体育科学
2017年世界田径锦标赛男子100 m决赛生物力学分析
崔胜利1，温 杰2
(1.三明学院 福建三明 365004; 2.兴义民族师范学院 贵州兴义 5624002)
摘要 ：运用文献资料法、数理统计法与逻辑分析法对2017年伦敦世界田径锦标赛男子100 m决赛8名运动员进行生物力学分析。研究发现：大部分运动员最大速度出现在50～60 m分段，少部分出现在40～50 m或60～70 m分段；运动员出现摆动速度高于质心速度和摆动速度低于质心速度的情况，与运动员的跑动特点和速度节奏有很大关系； 辛比内和维考特属于步频型选手，其他运动员属于均衡型选手；大部分运动员在触地和离地瞬间两侧髋、膝两关节角度差异较大，这与运动员下肢力量不均衡有较大关系；大部分运动员支撑时间与腾空时间比在1∶1.30的范围内，少数运动员该项指标大于这个指数，减少腾空时间是提高成绩的关键。
关键词 ：男子100 m；生物力学分析；世界田径锦标赛
为科学有效地研究优秀田径运动员的技术规律及技术特点，国际田联在近几届世锦赛后会发布各个项目的生物力学报告，为广大教练及相关领域的学者们提供相关数据以便对各个项目进行深入研究。2017年国际田联世界田径锦标赛男子100 m生物力学报告是由利兹卡内基体育学院的Athanassios Bissas 博士、Josh Walker 博士、 Catherine Tucker博士和雅典国立和卡波季德里亚大学Giorgios Paradisis博士研究团队提供。本文将该数据作为依据分析世界优秀男子100 m运动员的跑动技术和跑动参数，为进一步提高我国男子100 m运动成绩提供科学的理论依据。
1 研究对象和研究方法
1.1 研究对象
以2017年伦敦世界田径锦标赛男子100 m决赛的8名运动员：GATLIN(加特林)、COLEMAN(科尔曼)、BOLT(博尔特)、BLAKE(布雷克)、SIMBINE(辛比内)、VICAUT(维考特)、PRESCOD(普雷斯科德)及SU(苏炳添)为研究对象。
治安保卫处消防大队一年来不断推进军事化管理，继一日生活制度、内务军事化、训练军事化以后，岗位大练兵活动也在不断规范推进中。通过规范岗位大练兵活动，补齐消防大队军事化管理“缺口”，为创造消防大队军营文化再添助力。
1.2 研究方法
1.2.1 文献资料法
2.2.1 专家的积极性 以回收应答率表示专家积极性，即专家对本研究的投入程度。本研究第1轮咨询专家应答率为93%，1名专家因出国未及时应答，第2轮咨询专家应答率为100%。
1.2.2 数理统计法
本文通过查阅中国知网、国际田联官网，查阅与100 m跑有关的报道、训练及运动技术分析的相关文章，并对短跑技术的文章进行重点阅读，为本研究提供可靠的理论依据。
运动员支撑腿在触地瞬间躯干与水平地面的夹角叫做躯干角。髋部是寰枢关节[5]，躯干姿势直接影响了髋部的运动自由度。因此，躯干姿态对于短跑技术具有重要影响。表6、表7中的数据表明：运动员平均躯干角为74.71°，左躯干角平均为74.31°，右躯干角平均为75.70°。躯干角过大或过小都会影响运动员跑动速度，躯干角过大导致运动员支撑腿蹬伸肌群不能很好发力，躯干角过小则会影响髋关节的灵活性和摆动腿的摆动幅度。两侧躯干角相差较大说明运动员两侧腿肌肉用力不均影响运动员向前的水平分速度。表6、表7数据显示：加特林、博尔特、苏炳添3名运动员两侧用力比较均匀，其他运动员存在较大差异，尤以科尔曼最明显达到6.9°，其次是普雷斯科德 6.3°明显两侧腿发力不均匀。
1.2.3 逻辑分析法
根据烟气露点，分别取60℃、50℃、40℃三个不同的设计排烟温度，及安装冷凝式换热器之前的正常排烟温度180℃。查询在这些温度下的烟气的各成分的比热，并且按照上式计算烟气的定压比热容，计算结果如表6所示。
结合数据与文献资料对运动员各环节进行逻辑分析，科学有效地分析并解释运动员的各项指标。
2 结果与分析
2.1 起跑反应时、分段时间与分段速度分析
