男子举重运动员抓举动作发力阶段的生物力学分析

寇嘉琪

（西北民族大学 体育学院，甘肃 兰州 730030）

男子举重运动员抓举动作发力阶段的生物力学分析

寇嘉琪

（西北民族大学 体育学院，甘肃 兰州 730030）

本研究以我国竞技体校优秀举重运动员张平和郑志盛为研究对象，对两人抓举动作发力阶段采用了三维录像测试，获得了两人在发力阶段中重要的运动学、动力学参数，并对动作阶段的运动学、动力学参数进行分析.实验通过对张平和郑志盛的抓举测试,测得发力阶段膝关节、髋关节及肘关节的角度变化，提铃发力阶段杠铃速度、人体和杠铃重心间距的变化；从测力台显示压力的变化,获得两人在举重发力过程中肌肉内部爆发力﹑Z 方向峰值大小，以及两人在 X、Y、Z 方向上冲量积分值大小.对以上参数进行了分析，得到两人的抓举发力动作优缺点，为运动员改进动作技术，提高动作质量提供科学依据.

举重；抓举；发力阶段；运动生物力学分析

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为我国竞技体校两名优秀举重运动员（在实验测试中我们选取两人举起 130kg 动作并作为论文要研究的对象）.其基本情况见表 1：

表1 研究对象的基本情况

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

1.2.2 调查访问法

1.2.3 运动生物力学法

1.2.3.1 三维摄像方法

三维摄影方法仪器采用 2 台日本产的 JVC—9800 摄影机（拍摄的频率采用 100 帧／秒）定点拍摄，两机高度为 1.5米，后通过埃立尔运动图像解析系统对三维录像进行解析，解析中用了松井秀治人体模型（16 个环节，22 个节点参数），解析频率 50fps，在此过程中获得了动作空间点坐标、速度、关节角度和杠铃重心轨迹等参数.采集的数据进行了数字滤波平滑处理，截断频率为 6赫兹.

1.2.3.2 三维测力方法

三维力测试采用美国产的应变式 Bertec 三维测力台,可以得到运动过程中地面对人体的支撑力，并进行受力分析.测力台的面积 0.40×0.80m2,测试在我校运动生物力学教研室进行，测力台埋设在地面下，台面与举重地面齐平.三维测力和三维摄影测试同步进行.

2 测试结果与分析

抓举是运动员把杠铃平行地放在两小腿前面，两虎口相对握杠，以快速连续动作将杠铃从举重台上举至两臂在头上完全伸直的动作技术.

为了讨论研究问题的方便，根据抓举动作结构特征，我们把抓举划分为五个时相（开始提铃时相，开始发力时相、杠铃惯性上升到最高点时相，下蹲至最低点时相，上举至最高点时相），四个阶段（提铃阶段、发力阶段、下蹲支撑阶段和上举阶段）.

图1 抓举动作技术阶段时相划分示意图

以下主要讨论发力阶段和开始发力时相：

2.1 发力阶段（开始发力时相到杠铃惯性上升至最高点时相）分析

发力是在提铃的基础上，引膝动作结束的瞬间进行的，发力的任务是在很短的时间内，充分发挥出肌肉最大的力量来，使杠铃获得向上运动的最大加速度以便上升到必要的高度，为下蹲支撑创造良好的条件.它的用力特点是伸膝肌、伸髋肌、肩带肌肉、屈肘机群和小腿屈肌群以爆发性的用力收缩做急剧地伸髋、伸膝、耸肩、提肘和提踵动作上拉杠铃.

从运动生物力学的角度来看，发力动作可以简化为一个杠杆，分布在腰背部和腿部大肌群的肌力是动力，杠铃的重量是阻力或外负荷，第五腰椎是支点[5].

2.2 开始发力时相动作分析

表2 两人与我国举重名将吴数德在开始发力时相角度的参数

从表2中可以看出，我校举重运动员张平和郑志盛髋关节、膝关节角度分别为：167Deg、159Deg；158Deg、157Deg，两人髋、膝关节角度均比吴数德小，说明他们两人的伸展动作不够充分，尤其是膝关节角度伸展不充分，伸肌在发力瞬间达不到理想的初长度，产生的爆发力不够大，结果是杠铃没有获得理想的垂直速度，可能影响了下蹲动作,加大了完成动作的难度.

