基于運動學(xué)和力學(xué)的柔道背負投技術(shù)轉(zhuǎn)體動作探究

陳毓華

柔道是體育項目中技術(shù)性和觀賞性都極強的項目，其最大的特點是將力量與技術(shù)融為一體。而背負投技術(shù)柔道訓(xùn)練中必不可少的手段，因為擁有極強的提升技術(shù)能力的效率，備受柔道運動員的青睞，并成為運動員克敵制勝的重要手段。因此，對于柔道教練來說，加強運動員背負投動作的訓(xùn)練是至關(guān)重要的，在進行訓(xùn)練節(jié)奏的整體控制的同時，根據(jù)運動員身體素質(zhì)和心理狀況制定合理的訓(xùn)練方案，以獲得最佳的訓(xùn)練成績。運動學(xué)和力學(xué)的某些規(guī)律在體育訓(xùn)練中起著至關(guān)重要的作用，本文將從運動學(xué)和力學(xué)的角度分析柔道背負投技術(shù)轉(zhuǎn)體動作的要領(lǐng)。

柔道運動既是競技體育更具備極高的觀賞性，主要表現(xiàn)在投技方面，而背負投是柔道技術(shù)取得成功的重要手段，也是柔道訓(xùn)練效率提升的關(guān)鍵技術(shù)。對于柔道背負投動作參數(shù)的研究，多數(shù)研究者已經(jīng)給出了相關(guān)的結(jié)論，觀點認為在整個背負投的動作體系中，下肢動作是其核心基礎(chǔ)，但也有一部分研究者認為，背負投動作的關(guān)鍵在于頭頸部，以此為基點進行分析和研究。但筆者認為，無論是頭頸運動軌跡還是下肢動作，都是離不開轉(zhuǎn)體動作，因為軀干是轉(zhuǎn)體動作的軸心，在加速轉(zhuǎn)動中與上下肢配合。本文將基于運動學(xué)和力學(xué)的趨勢對背負投技術(shù)轉(zhuǎn)體動作進行研究。

1 柔道背負投技術(shù)轉(zhuǎn)體動作

背負投技術(shù)的要點就是以肩膀為核心，利用弧形運動的姿勢促使對方能夠向前方或者側(cè)前方傾斜，導(dǎo)致其身體失衡后摔倒背部落地。首先要具備極快的速度，要結(jié)合柔道運動員自身重心偏低的特點，將超前牽引的玄妙蘊藏在手臂中，隨之將臀部力量聚集向上，完成相反的兩個動作，選手的速度越快，成功率就越高;其次，需要超高的靈敏度，哪怕是在該技術(shù)的應(yīng)用中運動員的目標和明確，但無論意圖和動作都需要極大的隱蔽性，要想實現(xiàn)欺騙對手的目標就要配合其他的動作來實現(xiàn)，有效提升成功率;最后，需要極大的力量，運動員在應(yīng)用背負投技術(shù)時候身體恰好在對方身體的下半部，因此在具體的攻擊動作中腳必須緊蹬地面，對手會基于重心不穩(wěn)而失去整個身體的平衡，加之要迅速將對手拉拽摔倒，整體上會耗費運動員很多力量。完成柔道背負投轉(zhuǎn)體技術(shù)動作一般分為6個步驟，如圖1所示。

步驟1：攻守開始階段，攻守雙方面對面以自然的姿勢站立，攻方利用左手將守方右手腕上方衣袖抓住。

步驟2：攻方掄起左手的同時內(nèi)旋左腕，向自己的斜上方拉守方的右臂;向?qū)κ值挠夷_前方上步自己的右腳，微曲膝關(guān)節(jié)并下移身體重心。

步驟3：攻方繼續(xù)將守方的右臂拉向自身方向，并用膝關(guān)節(jié)夾住守方的右臂;以右腳作為支撐，同時膝關(guān)節(jié)彎曲，身體呈逆時針方向旋轉(zhuǎn)，從之前的對向位變成同向位。

