨于平穩。膝關節角度則是先下降后上升再趨于平穩。左側與右側的曲線變化趨勢基本一致。

（三） 實驗結果

由表面肌電系統與運動捕捉系統對水阻、風阻劃船器進行的實驗，可以得出以下結論：

1. 肌肉的貢獻率：

三角肌>肱二頭肌>背闊肌>脛骨前肌>股四頭肌>豎脊肌

2. 肌肉激活的順序：

水阻：脛骨前肌、三角肌、股四頭肌、肱二頭肌、背闊肌、豎脊肌

電磁阻：脛骨前肌、肱二頭肌、背闊肌、三角肌、股四頭肌、豎脊肌

3. 各關節的角度變化大小：

膝關節>肘關節>髖關節

四、 結論與展望

通過對水阻、風阻劃船器的實驗，我們可以得出結論。表面肌電實驗證明了肌肉的貢獻效率水阻劃船器與風阻劃船器是一致的。而肌肉的激活順序兩者卻有所不同。運動捕捉系統實驗證明了各關節的角度變化大小，水阻和風阻劃船器是一致的。總體而言，在劃船器上鍛煉時，從肌肉被激活的順序看符合劃槳運動的用力原理，從肌肉的貢獻率可以看出水阻劃船器和風阻劃船器都能達到很好的鍛煉效果。

本文的研究為全民健身提供了鍛煉的方式以及參考的依據，也為今后更多健身器材在設計和改進的方法和手段上提供了參考。endprint