短跑途中跑支撐階段影響水平速度因素的運動學分析

沈士達，李 群

短跑途中跑支撐階段影響水平速度因素的運動學分析

沈士達1，李 群2

運用激光測速系統、運動學分析系統以及多參數同步觸發系統，在上海2名優秀短跑運動員的100 m跑訓練過程中進行測試，將運動員100 m途中跑支撐階段的運動學參數與人體運動的水平速度進行同步分析，來揭示短跑運動員100 m途中跑速度的變化規律，討論和分析短跑運動員100 m途中跑支撐階段的不同運動學參數的變化與人體速度的關系，為教練員和運動員提高短跑途中跑的速度和改進技術動作提供一定的數據參考和理論依據。

短跑；支撐；速度；運動學

短跑是世界體育史上最古老的競賽項目之一，它是速度力量型、以無氧供能方式跑完全程的周期性極限強度項目，其成績主要取決于運動員完成動作的功率和長時間保持最高跑速的能力。隨著體育競技水平和科學分析水平的提高、運動技術的日趨合理與完善，短跑的世界紀錄在不斷的被刷新，人類的極限也在一次又一次被打破。牙買加運動員博爾特在北京奧運會上跑出了9’69”的好成績，而在2009年世界田徑錦標賽又有了新的100 m世界記錄：9’58”。相比世界短跑而言，我國的短跑水平仍存在著很大的差距。目前我國男子短跑100 m的全國記錄只有10’17”，而200 m全國記錄也只有20’54”，所以對于我國男子田徑項目而言要想有大的突破，必須從運動員選材、訓練方法和技術上有所改進，在科研上仍需要不斷地探索，尋找一種適合我國運動員特點的技術方法。德國LDM 300C SPORT,LAVEG-SPORT激光測速系統是目前世界上先進的直線運動測速系統之一，系統結合激光技術、計算機技術，可以50 Hz頻率測量200 m范圍內直線運動速度，速度測量精度達到0.01 m/s，非常有利于短跑、跨欄、跳遠助跑、三級跳助跑、撐桿跳助跑等項目的訓練指導。本文從上海田徑隊2名運動員100 m跑訓練過程中途中跑的速度變化情況入手，并與運動解析的方法相結合，將2名短跑運動員途中跑單步過程中支撐階段的運動學參數與身體速度進行同步分析。來揭示短跑運動員途中跑速度的變化規律，討論和分析短跑運動員途中跑支撐階段不同運動學參數的變化與人體速度的關系，為教練員和運動員提高短跑途中跑的速度和改進技術動作提供一定的數據參考和理論依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象

上海男子田徑隊2名優秀短跑運動員。

1.2 研究方法

1.2.1 測試法

使用德國LDM 300C SPORT,LAVEG-SPORT激光測速系統、索尼攝像機以及上海體育科學研究所和同濟大學共同開發的同步觸發系統，在短跑運動員楊×和黃×100 m跑訓練過程中進行同步測試。激光測試系統的系統采樣頻率為50 Hz，攝像機速度為50場/s。其中激光測速為全程測試，錄像拍攝則是在途中跑50 m處。將所測試的激光測試數據導入電腦，使用激光測試系統自帶das3e軟件進行數據整理。通過Edius非編視頻編輯軟件進行視頻采集，用Aerial運動學分析軟件進行二維運動解析，獲取關鍵環節運動學參數。使用LaserVideo2.0同步數據分析軟件將激光速度數據和運動學參數進行同步分析。

1.2.2 分析法

將所得的人體速度曲線進行分析，并通過查閱相關文獻，與教練員進行交流來探討短跑運動員在途中跑中水平速度的變化規律。將人體速度數據與運動學參數同步分析，了解短跑運動員在支撐過程中身體速度的變化情況，以及不同運動學參數的變化對人體速度的影響，為教練員和運動員提供一定的數據參考和理論依據。

