几种背越式跳高过杆技术的生物力学分析*，本文主要内容关键词为：跳高论文,几种论文,力学论文,生物论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
第1作者简介：刘建国，男，1945年3月出生，副教授。
摘要 为探索一种理想的过杆技术，本课题通过高速摄影和影片解析分析了国内外优秀背越式跳高选手的五种过杆技术。在离地瞬间他们获得较大的垂直分速、腾起角、合理的偏心角和身体总角动量的情况下，倒7式技术的△H和过杆时间分别是-4～2厘米和0.39秒，其它姿势为8.6±4.35厘米和0.466秒。倒7式选手的身体各环节过杆时能适时达到最快的角速度和线速度。证明倒7式是一种适应快速助跑起跳的简洁、快速、经济、实用的过杆技术。
关键词 倒7式过杆技术 内倾角 垂直分速 角速度 角动量
Biomechanical Analysis of Several Clearing Techniques of Fosbury Flop
Liu Jianguo,et al. 1995,15(3):37
(Hebei Normal University,Shijiazhuang,China 050016)Abstract 5kinds of clearing techniques of 36 world and Chine-se advanced floppers were analysed with high speed camera and computerized film analyser to search for the best one.It was found that at the moment of a quick vertical velocity,larger flight angle,proper decentring angle and fair total angular m-omentum takeoff,the △H and clearing time were-4～2cm and 0.39sec respectively for levelly lying 7 style and 8.6±4.35cm and 0.466sec for other styles.During the bar clearing oflevelly lying 7,jumpers'body segments timely got the fastestangular and linar velocities for clearance,leading to a veryquick bar clearing.Levelly lying 7 style was thus proved afast,simple,economic,and practical clearing technique thatfit fast run-up and takeoff.Key words Fosbury flop,levelly lying 7 style,bar cleurance
1 前言
福斯贝里背越式跳高自1968年至今已经历了26个春秋，它的各部分技术正日趋完善，极大地推动了跳高运动的发展。背越式过杆姿势可分为5种：以福斯贝里为代表的平板式；以舍贝里为典型的大背弓式；以朱建华为代表的h形过杆姿势；以马泰为代表的空翻式和以帕克林、科斯塔迪诺娃为代表的倒7式过杆技术。他们都有各自的优点。目前国内外有关研究背越式跳高助跑起跳的文章很多。但是对过杆技术中如何调整身体空中姿势，身体各环节过杆速度变化等定量分析的文章很少。本文运用运动生物力学的方法定量分析了1987年室内世界杯赛和1992年全国田径冠军赛等大型比赛中国内外优秀跳高选手的技术。从中找出适合快速助跑起跳的简洁、快速、经济、实效的背越式过杆技术。
2 研究方法与对象
2.1 研究对象：世界优秀男女跳高选手18人次和国内优秀跳高选手18人次，共计36人次。成绩是2.04～2.44米。
2.2 研究方法：在河北省八运会，天津五省区田径赛和全国冠军赛中，用“春风”牌高速摄影机，以96格／秒的速度定点拍摄了我国14名优秀选手的技术。摄影机位置如图，主光轴正对横杆横截面，此位置与Dapena在1987年室内世界杯赛中拍摄位置一致。距离18米，机高1.20米，从倒数第二步开机至落地停机。然后用“JTK-1”型影片解析仪定量分析他们的技术，数据解析从倒数第二步离地至过杆后即将落地。
图1
3 结果与讨论
3.1 良好的起跳技术是顺利过杆的可靠保证
