立定跳板跳水起跳阶段人体动作生物力学特征

　　跳水是中国奥运优势项目，追求“难、稳、准、美”,起跳是实现这些技术的关键。跳水的起跳动作是通过人体各环节协调配合完成的，对立定跳板跳水起跳阶段人体环节运动的生物力学特征进行研究，为跳水运动训练提供科学依据，对中国跳水项目的发展和奥运战略都有深刻的实践意义。

　　1 研究对象与方法

　　1. 1 研究对象

　　以广东省体育运动技术学院奥运冠军何冲等 7 名现役跳水运动员为研究对象，身高： （ 1. 64 ± 0. 07） m ,体重： （ 53. 83 ±5. 57） kg ,年龄： （ 20. 2 ± 1. 7） y ,运动等级均为健将级以上（ 含健将级） ,其中国际健将 1 名。

　　1. 2 研究方法

　　1. 2. 1 文献资料法

　　本研究从中国期刊网上搜索查寻了 13 种体育类核心期刊、中国期刊全文数据库以及中国优秀博硕士学位论文全文数据库中有关跳水技术训练与技术分析的文献五十余篇，并进行了分析研究。

　　1. 2. 2 影像分析法

　　使用日本 NAC 牌高速摄像机（ 200 Hz） 及 SONY DSR -PD190P 常速摄像机（ 50 Hz,因某些比赛现场条件限制，使用操作简单的常速摄像机） 在比赛或训练现场从跳板的正侧面进行平面定点定焦拍摄，拍摄距离为 15 m,主光轴与运动平面垂直，在跳板以上 1. 2 m,比赛前后将自制标尺立于跳板上，拍摄标尺完整图像。根据裁判打分或教练员评价，选取运动员较好动作（ 3m 板/205B） 进行解析。使用 APAS 软件和汉纳范人体模型对图象进行解析，原始数据平滑处理采用低通滤波平滑方法，截断频率为 8. 0 Hz.

　　1. 2. 3 测力鞋垫测力法

　　采用 NovelPedar 足底压力分布测量系统测量立定跳板跳水起跳阶段的人板力学数据。根据裁判打分或教练员评价，选取运动员较好动作（ 3m 板/205B） 进行分析。

　　1. 2. 4 数理统计法

　　对所收集的文献数据和解析数据运用 Microsoft Office Ex-cel 2007 进行数据统计处理。

　　2 结果与分析

　　本研究把压板开始时刻统一定义为零时刻，其他时刻点都相对于该点时刻计算[1].七名运动员都做到“合板”,所有的运动学数据都采用右侧肢体数据。在关节蹬伸“角度-时间”曲线上升过程中出现两个明显的拐点，两拐点之间的角度变化比较平缓，将第一拐点前期的蹬伸称为“预蹬伸”,第二拐点后的蹬伸称为“积极蹬伸”[1].

　　2. 1 立定跳板跳水起跳阶段人板关系的生物力学分析

　　2. 1. 1 起跳压板结束时刻人体姿态特征

　　立定跳板跳水起跳阶段，压板结束时刻跳板弹性形变幅度最大，根据虎克定律，其产生的反弹力也最大。人体关节蹬伸（ 摆动） 产生的压力与跳板的反弹力在垂直方向上应该是一对作用力与反作用力，那么根据牛顿作用力与反作用力定律，这一对力应该是大小相等，方向相反的，所以人体通过关节蹬伸（ 摆动） 产生的足底压力也应该达到最大，人体处于各关节相互配合产生最大蹬伸（ 摆动） 力的姿态。

　　刘卉[2]在其论文中曾提到，“膝关节的蹬伸和摆动臂、摆动腿的向上摆动都将对板产生向下的作用力，这种作用力在板下降时作用将更有效地使板继续下降”.而在板上升时继续向上摆动将使人对板的作用力与板给人的作用力相反，影响用板效果。对于同一问题徐益明在其跳水训练手册中也曾提到“当蹬板结束板端处于最低位置时，膝关节应伸直或接近伸直”.

　　跳板反弹时，必须充分伸直膝关节才能最大限度地接受跳板反弹力。本研究表 1 显示，在压板结束时刻，七名运动员膝角均值为（ 124. 9 ± 5. 6） °，髋角均值为（ 122. 4 ±14. 7） °，踝角均值为（ 92. 9 ±10. 5） °，肩关节角度均值为（ 118. 9 ± 17. 4） °。说明七名运动员在压板结束瞬间膝、髋关节都没有伸直，而且世界优秀运动员何冲此刻踝、膝、髋三关节角度都小于其他六名运动员。那么，起跳阶段人体各关节的蹬伸（ 摆动） 和板尖位置的关系应该是怎样的呢？

　　2. 1. 2 起跳阶段人体运动与板尖位置关系的生物力学

　　表 2 显示，压板结束时刻均值是（ 0. 274 ±0. 020） s,弹板开始时刻均值是（ 0. 323 ± 0. 029） s,积极蹬伸开始和结束时刻分别是（ 0. 249 ±0. 0212） s、（ 0. 410 ±0. 037） s.压板结束时刻在积极蹬伸开始后，位于整个积极蹬伸阶段的前期。人体蹬伸压板至最低点，板尖在最低点有一段持续时间，称为“板尖低点持续时间”.何冲持续时间最长为 0. 07s,七人均值为（ 0. 049 ±0. 012） s.压板结束，弹板前期，人体环节都在积极蹬伸，借助跳板反弹力起跳。

　　为了进一步了解人体运动与板位置变化的力学关系，选择其中五名运动员，对人板间力的变化进行了测量。图 1 显示，单次预摆和最后起跳的人板作用力曲线都是一条平滑的钟形曲线。在最后起跳的曲线顶部存在一些小小的“平台期”,这就是“板尖低点持续时间”,人体各关节持续蹬摆产生最大力量的时期。

　　在合板情况下，跳板在人体关节蹬伸（ 摆动） 产生的压力作用下的形变和形变恢复过程都是逐渐展开的（ 图 1） .根据虎克定律，在弹性形变范围内，跳板形变大小与其产生的反弹力成正比，也就是说跳板反弹力在起跳过程中是逐渐增加和减小的。所以人体关节蹬伸（ 摆动） 产生的压力也是逐渐增加和减小的。板尖最低点跳板反弹力最大，人体关节蹬伸（ 摆动） 力也最大，板尖低点持续时间是积极蹬伸产生压力最大的时间，压板结束时刻在积极蹬伸阶段的前期（ 表 2） .根据冲量定理 Ft= mΔv,板尖低点持续时间越长，越有利于冲量的累积[3],从而增加人体起跳速度。

　　根据人体关节运动的生物力学规律，肩、髋、膝、踝等关节要具备最优的角度搭配才能产生最大压板力矩[4],否则压板幅度将大打折扣。结合人体环节运动的生物力学规律，本研究建议立定跳板跳水起跳压板结束时刻，髋关节角度在 90° ~ 120°之间，膝关节角度在 120°左右。

　　另外，图 1 显示，在压板结束时刻，运动员“脚尖、踝关节、肩关节”三点几乎在一条垂直线上，“三点一垂线”的动作，使人体重心位于足支撑点的正上方，有利于人体垂直速度的增加。

　　此刻，何冲、吴两人身体屈曲程度明显高于其他五名运动员，特别是髋关节，两人髋角是 91. 8°、115. 1°，远小于其他五名运动员。这使得在压板结束后两人各关节有更多的蹬伸空间，有利于蹬伸压板，所以两人板尖低点持续时间都比较长（ 0. 07s、0. 06s） .