2.1.1 起跑反应时
综上所述,采用克罗米芬联合绒毛膜促性腺激素、人绝经促性腺激素治疗妇科内分泌失调具有显著效果,能够有效提高患者卵泡雌激素及雌二醇水平,降低不良反应发生,促使患者尽快恢复健康。
途中跑以后，主要任务是迅速达到最高速度，使最高速度保持较长时间[2]。表1、表2及表3数据表明：8名运动员中除布雷克外其他运动员在50～60 m出现最大速度及用时最短，其中南非选手辛比内在50～60 m阶段出现最大速度11.90 m/s，用时0.84 s；其次是博尔特 11.76 m/s，牙买加运动员布雷克在80～90 m才出现最大速度并保持，但其加速节奏呈不断增加趋势，苏炳添在40～50 m出现最大速度。在保持速度方面，加特林保持最大速度的距离为20 m，可以看出其保持速度能力强；美国新秀科尔曼加速能力和保持速度能力较强，在前60 m领先加特林，最后40 m被加特林超越，说明较丰富的比赛经验也是取得比赛胜利的关键因素，我国运动员苏炳添与欧美运动员仍然存在一定差距，最大速度为11.24 m/s，且保持速度能力出现在40～80 m。从生理角度分析，相对有控制、有节奏的匀加速，能使神经、肌肉系统始终处于适宜的应激水平，使能量供给和消耗节省化、效率化。因此，运动员想提高短距离项目成绩在训练中更应该强化速度节奏训练，才能进一步提高运动成绩。
表1 运动员每10 m分段时间 单位：ms
髋关节特定的解剖结构与肌纤维数量决定了髋关节对于短跑运动至关重要的作用。因此，髋关节一直被人们喻为是身体的“中心轴”。跑动过程当中双腿都是以髋为轴交替摆动，在下肢各关节中是关键发力关节[4]。徐伟峻在对国内一级健将运动员研究中指出在途中跑阶段支撑腿着地瞬间髋关节平均角度为(135.7±5.2)°。本次男子100 m决赛的8名运动员中，大部分都是一侧髋关节角大于140°，另一侧在130°～140°之间。着地瞬间髋关节角度在合理范围之内，在最大缓冲时刻和蹬离瞬间能更好地发力，动员更多的肌群，如果髋关节角度过小就会增大缓冲时间，较大会导致肌肉拉伸不充分，动员运动单位较少。
至于毛蟹和年糕的关系就有点复杂了。年糕本身没有味道，而且严格说起来不好算作小菜，放把荠菜进去那就是当点心的，一桌宴席要等到最后才能出场。酒过三巡，菜过五味，上点咸甜点心，这种时候才轮到年糕，一盘荠菜冬笋炒年糕放在春节也能挣得几声喝彩。
起跑的目的是在最短时间内获得最大的向前冲力，使身体迅速摆脱静止状态，为起跑后的加速跑创造有利条件。在运动员跑的能力相同或相近的情况下，起跑反应时的长短将直接影响最终成绩，对比赛结果起着至关重要的作用[1]。相关研究表明运动员在起跑至10 m所用时间与100 m成绩呈正相关。表1显示，美国运动员科尔曼反应时间最短，为0.123 ms，反应时间最长的是我国运动员苏炳添，为0.224 ms，其次是牙买加运动员博尔特，为0.183 ms。虽然博尔特在起跑反应时间上用时较长，但他在后程加速能力突出，苏炳添在比赛中未充分发挥出前程快的技术优势。
表2 每个运动员每10 m分段累计时间 单位：ms
表3 运动员每10 m分段平均速度 单位：m/s
2.2 平均步长、平均步频、步长指数与步宽分析
图1表明，博尔特在整个比赛中平均步长最大，达到2.44 m，其次是加特林和普雷斯科德，为2.27 m，最小为苏炳添2.08 m。但用平均步长来说明运动员成绩并不客观，因此，用步长指数来解释相对客观，所谓步长指数就是由步长除以身高所得，便于在不同运动员之间进行比较。研究表明：步长指数、步频指数分别达 1.20 和 8.00 以上者，可认为是均衡型选手；两项指数中一项明显高于上述标准，另一项明显低于时，可认为是以高那项见长型选手[3]。 图2数据表明：除辛比内和维考特低于1.20外，其他运动员均在1.21～1.25之间，说明辛比内和维考特属于步频型选手，其他运动员则属于均衡型选手。
图1 运动员平均步长
图2 运动员平均步长指数