跳高技术是由助跑、起跳、过杆和落地四个部分组成的有机整体。只有各部分之间相互有效地结合才能取得理想的成绩。过杆时身体转动所需的角动量只能从助跑起跳获得。因此起跳技术的合理与否直接关系着过杆动作的完成。起跳时各项技术情况见表1，从表1可看出：采用倒7式过杆技术的选手与采用其它过杆技术的选手一样，在起跳离地瞬间他们的身体重心的腾起水平速度是3.38±0.47米／秒；垂直分速达4.34±0.30米／秒，最快的4.50～4.70米／秒；腾起角为52.1±4.44度；突出表现出现代跳高的快速助跑起跳的特点。这为他们获得理想的身体重心腾起高度提供了保证。
表1 起跳时各项技术参数
注：世界优秀选手的数据来自Dapena在1987年室内世界杯赛跳高生物力学分析
3.2 过杆时肢体变化对△H值的影响
3.2.1 身体重心达最高点瞬间运动员肢体位置对△H的影响
众所周知跳高的有效高度H=H[,1]+H[,2]+H[,3]-△H。欲想获得优异成绩，在取得良好的H[,1]、H[,2]、H[,3]的基础上，必须通过肢体的变化减少△H的值。从表2可看出：当身体重心达最高点时，倒7式选手的头部在杆下28.5厘米处，左右肩在杆下7～8厘米，左右髋在杆上最高点23和13厘米，两膝稍低于髋在杆上17～18厘米。左右踝在杆下62和41厘米处。此瞬间他们的身体姿势是典型的倒7形。而其他选手的头部在杆下13.5厘米，左右肩基本与杆平，左右髋在杆上22～16厘米，两膝在杆上2～4厘米，两踝在杆下45～43厘米处。通过上述分析可知此瞬间倒7式技术比其它技术更合理。从减少身体重心与横杆的距离△H的值来看（表略），倒7式的△H是-4～2厘米；前世界纪录保持者帕克林和当今世界纪录保持者的△H为零；我国优秀选手张宏伟的△H是-4厘米，即在杆下4厘米。其它过杆姿势的△H是9.6±4.25厘米，即在杆上。由于平板式技术是福斯贝里创造背越式跳高时采用的，△H值比较大，在杆上8厘米处。大背弓式的是5～7厘米，最好的仅3厘米，是个较理想的△H值。由于身体在空中形成充分的大背弓，增加了在杆下身体环节的过杆时间、难度和碰杆的机会。而朱建华采用的h形技术是适合快速助跑起跳；在过杆时由于不下放摆动腿，髋部很难挺出，为了弥补此缺点故外展摆腿可适当带髋送出。但是由于人体结构的限制，故△H值较大，在杆上8～15厘米。马泰的空翻式是在臀部过杆后采用了同时屈收下肢成团身后空翻式过杆。这种技术要求收腿适时，另外落地存在一定的危险性，技术相对复杂。这可证明倒7式过杆技术是一种简单实用理想的过杆技术。
3.2.2 膝关节达最高点时运动员的位置对△H的影响
从表2可见采用倒7式技术的选手在此瞬间头部处在杆下最低点-60厘米；左右肩分别是-31厘米和-45厘米；左右髋在杆下-2和-7厘米；只有膝、踝在杆上。而其它技术的选手由于头的前屈使右肩处于最低点即杆下-39厘米；头在杆下-36厘米；左右髋是-12和-21厘米；表明有些屈髋，引起了两踝更接近横杆，这些不适时的动作增加了碰杆的机会。与此相反在身体重心过最高点后，倒7式选手继续仰头、沉肩、拔腰、挺髋，利用空中人体的相向运动，头、肩和上体加速下降必然造成腿部的升高。保证肢体在过杆瞬间均处在最高点。这无疑减少了碰杆的机会。当膝关节达最高点时，头、肩、躯干、臀部和大腿的上部已顺利过杆，仅有大腿下部和小腿处于杆下，整个身体形成一个悬挂的7式。表现出良好过杆的效果。
表2肢体与横杆的差（单位：厘米）
3.3 快速过杆减少碰杆机会
3.3.1 从过杆时间看过杆动作效果
运动员过杆时，在杆上停留的时间越长，杆上动作越慢，肢体碰杆的机会越多。而快速助跑起跳和简洁的过杆动作是取得成功的保证。从对国内14名优秀选手开始攻杆至踝关节达最高点所用时间的测定表明：倒7式选手（4名）的平均时间是0.39秒，而其它选手（10名）的平均时间是0.466秒。这表明倒7式技术能减少碰杆的机会。
3.3.2 过杆时肢体的角速度与过杆动作的效果
人体进入腾空后必然遵循动量矩守恒定律：J（角动量）＝W（角速度）×I（转动惯量）。公式中的I=M（质量）×R[2]（转动半径）。在运动员正确起跳后，身体立即获得由偏心推力所产生的角动量J，而J和M均为常量。如果想加快翻转角速度，就必须通过改变其M的分布，缩短转动半径，即及时减少I，可增加W角速度。因此，运动员能否利用身体各环节的伸屈来改变身体姿势，使身体正在过杆的瞬间处于尽可能高的位置是评价过杆技术是否合理的一个标准。
表3结果表明：肩至最高点时人体开始攻杆，头的角速度为最大，倒7式选手的角速度是-386.4度／秒，其他选手的为—329.5度／秒，倒7式选手比其他选手快56.9度／秒。倒7式选手躯干的角速度达—274.5度／秒，其他选手的是—267.4度／秒，倒7式选手快7.1度／秒。右臂、头、肩和躯干的运动是向过杆方向即为负值。由于右臂、头和躯干的快速翻转，左臂、大小腿做相向运动，摆动腿（右）大腿向下放，其角速度是138度／秒。为缩短转动半径，两小腿后屈与头的运动方向相反，故角速度为正值。其他选手的两小腿的角速度是16.5度／秒和10.7度／秒；倒7式的为36.7度／秒和41.1度／秒。此时相倒7式选手的快速攻杆动作比其他选手迅猛，这为下面的动作奠定了良好的基础。
