运动生物力学论文
运动生物力学是研究体育运动中人体机械运动规律的科学，它从力学角度和生物学角度进行研究，以解剖学、力学、生理学和各专项技术理论为基础，研究人体的动作技术原理，以及最佳运动技术。
可见，探讨运动力学的规律对运动员技能改进具有极高的参考价值。健身气功竞赛功法与太极推手进行力学对比，结合运动生物力学的相关原理，可以突破粗略描述性数据与定性经验，从而客观、精确地描述分析两者的力学特征，为运动员提高技能水平提供理论支持。
1 研究对象与方法
1.1 研究对象
健身气功竞赛功法与太极推手的力学。
1.2 研究方法
1.2.1 文献资料法 通过查阅中国知网，搜集关键词"健身气功""竞赛功法""太极推手""生物力学"等，共收集并查阅学术论文 101 篇。其中，集上述 3 个关键词于一身的论文共计 26 篇。通过上述论文研究的分类整理，我们制订出较为详实的实验与数据分析、处理的基本路向。
1.2.2 专家访谈法 鉴于此种研究的专业性与实验的信度与效度的保证，走访了中科院、北京体育大学运动力学等方面的专家与学者，咨询实验设计与数据处理的相关问题，为论文完善提供科学的参考。
1.2.3 实验法 按照既定的实验设计方案，我们采用 QUALISYS-MCU500 红外远射测试系统，对测试者的健身气功竞赛功法与太极推手进行定点的三维摄制，进而获取三维的运动力学方面数据资料。
QUALISYS-MCU500 红外远射测试系统对于受试者动作的同步测量省去了传统人工解析的工作，通过快速反馈避免了人工判读的误差，能够较为快捷、准确地获得三维运动学领域的数据资料。数据分析上，我们采用 Qualisys 系统程序，对于实验获得的数据进行运动学的指标统计与分析。本文的测试对象为健身气功竞赛功法的专业运动员、国家一级运动员，获得过全国健身气功竞赛功法大赛冠军。值得注意的是，这些运动员也曾经习练过太极推手，太极推手同样具有极高的理论支持与技术素养。
1.2.4 数理统计法 运用统计学原理对全部数据进行统计分析。
1.3 实验设计
1.3.1 准备阶段 本实验在实验场地架设QUALISYS-MCU 500红外远射测试系统，对 6 个镜头进行高度、俯度与焦距的调整，确保坐标框架处于中间略靠下位置，光点要适中。然后，按照实验要求，对测试者选择 18 个红外线反射点，在实验对象身上粘贴红外光点，提高实验精度，减少操作误差。考虑到健身气功竞赛功法的内容繁多，我们选取鹿奔动作作为分析的样本，系统拍摄频率为 100fps.
1.3.2 指标选取 按照健身气功竞赛功法、太极推手动作要点以及具体实验要考察的问题，我们采用的主要目标是肩关节、肘关节、髋关节三维空间变化分析。
1.3.3 数据处理 本文实验的数据处理参考实验过程中对于受试者的光点粘贴进行定义，继而依据 Qualisys 系统程序计算各个光点对应的空间坐标系的三维坐标。然后，利用 Qualisys 系统程序中的相关计算对于数据的运动学指标进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 健身气功竞赛功法之鹿奔定式划分
按照健身气功竞赛功法的基本套路与专家的实验建议，我们在测试时只选择鹿奔动作右式，其基本动作划分如下。动作 1:右腿前跨步，做成右弓步，两手握拳划弧至胸前；动作 2:身体右腿上摆，两臂前伸，掌背相对；动作 3:左腿起跳，屈膝向上、向后摆，右脚落步，两臂外旋。
在对上述基本的动作定式进行划分之后，我们考虑了鹿奔动作的特点，将特征画面进行了详细的确定。所谓特征画面也就是各个定式的相互衔接点，对基本动作关节角度的分析和把握以及衔接点是否规整、画面是否确定都极为重要。在具体的数据分析中，我们对于特征画面关节角度与日常训练中的动作规格进行了较为深入的研判。例如，将鹿奔划分为 3 个基本动作阶段、5 个特征画面。（表 1）
2.2 健身气功竞赛功法鹿奔动作肩关节角度力学分析
我们注意到，在健身气功竞赛功法鹿奔动作的完成过程中，受试者肩关节带动手臂绕身体作屈伸状运动，受试者的右肩关节角度出现了 2 次上升的过程，从开始的 16°上升至 112.8°，肩关节趋于稳定，随后角度下落至 28.1°，又回升至55°后，最后停在 14.2°。从表 2 我们看出，受试者背部呈现"横弓"状时，受试者需重心后移并内旋两肩确保肩角度维持在 112.8°。在此阶段，两臂前伸促成肩部关节云门穴、肩骨禺穴、极泉穴、肩贞学以及肩井穴都得到了较为全面而充分的刺激。除此之外，右肩关节与两臂完成向上、前、下的动作中肩关节角度并未超过100°。从生物学的角度来说，此种动作有虚灵顶劲、气沉丹田之气势，利于习练者气血循环，调理肝气。从力学的角度来说，要确保整个鹿奔动作准确到位，充分体现出"横弓"状，必然对肩关节及其周围肌肉三角肌、背阔肌、小圆肌和肩关节柔韧度有较高的要求。这在平时的训练中应注意强化上述肌肉群的力量及柔韧度训练，通过持哑铃扩胸、卧推、负重臂外展等进行力量方面的训练，关节柔韧性训练采取拉肩、压肩、反臂前屈等进行柔韧性锻炼。