表4 运动员平均步频与步宽
动作的最终目标也正是为提高运动员跑动速度，运动员质心速度直接影响运动员成绩优劣[4]。表5的数据表明，加特林、博尔特、维考特与普雷斯科德的步速高于质心速度，科尔曼、布雷克、辛比内与苏炳添步速小于质心速度。一般训练理论认为，运动员跑动中下肢、上肢摆动速度与质心速度相差较小是理想中的水平，摆动速度高于质心速度是当前优秀短跑选手的跑动特点，靠较快的摆动速度带动质心速度的提高，如果摆动速度过大，质心速度较小，说明在速度上出现脱节，会在一定程度上影响比赛的成绩。
2.3 运动员步速、质心速度分析
速度是田径短距离跑项目永远不变的核心内容，改善技术
表5 运动员平均步速与质心速度 单位：m/s
表4数据表明：在每10 m分段平均步频中，辛比内和苏炳添最高，为5.0 Hz，其次是科尔曼 4.95 Hz ，第三为维考特4.90 Hz，苏炳添与辛比内步频高是因为身高矮，步长短，靠频率来提高速度。从步宽来看，加特林、博尔特与苏炳添步宽较小，步宽较小说明运动员直线性速度损失小，步宽越大运动员中线左右晃动较大，直线速度损失较大，部分运动员跑动中步宽较大是因为身材较宽导致，也不能说明其直线速度较差。
2.4 运动员支撑腿在触地、离地瞬间各环节角度分析
髋关节、膝关节、踝关节三个关节是短跑技术分析中最关键环节，它们的指标能够在很大程度上影响途中跑中肌肉的发力状态，从而反映运动员在完成某一技术动作或技术环节的效果情况[4]。
2.4.1 运动员支撑腿触地瞬间各环节角度分析
运用SPSS17.0对相关数据进行统计分析，为本研究提供数据支撑。
2.1.2 分段时间与分段速度
本次项目区终端水价的测算采用方法3，斗渠渠道水利用系数为0.88。因此，桃花山镇农民用水者协会管辖范围内提水灌溉和自流灌溉的终端水价分别为0.147元/m3和0.065元/m3；调关镇农民用水者协会和东升镇农民用水者协会管辖范围内的终端水价为0.081元/m3，具体见表3。
支撑阶段中，支撑腿膝关节的运动是依靠髋关节的带动而进行快速的下压与后摆，膝关节的运动也可看作是髋关节的随动动作，此时膝关节伸肌肉群的工作方式是退让性工作。也就是说膝关节主要承担重力负荷，让各种力得到合理有效的传递。有研究认为美国优秀百米短跑运动员途中跑着地瞬间的角度为 144.4°左右，着地瞬间至缓冲时刻变化是3°左右[6]。表6、表7数据表明：当前优秀短跑运动员在着地瞬间膝关节角度一般在143.4°～168°之间，并且出现左右腿不均衡情况，其中最大的是苏炳添23.1°，其次是博尔特 16.6°，其他运动员差异则相对较小。
踝关节的解剖结构特点使得踝关节能够在短时间内承担较大的负荷，这对于百米短跑是至关重要的。跑动中踝关节的角度一是与运动员踝关节伸肌群的肌力与柔韧性有关，二是与运动员脚着地瞬间的着地姿势的习惯性有关[4]。国内优秀运动员在这个指标上与国外优秀运动员差别不大，在120°左右，但也出现左右踝关节角度差异较大的情况。
表6 第1～4名运动员支撑腿着地瞬间相关角度 单位：(°)
表7 第5～8名运动员支撑腿着地瞬间相关角度 单位：(°)
2.4.2 运动员支撑腿离地瞬间各环节角度分析
如图4所示,所有的子载波的调制频率谱的形状可知,在一个时域的正弦波n中,每个子载波的频率值的最大值处(高顶点处)对应的其他子载波的频率值均为零(低顶点处)。因此,在载波信号进行OFDM解调过程中,为了排除因其他子信道中信号的干扰而失真或者波形畸变导致的结果错误的影响,可通过计算该子载波对应点处的频率的最大值来提取出每个子信道符号。
通过对表8、表9计算可知，支撑腿离地瞬间8名运动员在离地瞬间平均髋角为(196.36±3.98°)，与文献中的相关研究(203.3±6.0)°相符。在蹬伸阶段有关肌群被充分拉伸，弹性势能转化为动能，从而带动摆动腿的摆动，如果在蹬伸阶段髋关节角度过大则产生向后的水平分速度和垂直方向的分速度增加，影响运动员向前的水平分速度；如果髋关节角度过小则蹬伸肌群不能充分拉伸，产生的能量较小，同样影响向前的水平分速度。