2 結果與分析

2.1 短跑運動員途中跑身體速度變化規律

傳統的測量人體速度的方法一般都是采用圖像解析，圖像解析是人工打關節點并進行計算得到，需要花費較多的時間。激光測速是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在該時段內被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度，相比而言激光所得身體運動的水平速度較為準確，而且能在現場得到速度曲線和數據，快速反饋。如圖1所示，短跑運動員的速度曲線隨著跑動水平距離的增加呈現周期性規律性變化。圖2為短跑運動員途中跑速度曲線與視頻同步圖，從視頻與激光速度曲線的速度同步中發現，短跑運動員在途中跑速度變化的一個周期即短跑的一步，短跑運動員水平速度在支撐離地結束后開始減小，到與地面接觸到最大緩沖階段身體水平速度達到最低，最大緩沖結束后支撐腿蹬地過程中身體重心速度開始增加，蹬離地面過程中達到身體水平速度的峰值。這說明短跑運動員在單步周期中，蹬地過程是短跑過程中速度增加的過程，騰空到著地緩沖為短跑過程中減速的過程。

2.2 短跑支撐階段影響水平速度的原因

支撐階段是每一個跑動周期的重要階段，其技術動作直接影響到身體重心速度的快慢。本文把支撐階段分為兩個部分：前支撐階段和后支撐階段，即從著地腳的腳尖前緣著地瞬間到垂直支撐（身體重心的投影在支撐點上）成為前支撐階段，從垂直支撐到腳尖前緣離地瞬間稱為后支撐階段。

2.2.1 前支撐階段影響水平速度的原因

表1中緩沖距離是指在前支撐階段身體重心沿水平方向移動的水平距離；著地距離是指在著地腳著地瞬間重心的地面的投影點離腳尖的距離。根據生物力學的理論和運動實踐,前蹬制動力是短跑的主要阻力之一，這種阻力的大小取決于腳著地瞬間相對于地面的水平速度[2]。運動員在腳著地時應增大著地角、減小著地距離，以減小水平方向的阻力及作用時間。因此，短跑項目的教練員在技術訓練中特別強調，運動員在腳著地時應盡量靠近身體重心的投影點，以增大著地角、減小著地距離，加大擺動腿的下壓速度。表1為楊×和黃×在單步周期過程中支撐階段的運動學參數表，從中我們可以看出：楊×和黃×的著地角分別為69.5°和71.7°，著地距離分別為0.418 m和0.348 m，著地前大腿下壓的角速度分別是863°/ s和970°/s，小腿的角速度分別是493°/s和630°/s。通過數據對比可以得出楊×的著地角度小于黃×，著地距離大于黃×，著地前大、小腿下壓的角速度小于黃×，積極主動“扒地”的能力相對不足，這說明楊×在著地過程受到的阻力相對較大，人體水平速度損失較大。

表1 短跑運動員的前支撐階段運動學參數對比Table Ⅰ Comparison between the Kinematic Parameters in Sprinter's Support Phase

如表2所示，從膝關節角度大小和變化，楊×和黃×與美國運動員相比無論著地瞬間還是最大緩沖階段膝關節角度均比較大。從變化幅度來看，黃×膝關節角度變化幅度大于楊×，且緩沖速度快，緩沖速度達到了29.7°/s，楊×膝關節緩沖速度只有19°/s，這說明楊×在前支撐階段緩沖能力相對較差，根據運動學原理，在途中跑中運動員擺動腿腳著地瞬間,形成支撐反作用力，此是阻力。同時腳的“扒地”動作產生的作用力，是動力。其不但有利于身體重心向水平方向快速位移，而且能提高進入緩沖階段的速度[3]。前支撐緩沖能力差將增加緩沖時間，使人體與地面接觸的阻力作用時間增加，導致身體水平速度下降，建議楊×在訓練中注重前支撐緩沖能力的訓練，以減少緩沖過程中的阻力。

表2 著地到最大緩沖階段膝關節角度變化TableⅡ Knee Joints Variations from Landing to Maximum Buffer Stage

由表3可以看出：楊×身體重心水平速度的最大值和最小值分別為10.14 m/s、9.17 m/s，差值為0.97 m/s；而黃×分別為10.65 m/s、10.12 m/s，差值為0.53 m/s。由此可知：黃×的重心水平最大速度比楊×的高，重心水平最大和最小速度的差值比楊×的小，這說明，黃×在支撐階段的著地阻力較小，速度損失較小，著地緩沖階段的技術要好于楊×。