步驟4：攻方的上半身與守方緊靠，同時膝關(guān)節(jié)彎曲;將守方的右臂拉向自身的左腹部，并進行膝關(guān)節(jié)的用力蹬伸。

步驟5：攻方盡力前傾軀體，最大限度下降重心。

步驟6：伴隨攻方快速下移重心，守方越過攻方的頭部而觸地。

2 轉(zhuǎn)動理論

2.1 定點和非定點轉(zhuǎn)動

柔道運動員自身的轉(zhuǎn)動角速度、轉(zhuǎn)軸以及質(zhì)心距離等，是構(gòu)成動量矩的關(guān)鍵因素。因為人體本身剛體的不規(guī)則性，所以，任何環(huán)節(jié)的質(zhì)量和形狀都是不同的，身體轉(zhuǎn)動的慣量差距也是很大的。如果基于研究運動員自身的動作狀況，一般身體的轉(zhuǎn)動會包括上半部和下半部，下半部就是以腳作為身體的轉(zhuǎn)動軸，而且必須把該動作視為定點轉(zhuǎn)動。所以，上半部的轉(zhuǎn)動軸是與守方接觸的那只手，這就是所謂的非定點轉(zhuǎn)動。

2.2 動量矩守恒

針對攻守雙方的作用力，最重要的點為上半部肢體，縱觀理論方面的解釋，動量可以持續(xù)性傳遞的前提和基礎(chǔ)，就是力方向和力臂的平衡狀態(tài)，讓動量矩守恒的目標得以實現(xiàn)，但在具體的操作過程中，守方因為一味地對抗形成摩擦，就極易引發(fā)動量矩受損的問題。在旋轉(zhuǎn)自身的軀干的時候，倘若發(fā)生停頓或者腳部剝離的現(xiàn)象，那動量矩就會表現(xiàn)極低的可持續(xù)性。

3 采取的方式

本研究選擇12名男生作為測試者，將其劃分為均為6個人的A、B兩個小組。A組的成員訓(xùn)練年限都在八年以上，B組為五年以下的訓(xùn)練年限。實驗方式為每一個測試者都要全部完成四次的背負投，其中守方參與背負投動作有三次，針對守方的規(guī)定無需運用守勢，只有一次是利用訓(xùn)練器進行該技術(shù)動作的練習(xí)。在守方進行背負投技術(shù)動作的時候，必須利用高速攝像設(shè)備進行拍攝，可以將完成度最高的一項視作重要的研究對象。并且在進行訓(xùn)練期間，獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)信息是通過背負投力學(xué)傳感器實現(xiàn)。而在柔道的常規(guī)訓(xùn)練中使用S型拉力傳感器，具有極高的精度。該研究的數(shù)據(jù)處理，在對背負投動作視頻進行解析時，可以借助視訊的方式獲得相關(guān)的動作數(shù)據(jù)，并通過解析數(shù)據(jù)繪制二維及三維數(shù)據(jù)圖。

4 結(jié)果分析

4.1 基本參數(shù)

4.1.1 時間參數(shù)

對于柔道技術(shù)的生物力學(xué)，目前深度研究的文獻少之甚少，縱觀現(xiàn)有的文獻資料，大外刈總時間為0.83s，內(nèi)股總時間1.01s;本研究檢測到的總的背負投時間為：A組1.48s、B組1.65s。可能的因素表現(xiàn)在兩個方面：第一，背負投技術(shù)堪稱是徹底翻轉(zhuǎn)守方身體的絕殺招法。不僅需要較大的動作幅度，更需要很大的力道，所以需要較長的加速時間;第二，本研究設(shè)定的起勢的計算是從攻方接觸守方的衣物開始，而其他文獻計算的方式是從上步開始。A、B兩組背負投動作所用的時間長度如圖2所示。

通過對圖2的兩個組不同步驟所用的時間長有的各個階段所用時長的分析，可以看出，起勢時間較長的是A組，但改組轉(zhuǎn)體和背摔用時較短，而B組則是快速發(fā)力，完成背摔的動作快速有力，造成這樣差距的原因多半是身體素質(zhì)和動作技術(shù)熟練的程度不同造成的。從拍攝的視頻分析，如果運動員在P3階段用時少，那么在P4時用時也會很少。因為破壞守方身體平衡的前提是完成從轉(zhuǎn)體到守方腳離地的動作，攻方牽拉守方右臂的角度是斜向下45°的角度，只有如此才會有好的效果，同時攻方要緊貼守方，只有重心迅速下降，才能確保P3步驟用時更少，也就能以最快的速度完成背摔的過程。這是一個連鎖的快速反應(yīng)步驟。