他们两人在开始发力时相膝关节的角度很接近，说明在引膝结束时刻他们两人的伸膝肌相对初长度大体是相同的；但张平在发力时刻髋关节的角度要比郑志盛大一些(α张＞α 郑)，说明张平在引膝结束时刻已经充分伸髋及很好地动用了腰背肌肉，使杠铃上升到一个适宜的速度，为他完成下蹲支撑有充裕的时间，完成良好的技术动作创造了充分的条件；他们三个人的比较对象是肘关节角度，从表中我们可以看到，我国举重名将吴数德角度是最小，根据肌肉生物力学中，对肘关节屈伸活动进行肌肉力量的测定实验，当肘关节 120°时，能提起最大重量，因此 F 吴＞F 郑＞F 张. 2.3 发力阶段动作分析

2.3.1 运动学分析

图2 两人在发力阶段杠铃速度变化曲线图

从图2中我们可以看到张平在开始发力时刻已经获得一个较大的上升速度，所以在发力阶段感到不是很费力，如果动作技术不合理的话，杠铃在发力阶段因速度太小就不能顺利地进入下蹲支撑阶段.因此采用正确的用力姿势，充分发挥肌力的作用显得十分重要.在这里我们把发力阶段分成两个时段（1.16～1.32s 和 1.32～1.48s）来讨论：

在 1.16～1.32s 时间段，郑志盛提杠铃速度比张平增大的快（张平的速度由 1.67m/s 到 2.51m./s，增大了 0.84m/s；郑志盛的速度由 1.36m/s 到 2.33m/s，增大 0.97m/s），说明郑志盛在发力阶段更多地利用了腰背部和腿部的大肌肉来提升杠铃，但是在 1.32 秒时刻 V 张＞V 郑，说明张平在发力阶段提铃相对平稳连贯一些.

从图4、图 5及图2得出张平快速发力提升杠铃时间：t＝0.251s；郑志盛的时间 t＝0.253s，通过运动学公式 V＝gt，S＝1/2gt2，算出杠铃在这个时段杠铃上送距离 S 张＝36cm，S 郑＝31cm，S 张＞S 郑，因此张平能在很短的时间内，充分发挥肌肉最大的力量，使杠铃获得一个适宜的向上速度和必要的上升高度.

在 1.32～1.48s 时间段 ，郑 志盛由速度 2.33m/s 降 到1.20m/s；张平速度由 2.51m/s 降到 1.64m/s.从两人速度变化分析，郑志盛的速度降到 1.20m/s 比张平 1.64m/s 要低一些；

在发力结束时，如果杠铃因向上运动速度过小，导致发力阶段杠铃上送距离较小，这会给后继动作下蹲支撑一定的压力，因此在发力阶段张平为下蹲支撑阶段创造了更好的条件.

图3 两人在发力阶段人杠重心间距比较

从图3中我们看到在整个发力阶段郑志盛的人体和杠铃重心的间距比张平大，并从曲线的趋势来看，张平在发力阶段开始到结束重心间距一直变小，说明张平在发力的同时积极地把杠铃尽量拉近身体，减小阻力矩，目的是使杠铃和身体在接下来的动作阶段人体和杠铃合重心线接近支撑面中心，增加支撑稳固性，这样便于集中全身的力量举起杠铃；郑志盛在发力阶段重心的间距比张平大，并且发力结束时人体和杠铃重心的间距有拉大的趋势.若横杠远离人体重心，一是加大了重力矩，二是人杠共同重心的作用线就会超出支撑面移到足尖前面，身体将产生扭转力矩，迫使身体重心在后继动作阶段中重心向前移动，就是能使杠铃勉强提起，因杠铃阻力矩大于肌力矩而易造成杠铃前掉.

因此只有杠铃贴近人体，缩短阻力矩，才能最有效的充分发挥人体的上拉力量.

