三种不同平面上原地纵跳的力学指标的比较

杨书龙

(山东师范大学体育学院 山东济南 250000)

原地纵跳不仅是一个评价运动员弹跳能力的指标,也是运动训练中常用的下肢力量训练及弹跳训练方法之一。运动员弹跳素质主要表现在起跳的登地力量大小、起跳速度快慢及腾空时间。目前在训练中对于原地纵跳的运用方式较多,如徒手原地纵跳、原地抱膝跳、负重原地纵跳及沙坑,不同的运动项目对踝关节起跳时的角度不同,因此弹跳效果也不同。尽管目前对原地纵跳有很多的研究[1-3],并且采用坡度进行跑步训练也非常普遍,但是对于利用坡度进行弹跳训练的研究及训练方法较少。

在起跳过程中踝关节、膝关节、髋关节需要有极强的协调发力能力[1],改变起跳平面的倾斜度,各关节在起跳过程中所表现出的力学特征有所改变。本研究主要根据这一特点对上坡、平地和下坡三种平面上运动员原地起跳的蹬地的力、速度及时间进行比较,从而了解三种平面各自的训练特点。

1 研究对象

本研究的研究对象为山东师范大学体育学院6名男生,基本情况:年龄为(25±0.55)岁,身高为(178.83±8.84)cm,体重为(76.33±17.78)kg。

图1

图2 最大蹬地作用力(N)

2 试验方法

实验是在山东师范大学生物力学实验室室内进行,采用测力台测试的方法,Kistler三维测力台(台面尺寸600mm±900mm)上进行。测力台采样频率为200Hz,采样时间为10s。三种起跳平面分别是水平面,与水平面成30°的上坡和下坡。原地纵跳过程是在用测力台自带的Bioware软件进行动力学指标的判读。

实验测试前,受试者需要每种测试试跳两次。测试过程中,受试者始终朝向一个方向。动作要求:两脚开立,与肩同宽,两手掐腰。起跳从半蹲开始,具体蹲的深度由受试者根据自身情况而定。

3 实验数据的界定

图1所示,AC为起跳的蹬地过程,所用时间为t1;B点时最大蹬地作用力F和最大加速度α,从开始发力到蹬地最大作用力的时间为t3,从最大作用力到腾空的时间为t4;C点时受试者离地,D点时受试者着地,CD为腾空过程,所用时间为t2。在C点和D点时分别是起跳的最大上升的速度v1和最大下降速度v2。由于人体腾空后做自由落体运动,所以腾空的高度h采用单信海等的采用腾空时间计算腾空高度的方法。

4 结果与分析

4.1 最大蹬地力量的比较

如图所示最大蹬地作用力上坡>平地>下坡,此结论与牛志馨关于踝关节状态对膝关节运动影响的研究结果一致。在上坡、平面和下坡的起跳之前,踝关节的曲的程度逐渐减小,所以踝关节的运动幅度逐渐减小,影响小腿后面肌肉的伸展和收缩。此外踝关节的曲的程度影响膝关节的屈曲的力矩。

4.2 蹬地时间的比较

表1中数据显示,起跳的蹬地作用时间平地>下坡>上坡,最大加速度上坡>平地>下坡,最大加速度的大小取决于最大蹬地力量。从开始蹬地到最大蹬地的时间平地>下坡>上坡,从最大蹬地到腾空的时间上坡>平地>下坡。在蹬地的时间上上坡的总的加速时间小于平地和上坡,上坡纵跳时,从开始蹬地到最大蹬地作用力所用的时间较短,所以同等作用力的情况下,上坡所获得的动能要小于平地和下坡。此外,从最大蹬地作用力到腾空所用的时间,上坡要长于下坡和平地,根据公式F=m×α=m×v/t可以得出力的作用时间长,速度就会减小,爆发力就会随之减小。

表1 起跳的时间、最大加速度

表2 腾空时间、起跳速度、下降最大速度和腾空高度

4.3 腾空时间、速度和腾空高度的比较

由表2可以看出在腾空时间上平地=上坡>下坡,起跳的最大速度和下降的最大速度平地>上坡>下坡,起跳的最大高度平地>上坡>下坡。虽然起跳速度平地大于上坡和下坡,由于体重比较大,所以平地、上坡和下坡的腾空时间非常接近,但是起跳的高度平地要大于上坡和下坡。下降最大速度同样是平地>上坡>下坡,在三种纵跳时下降的最大速度都要大于起跳的速度,这主要是由于受试者起跳前和落地时的中心的高度决定的。

5 讨论

上坡纵跳时,由于踝关节屈曲的程度较大,所以小腿后面的腓肠肌、比目鱼肌处于拉长状态,于是就获得了较大的弹性势能,所以在起跳过程中就具有了较大的能量基础。平地时踝关节屈曲的程度小于上坡,小腿三头肌的势能要小于上坡。下坡时踝关节处于伸的状态,小腿三头肌处于收缩状态,这样在起跳过程中就需要小腿三头肌进一步收缩产生蹬地力量。所以在起跳的绝对力量上上坡纵跳要大于平地纵跳和下坡纵跳。

在起跳的环节上分为从开始蹬地到最大蹬地力和从最大蹬地力到腾空。第一个环节可以看做是动能的储存,第二个环节可以看做能量的释放。在第一环节上,根据动能公式E=1/2[m(αt)2]可以看出动能随时间的增大而增大,所以在第一环节上用的时间长,储存的动能就大。在第二环节上,根据功率的公式P=W/t可以得出时间越短功率越大,动能释放的效率越高,所以在第二环节用时越短,动能释放效率越高,爆发力发挥的越好。综合这两个环节,可以看出上坡纵跳时爆发力发挥的最差,下坡纵跳时爆发力发挥的最好。

在最大蹬地力量和蹬地作用时间的共同影响下,平地纵跳的起跳速度和下落的最大速度都是最大。下坡纵跳的爆发力发挥的最好,但是由于最大蹬地力量小于上坡纵跳,所以起跳的速度还是小于上坡纵跳的起跳速度。腾空后人体自由落体运动,腾空时间T=2V/g,腾空高度H=V2/2g速度越大,腾空时间越长,腾空的高度越大。此外在下落过程中下坡同样具有较大的速度,由于着地面是向下倾斜的,着地后踝关节处于伸展状态,所以在落地缓冲时就大大减小了踝关节的缓冲能力。因此在落地缓冲过程中要提醒运动员要主动屈膝缓冲,通过利用膝关节的缓冲能力来弥补踝关节缓冲能力的丢失。

6 结语

三种平面上的原地纵跳具有各自的特点,上坡纵跳时小腿三头肌收缩的速度比较快,对于提高小腿三头肌的绝对力量的效果要强于平地纵跳和下坡纵跳。平地纵跳爆发力的发挥要高于上坡纵跳,而且平地纵跳的起跳速度、腾空时间和腾空高度都要优于上坡纵跳和下坡纵跳。下坡纵跳的爆发力是最好的,下坡纵跳可以提高运动员的缓冲能力和身体的协调性。

[1]单信海,戴玉生.不同弹跳能力的三名运动员其原地纵跳的生物力学指标比较[J].体育与科学,1997(18).

[2]张佑磊.下肢肌肉力量与不同形式纵跳运动学和动力学特性相关度的研究[D].苏州大学,2012.

[3]李世明,刘学贞.纵跳理论研究进展[J].北京体育大学学报,2004,27(1).