4.1.2 質(zhì)心垂直距離

研究數(shù)據(jù)顯示，P1和P2步驟里兩個組都用時0.78s;可以說明A、B組在該時間節(jié)點上沒有顯示明顯的質(zhì)心垂直高度的差別;區(qū)別則是出現(xiàn)在P3和P4步驟，B組在該階段用時較長，而質(zhì)心垂直高度卻大幅下降。在背負投動作最后的環(huán)節(jié)里，攻方提拉上肢且蹬伸下肢，迅速下移重心，促使守方隨著攻方的重心下移而失去身體平衡。這種迫使守方身體失衡的動作，B組更注重降低重心的幅度，而A組更傾向下降重心的速度。

4.2 重心水平速度

（1）研究結(jié)果顯示，從P2開始重心速度已經(jīng)是負數(shù)，主要是因為身體轉(zhuǎn)向;從數(shù)值分析，P3守方腳離地的時候是A組速度最大的時候，此刻是最后階段的投技發(fā)力，也是爆發(fā)轉(zhuǎn)體和蹬伸力度的時刻，而B組速度的最大值出現(xiàn)在P2的轉(zhuǎn)體時刻，但蹬伸時刻卻減慢了速度。背負投這個動作在爆發(fā)時刻肯定為轉(zhuǎn)體+蹬伸的階段，而像轉(zhuǎn)體+蹬伸這樣的運動技術(shù)也應(yīng)用在其他體育項目上，例如鏈球的拋球動作、摔跤的投技動作等，都體現(xiàn)了爆發(fā)力。其中加速是借助轉(zhuǎn)體產(chǎn)生的極大的轉(zhuǎn)動力實現(xiàn)，蹬伸是肢體利用環(huán)節(jié)制動傳遞動量，轉(zhuǎn)體時刻體現(xiàn)速度最大化，而蹬伸卻減慢速度，體現(xiàn)出不連貫的制動過程損耗了動量，沒有達到傳遞的最大化。

（2）分析整體動作，攻守雙方的運動趨勢和質(zhì)心速度可以通過重心和速度矢量體現(xiàn)出來。因為背負投技術(shù)雙方都是以上肢作為接觸，剛體的形態(tài)的變化和轉(zhuǎn)動更容易通過水平速度展現(xiàn)出來。DavidH觀點認為，水平位轉(zhuǎn)動的動量與重心水平速度兩者是正向關(guān)系，攻方向前牽動守方身體實施平衡力的破壞，正體現(xiàn)了水平轉(zhuǎn)動量的趨勢。

（3）最大的水平速度出現(xiàn)在A組的P3階段，這個時期對應(yīng)的身體扭轉(zhuǎn)的角度為166°，身體沒有真正轉(zhuǎn)到180°，但與開始比較攻守雙方的交叉角度變化比較明顯，攻方左手已經(jīng)把對方牽拉到貼近自己身體的位置，彼此右側(cè)身體貼近的幅度越大，就越能減小攻方的抗阻力，從而就會形成更大的轉(zhuǎn)體幅度，也會增加重心水平速度。B組的轉(zhuǎn)體時刻速度最大化，在數(shù)據(jù)上相似于A組蹬伸時候的速度，之后階段速度變慢，在轉(zhuǎn)體后雙方身體靠緊的程度差于A組，攻方的左腹部與守方的右臂間呈現(xiàn)很大夾角，守方?jīng)]有過大傾斜度，造成背摔時候的很大阻力，喪失了重心水平速度。

4.3 轉(zhuǎn)體動作軀干扭轉(zhuǎn)實際角度

通常情況下，柔道運動員軀干扭轉(zhuǎn)角度都是以初始狀態(tài)的水平位置進行定義，因此，運動員的起始水平和髖連線之間的夾角，就是所說的扭轉(zhuǎn)角。詳細情況如表1所示。