2.3 健身气功竞赛功法鹿奔动作肘关节角度力学分析
肘关节由尺骨、桡骨和肱骨 3 者相互构成关节面。其中，上肢与肘关节、肩关节相连，肩关节与肘关节的互动及其力学关系的形成对于准确实现上肢的鹿奔动作有较大的影响。我们注意到，在健身气功竞赛功法鹿奔动作的完成过程中，受试者肘关节作屈伸状运动，肘关节角度同样体现出上肢动作完整性与美观性的统一。从具体的动作分析，我们可以看到，受试者的右肘关节角度从动作初期的 142°下降到 38°，继而上升到 141°，然后下降到72.3°，之后又快速爬升为 142°，再降低为 105.5°，然后到达第 3 个波峰 158.1°，最后右肘关节趋向平缓。显然，上述过程中，身体肘关节角度上出现了 3 次波动较大的过程。从表 3 看出，右腿前跨步阶段，右肘关节的动作突然下降是为了实现力学意义上的力度的转移。从重心后移开始右肘动作出现第 2 次的波峰。此阶段肘关节角度达到 105.5°并持续较长时间，此时出现的波谷及时展现的是肘关节两臂内旋到整个肘关节屈伸的动作过程。受试者的肘关节动作幅度有较大的变动，屈伸出现了几个回合的转变，尺泽穴、少海穴、曲泽穴等都得到了较为充分的刺激，进而有效改善了练习者肘部的诸多气机，实现了活动肘部、舒心等目的。肘关节的屈伸对于曲池穴、小海穴等都有较大的刺激功能，进而实现穴位按摩、疏通经络的目的与作用。
需要指出的是，我们探讨的健身气功竞赛功法仅仅是鹿奔此一动作，而且囿于篇幅限制仅仅展现了鹿奔动作中的肩部、肘部动作的角度与力学分析过程。此外的膝关节、髋关节等角度的分析与力学展示遵循同样的趋势，而在具体数据上呈现出一定的差异。另外，健身气功竞赛功法中的其他动作，尽管在完成时动作急缓、重心起伏、移动幅度等层面存在差异，但在完成平衡性、柔韧性和跳跃性动作时，均注重身体对肩、肘、髋、膝等各个关节的作用力，表现出共同的力学特征。
2.4 基于系统程序的太极推手力学对比分析
太极推手作为太极拳的功夫之一，是在太极拳的盘架之上，2 人通过肢体的触碰来实现对手劲路的破解，通过肘、捋、挤、采等技法互相运化，实现制胜对手的基本运动。太极推手的力学特征主要强调的是顶劲、转劲、合劲 3 种基本的路向。
其中，顶劲考虑到了力学的基本原理与关节的角度，试图通过作用方向相反的 2 个力的对峙与相持状态来相互抵消。转劲则强化了力的方向的相反性，通过力的方向的翻转，实现两力作用从受控一方发生转移与翻转。合劲则强化了斜合劲、顺合劲、综合合劲的 3 种基本路向。（图 1）基于上述分析，受试者的太极推手中的顶劲运用从双手搭手开始，双方各自掤住对手。两力同时作用在一点上，力的作用大小是相等的而方向是相反的，两力随即呈现相互抵消的态势。转劲则是常用的动作力道，在太极推手中应用较为普遍。
在这个劲力中两力作用于两个肢体上，并通过肢体动作的转化，将我力与彼力共同转移到对方身上。从三维运动学测试的角度来说，太极八法劲力的外在路线是各不相同的，但都遵循太极拳因势利导、借力打力的原理。其中，掤法在路线上可走平圆亦可走立圆，下面就立圆掤法作三维影像分析。
从图 2 中我们可以看出，受试者重心在纵轴出现一个明显的波形变化的过程。显然，受试者的重心前移 0.42m 后，略后退至 0.30m,然后又前进到 0.46m,后又后退至 0.34m,最后在 0.39m 左右趋于稳定，这是在提示受试者先是经历了一个向后缓冲的过程，然后因势利导、借力打力地向前进攻完成了掤的动作。
从图 3 看出，受试者在掤法动作中的左右髋关节在纵轴显示位移的趋势和幅度是一致的，说明两髋的运动轨迹基本上一致，这就为受试者重心的稳固奠定了基础，从而做到"虚领顶劲，气沉丹田。不偏不倚，忽隐忽现。"3 结 论。
从上述的分析中，我们可以看出太极推手与健身气功竞赛功法力学分析的诸多异同。一方面，与健身气功竞赛功法相比，太极推手在力学上更为强调的是立身中正的特点。这意味着虚领顶劲、松腰座跨、尾闾中正等要求比健身气功鹿奔动作严格，也即要做到中正安舒、旋转自如、运用随心；另一方面，健身气功竞赛功法强化的是个人对于关节不同角度的作用力，以便完成难度较大的平衡、柔韧和跳跃性动作，而太极推手强调重心下降，以便增加下盘的稳定性。
参考文献：
[1] 陆爱云 . 运动生物力学 [M]. 北京：人民体育出版社，2010.
[2] 胡雁宾 . 优秀太极拳运动员 24 式太极拳主要动作的生物力学分析 [D]. 北京：北京体育大学，2003.
[3] 张蕊 . 核心力量训练的理性阐释 - 科学化训练新视角 [J]. 南京体育学院学报：社会科学版，2010（4）。