2.3.2 动力学分析

图4 张平的抓举动作 Fz—T 曲线图

图5 郑志盛的抓举动作 Fz—T 曲线图

图6 张平的抓举动作 Fx—T 曲线图

图7 郑志盛的抓举动作 Fx—T 曲线图

图8 张平的抓举动作 Fy—T 曲线图

图9 郑志盛的抓举动作 Fy—T 曲线图

表3 两人在发力阶段 Fz方向上的爆发力与峰值比较

表3 中，在发力阶段郑志盛的爆发力 15265.4N·m/s 比张平 15461.7N·m/s 大 196.3N·m/s;但郑志盛的峰值 2840.2N比张平 2787.5N 小 52.7N.

从表3中的数据可以看出郑志盛在发力阶段爆发力大，说明郑志盛能够更好地通过伸髋伸膝使身体上强大的肌群在发力中快速发挥出来；但是在发力结束他的峰值没有张平大，说明张平在发力阶段能发挥更大的肌力，举起更大的重量.

因此，要想获得一个适宜的速度和必要的高度，我们只有在发力阶段更好地把握动作技术，才能为后继的下蹲支撑阶段做好力学准备.

在运动生物力学的研究中冲量变化的大小，常与最大力值结合起来评价运动员的技术发挥水平.

表4 两人在发力阶段 Z、X、Y 方向上的冲量值

从表 4 中我们可以看到，在 Z 方向上张平的冲量 645.4 N·S 比郑志盛冲量 631.1N·S 大了△I＝14.3N·S，根据动量定律 Ft＝mV2－mV1，物体速度的变化量等于受到的冲量，张平比郑志盛的冲量大，杠铃质量相同的情况下，杠铃所获得的速度也就大，即更容易完成动作（或举起更大的杠铃重量）.

在表 4 中，张平在发力阶段 X 方向上冲量绝对值 7.1N· S 比郑志盛绝对值 4.6N·S 大 2.5N·S，说明张平在发力过程中，产生了左右分力，削弱了上拉的力量，要成功完成动作，必须分出一部分力量来积极调整身体，因此在发力阶段，说明郑志盛比张平在左右方向上晃动要小一些.

在表 4 中，郑志盛在 Y 方向上冲量 14.3N·S 比张平12.9N·S 大 1.7N·S，说明张平在前后方向上能够很好把握动作技术；但两人在前后方向的冲量值均比较大，因此两人在前后方向上产生了无效的水平分力，向后的水平分力不仅削弱上拉的力量，并且导致杠铃在上升过程中过大的向后运动，向前的分力可能导致掉杠.

所以，在 X、Y 方向上的分力越大，损失向上的力量越大，并且完成抓举动作失误的可能性也越大.

3 结果与分析

3.1 发力阶段：开始发力时相两人的髋、膝关节角度偏小，肘关节角度偏大；在发力阶段张平把杠铃更拉近人体重心，减小阻力矩；张平的爆发力小于郑志盛，但张平的峰值大于郑志盛；张平在 Z 方向上的冲量值较大，发力较好；张平在X方向不太稳；郑志盛在Y方向上不太稳.

3.2 建议张平在开始发力时相还要稍增大髋膝角度，减小肘关节角度；在上举阶段克服左右晃动.

3.3 建议郑志盛适当增大握距；在提铃和发力阶段动作要连贯；加强力量练习.

〔1〕刘学贞，等.对抓举引膝提铃和发力阶段动作的生物力学诊断[J].北京：北京体育大学学报,1999（3）.

〔2〕陆爱云,等.不同重量下男子抓举动作的生物力学特征[J].上海体育学院,2000（3）.

〔3〕张贵敏，等.我 国 优 秀男子举 重 运动员技 术 监 测分析[J].中国体育科技，2003（7）.

〔4〕章旌红.举重发力动作的运动生物力学分析[J].浙江体育科学,2000（6）.

〔5〕陆爱云，等.不同重量下男子抓举动作的生物力学特征[J].上海体育学院报，2000（3）.

〔6〕刘卉.三维摄影解析中人体关节角度的计算方法[J].北京体育大学学报,2004(6)：27.

G884

：A

：1673-260X（2016）02-0186-03

2015 年 12 月 8 日

中央高校基本科研业务费专项基金项目资助（31920150153）