在蹬伸阶段运动员膝关节角平均为(154.06±5.11)°，标准差较小不存在显著性差异，国内运动员该指标相对偏大(165.5±24.6)°，不利于运动员在下一步的交替摆动，影响运动员身体重心的快速前移，因此，在训练中要注意蹬伸阶段膝关节角度过大。
踝关节角度与运动员伸肌群的肌力、柔韧性和着地姿势有关，2017年伦敦世界田径锦标赛男子100 m决赛中8名运动员平均踝关节角度为(138.83±5.42)°，国内相关研究为(139.5±7.22)°，区别不大，实践证明：只有合理地控制髋、膝、踝三个关节的弯曲角度，才能保持人体重心在水平线上向前移动，减少由于身体重心的起伏所损耗的功率，发挥出最快速度。
表8 第1～4名运动员支撑腿离地瞬间相关角度 单位：(°)
表9 第5～8名运动员支撑腿离地瞬间相关角度 单位：(°)
2.5 运动员支撑时间与腾空时间分析
世界顶级优秀的100 m运动员的每一个单步时间耗时基本都很短，并且支撑时间和腾空时间的比值基本接近 1∶1。表10中数据表明：运动员两脚平均支撑时间为0.093 s，平均腾空时间为0.121 s，支撑时间与腾空时间比为1∶1.30；左脚平均支撑时间为0.088 s，平均腾空时间为0.121 s；右脚平均支撑时间为0.093 s，平均腾空时间为0.117 s。从表10中发现辛比内左脚腾空时间最长为0.166 s，其次是博尔特 0.136 s，且博尔特左右脚腾空时间都超过平均值，造成腾空时间过长的原因与其身高有很大的关系。在支撑与腾空时间比值方面两位运动员也超过平均值，辛比内这一数值达到1∶1.98；维考特左右脚分别为1∶1.04与1∶1.20，最为合理。
表10 运动员支撑时间、腾空时间及支撑时间与腾空时间比
3 结论
(1)在运动员水平非常接近的时候，运动员的起跑反应时长短影响比赛结果；大部分运动员的最大速度出现在50～60 m分段，少部分出现在40～50 m或60～70 m分段；运动员的速度节奏达到最大速度后，运动员的速度保持能力优劣及保持距离长短直接影响比赛成绩及结果；运动员出现摆动速度高于质心速度和摆动速度低于质心速度的情况，与运动员的跑动特点和速度节奏有很大关系。辛比内和维考特步长指数低于1.20，属于步频型选手，其他运动员均在1.21～1.25之间，其他运动员属于均衡型选手。
(2)在着地瞬间，8名运动员平均躯干角为74.71°，髋关节角一侧大于140°另一侧在130°～140°之间，膝关节角度在143.4°～168°之间，平均踝关节角在120°左右。在离地瞬间，平均髋角为(196.36±3.98)°；膝关节角平均为(154.06±5.11)°；平均踝关节角度为(138.83±5.42)°。但大部分运动员在触地和离地瞬间两侧髋、膝两关节角度差异较大，与运动员下肢力量不均衡有较大关系。大部分运动员支撑时间与腾空时间在1∶1.30的范围内，少数运动员该项指标大于这个指数。因此，只要改进运动技术，减少腾空时间，还有成绩提升空间。
铂金的小兄弟钯金，钯同铂、铑、钌、铱、锇同属铂族金属化学符号为Pd，原子序数46。钯呈现有光泽的银白色金属，钯在铂族元素中的熔点最低。钯的密度也最低的一种。我曾给我太太买过钯金的首饰，因为密度相对低，同样的克重可以做的体积更大。近年萧邦、卡地亚、帕玛强尼、雅典都推出了钯金表壳的表款。
参考文献 ：
[1]张殿亮.第29届奥运会短跑运动员起跑反应时的比较研究[J].肇庆学院学报,2010(8):60-63.
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[3]劳力.世界男子百米飞人之战[J].田径，1997，15(10)：9-11.
[4]徐伟峻.男子100米途中跑阶段支撑技术环节的生物力学特征分析[D].上海：上海体育学院，2011.