表3 杆上四个时相肢体角速度的变化（单位：度／秒）
在身体重心达最高点时，上体已过杆，髋部达最高点，上体在双肩下沉的带动下继续快速转动。倒7式的躯干角速度是—238.4度／秒，快于其他选手的—208.4度／秒。头的角速度也快于其他选手。正准备过杆的大腿加速转动，倒7式的起跳腿的角速度是—225.4度／秒，快于其他选手的—211.7度／秒。倒7式摆动腿的角速度—148.1度／秒，其它的是—201.8度／秒。头和上体沿过杆方向的加速运动导致小腿的相向运动。倒7式选手的两小腿的角速度为57.9度／秒和116.8度／秒；其他的是17.6度／秒和147.2度／秒。以上数据表明倒7式过杆技术符合运动学原理。
在膝关节达最高点时，只有小腿未过杆。头部的角速度最大，倒7式的是429.5度／秒，其它式的为360.8度／秒。倒7式躯干的角速度是132.9度／秒，其它式的是115度／秒。这说明头和躯干的运动与过杆方向相反。由于相向运动导致大小腿加速翻转。倒7式两大腿的角速度是—584.6度／秒和—570.5度／秒，其它式的为—500.9度／秒和—458.7度／秒。均达最大值。倒7式的两小腿的角速度是—682.3度／秒和—628.1度／秒；其它的是—538.7度／秒和648.9度／秒。这时的动作为低头含胸，微屈腹，上体微上抬，逆时针运动；同时大腿带小腿沿顺时针方向向上运动，加大了小腿与横杆的距离，减少了碰杆的机会。这表明倒7式技术的过杆翻转速度快，有利于顺利过杆。
表4 杆上四个时相肢体的线速度变化（单位：米／秒）
踝关节达最高点时，继续低头、含胸、收腹，相向运动导致小腿向上伸直顺利过杆，完成整个动作。此时相小腿的角速度最大。倒7式两小腿的角速度是—731度／秒和—709.2度／秒，其它式的为—723.4度／秒和—698.5度／秒。躯干动作不大，简洁地完成了整个过杆动作。
四个时相中角速度变化的规律证明倒7式技术充分地利用空中肢体的伸屈来改变角速度的变化，使身体快速过杆的特点，并体现了减少多余的过杆动作的优越性。
3.3.3 过杆时肢体质心的线速度与过杆动作的效果
从表4可看出：在肩达最高点时，倒7式选手头部的速度是4.56米／秒，躯干的是3.97米／秒；比其他选手分别快0.35米／秒和0.21米／秒。小腿的速度也快于其他选手，体现了良好的攻杆动作。
身体重心达最高点时，髋部正处于最高点，头后仰，两肩积极下沉，倒7式的头和躯干的速度达3.78米／秒和3.64米／秒；大于其它式的3.66米／秒和3.31米／秒。而腿部做逆时针的相向运动，倒7式两腿的速度达3.55米／秒和3.31米／秒；分别比其它式的快3.46米／秒和3.09米／秒。这表明倒7式突出了头后仰，肩部下潜的特点，此瞬间形成了良好的倒7式的过杆姿势。膝关节达最高点时，倒7式的头的速度是4.12米／秒，其它式的是3.93米／秒。大腿速度达最大，倒7式选手的两腿的速度是5.73米／秒和5.27米／秒，快于其他选手的4.68米／秒和4.62米／秒。头逆时针方向运动，加快了大腿顺时针转动过杆。这样便加快了未过杆肢体的过杆速度，减少了碰杆的机会。
踝关节达最高点瞬间，伴随着小腿上伸动作的完成，整个过杆动作结束。小腿的速度达最大，倒7式的是7.07和7.16米／秒，明显快于其它式的6.94和5.96米／秒。这表明了倒7式过杆的快速与适时。
综上所述，倒7式过杆技术除存在其它过杆技术的优点外，而且具有简单、经济、实用和△H值小的特点。其动作过程描写为：左腿起跳为倒，起跳离地后人体向横杆上方飞进过程中，人体沿纵轴转动逐渐转为背对横杆，首先旋内上伸的右臂过杆，当头、肩超过横杆后，向后仰头、挺胸、拔腰、两臂下放靠近体侧，摆动腿在保持膝角的情况下稍下放，此时腰已达横杆上。随即继续仰头、沉肩、拔腰、挺髋、膝外分，小腿放松后屈，此时身体正交于横杆上；然后继续仰头、下沉肩、拔腰、髋部挺出于横杆上，身体呈卧7形。随后继续仰头、下沉肩、拔腰、挺髋，两大腿向上运动经横杆上方，膝达最高点，整个身体呈悬挂7形。紧接着低头、含胸、微屈髋、向上伸小腿，两臂位于体侧稍向体前伸，身体呈L形，以肩和上背着地。
4 结论
4.1 良好的助跑起跳技术是顺利旋转过杆的保障。
4.2 在过杆的各时空中肢体的适时合理的变化能取得理想的△H值、快速过杆及减少碰杆机会。
4.3 倒7式过杆技术是一种快速、简洁、经济、实用的过杆技术。
* 1994年广岛亚科会入选论文
（收稿日期 1994-11-20）