通過表1可以看出，A組運動員在P1到P2步驟對應(yīng)的轉(zhuǎn)體幅度比B組更明顯，動作速度也較快。P1、P2步驟是轉(zhuǎn)體階段，而運動員背摔與蹬伸步驟是在P3、P4時段進行。A組運動員的轉(zhuǎn)體動作完成后，身體恰好置于正的位置狀態(tài)，此刻的軀干扭轉(zhuǎn)角度為152度，該情況下攻守雙方呈現(xiàn)較大的重疊面積數(shù)值，更有助于運動員身體著力。B組運動員在P2步驟的轉(zhuǎn)體階段，身體扭轉(zhuǎn)角度為130～161度時，完全處于蹬伸的狀態(tài)。

4.4 右膝關(guān)節(jié)視角

膝關(guān)節(jié)角度的運作方向為順時針，右膝蓋為稍低的位置。0.15秒后，運動員開展自然彎曲兩膝，以助于質(zhì)心垂直高度的降低，實現(xiàn)動量最大化。在背負投技術(shù)動作應(yīng)用階段，運動員會隨著上升質(zhì)心，確保進攻方舉高守方讓其離墊。同時利用膝蓋的彎曲促使守方落地，適合逆轉(zhuǎn)點時向守方持續(xù)運動，充分發(fā)揮背負投動作非連續(xù)性的特征。在運動員蹬踏的環(huán)節(jié)里，膝關(guān)節(jié)會發(fā)揮重要的作用，腿部的屈伸都可以利用膝關(guān)節(jié)完成，也利用地面造成的反作用力實現(xiàn)軀干扭轉(zhuǎn)發(fā)力任務(wù)。某種程度上講，膝關(guān)節(jié)對蹬伸動作效率有很大影響，尤其是柔道項目，主要是通過蹬伸提升軸轉(zhuǎn)動平均速度，形成膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)彼此扭動，帶動多環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)動。

4.5 質(zhì)心軌跡

從上面的三維立體圖更清晰地表現(xiàn)出整個身體在各個時間段的位置，把質(zhì)心軌跡明確展示出來，更方便認知主體動作結(jié)構(gòu)。兩個軌跡圖中對各個點的時間進行表示，每兩點之間實際是相同的持續(xù)時間。縱觀整體的軌跡圖，表現(xiàn)相似的弧線，但A、B的時間分配有別于單位時間形成的位移。都是在轉(zhuǎn)體時候產(chǎn)生制動，但B組前期的時間很短，時段位移有長有短;而A組各個點為均勻的分布。A組呈現(xiàn)相對連貫的軌跡，而B組的變速極為頻繁。但變速的不連貫會影響動量矩的傳遞。從攻方的角度分析，下體的轉(zhuǎn)體蹬踏可以視為剛體的定軸轉(zhuǎn)動，從而形成的動量從軀干向上肢轉(zhuǎn)移，這就是質(zhì)點系針對某個固定點動量矩。因為攻方上肢的力量牽動對方質(zhì)心發(fā)生位移，體現(xiàn)出某個固定點針對質(zhì)心的動量矩，倘若攻方力量處于適合的角度，促使守方的轉(zhuǎn)動，就可以視為質(zhì)點系針對軸的動量矩。

6 結(jié)束語

通過本文上述的研究可以得出幾點結(jié)論，背負投技術(shù)的轉(zhuǎn)體動作包含了諸多方面的因素，比如動量傳遞和力矩等，因此研究和分析應(yīng)該圍繞剛體定軸運動和量矩展開，對守方的動量傳遞數(shù)據(jù)進行綜合評估，真正了解攻守方在不同情況下的動量傳遞。所以，在運用量矩和剛體定軸轉(zhuǎn)動的理論中，必須考慮守方動量信息傳遞的狀態(tài)，以運動學(xué)和力學(xué)規(guī)律為背負投技術(shù)轉(zhuǎn)體動作的立足點，切實掌握攻守雙方在不同狀態(tài)下動量的傳遞現(xiàn)象，并進行全面的判斷，力求在極短的時間內(nèi)完成動作，取得技擊的勝利。

（作者單位：湛江市體育學(xué)校（湛江市體育運動學(xué)校））