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[6]文超.田径运动高级教程[M].北京:人民体育出版社,2004.
Biomechanical Analysis of Men 's 100m Finals of the 2017World Athletics Championships
CUI Shengli1, WEN Jie2
(1. Sanming University, Sanming, Fujian 365004, China; 2. Xingyi Normal University for Nationalities, Xingyi，Guizhou 5624002, China)
Abstract :The biomechanical analysis of 8 athletes in the men's 100m finals of the 2017 world athletics championships in London was carried out by the methods of literature, mathematical statistics and logical analysis. The study found that the maximum speed of most athletes appeared in the 50-60 meters section, and a small number of athletes in the 40-50 meters or 60-70 meters section; the swing speed of athletes is higher than the speed of the center of mass and the swing speed is lower than the speed of the center of mass. SIMBINE and VICAUT belong to the footstep type and other athletes belong to the balanced type. Most athletes have great difference in the angle of both sides hip and knee joints at the moment of touching the ground and leaving the ground, which is related to the imbalance of lower limb strength of athletes. Most of the athletes' supporting time is within the range of 1:1.30 and the lifting time is greater than this index for a few athletes. Reducing the lifting time is the key to improving performance.
Key words :Men's 100 m; biomechanical analysis;World Athletics Championships
收稿日期： 2018-12-09
Doi:10.16813/j.cnki.cn35-1286/g4.2019.02.016
作者简介： 崔胜利，男，河北保定人，三明学院体育学院讲师，博士，主要研究方向：体育教育训练。
基金项目： 2017年三明学院引进高层次人才科研启动经费支持项目(17YG04S)；福建省中青年教师教育科研项目(JAS180461)。
中图分类号 ：G80
文献标识码： A
文章编号： 1673-4629(2019)02-0090-07
〔责任编辑：巫永萍〕