綜上所述：楊×著地距離偏大，著地角偏小，緩沖距離過大，大、小腿下壓角速度較小，緩沖能力較差，使前支撐階段克服阻力的能力較小，造成了身體重心水平速度偏小；黃×著地距離和著地角適宜，大、小腿下壓角速度較大，緩沖能力較好，其身體重心的水平速度較楊×大，但是與美國運動員還存在一定的差距。因此可以得出：短跑支撐過程中減小著地距離、增大著地角、較快的下壓速度以及較強的緩沖能力有利于提高身體向前運動的水平速度。

表3 身體重心水平速度的比較（單位：m／s）TableⅢ Comparison between the Body Weight Horizontal Velocity (m/s)

2.2.2 后支撐階段影響水平速度的原因

后支撐階段是支撐階段的關鍵部分，因為后支撐階段的技術不僅直接影響到支撐階段的時間還直接影響騰空時間。如果后支撐階段的技術較好就會產生一個較適宜的騰起角和較大的騰起初速度，提高人體向前的水平速度。

在表4中后蹬角為后蹬結束瞬間，重心與著地支撐點連線與跑進方向水平線的夾角。后蹬距離是指在后支撐階段身體重心沿水平方向移動的水平距離。由表4可知，楊×和黃×在后支撐階段，后蹬角分別為61.8°和65.9°，均高于美國運動員后蹬腳56.6°，根據生物力學原理，后蹬角過大，將導致在后蹬過程中水平方向的分速度減小，垂直方向的分速度增大，造成騰空時的拋物線過高，騰空時間增長。所以建議楊×和黃×應盡量減小在后蹬離地瞬間的蹬地角，以提高后蹬過程中的水平速度。

后蹬距離就是短跑過程中人體發力的主要工作距離，后蹬時間是人體主要用力時間，運動員要在盡可能長的后蹬距離中，用盡可能短的后蹬時間髖、膝、踝關節進行發力蹬伸，使人體獲得向前運動的速度。表4表明：美國運動員的后蹬距離為0.73 m，楊×和黃×的后蹬距離分別為0.628 m和0.545 m，與美國運動員相比較楊×和黃×的后蹬距離較短，而他們的后蹬時間都較美國運動員長。從后蹬階段身體重心的水平速度的對比中可以發現，無論是黃×還是楊×在后蹬階段，水平速度與美國運動員相比較均相差很大。根據激光測速與視頻的同步中發現，后支撐蹬地過程是速度開始增加的過程，所以后支撐的加速能力對于短跑運動員至關重要。總體而言，楊×和黃×在后支撐階段，身體重心水平速度與美國運動員差距明顯，主要原因是楊×和黃×在后蹬過程中支撐腿蹬伸能力相對較差，導致后蹬距離短，后蹬時間較長，另外后蹬角度較小也會造成一定的水平分速度降低，造成后蹬階段身體水平速度較低。

擺動腿應與支撐腿緊密配合, 盡量快速擺動，只有加強擺動腿每個動作的實用性，才能做到以擺促蹬，增加身體重心的水平速度，提高短跑動作技術水平和運動成績[5]。表4表明，楊×在后支撐階段的擺動腿角速度為591°/s，低于黃×的631°/s。所以建議楊×進一步加快擺動腿擺動速度，充分結合支撐腿的后蹬以及擺動腿的擺動，以提高在后支撐階段的水平速度。

表4顯示：楊×的支撐時間和騰空時間為0.11 s和0.13 s，時間比為1/1.182；黃×的支撐時間和騰空時間分別為0.085 s和0.13 s，時間比為1/1.529；而美國運動員的支撐時間和騰空時間分別為0.095 s和0.113 s，時間比為1/1.189。從支撐時間和騰空時間的對比中可以看出，楊×在單步周期中支撐階段所占比重較大，且支撐時間比美國運動員長。這一方面是由于楊×在支撐階段的著地距離偏大、著地角偏小使得克服阻力不足而造成的，另一方面是由于其踝關節或小腿快速蹬伸力量能力較差所造成的。而黃×在單步周期中騰空階段所占比重較大，支撐時間較美國運動員短，但是騰空時間較美國運動員長，這是由于黃×的后蹬角大于美國運動員所造成的。

表4 后支撐階段運動學參數對比TableⅣ Comparison between the Kinematic Parameters in Latter Support Phase

綜上所述：楊×后蹬角較大、擺動腿的角速度較慢、踝關節的角速度也較慢、后蹬距離偏短、后蹬時間偏長，導致了支撐時間和騰空時間過長，不利于人體運動速度的提高；黃×后蹬角也偏大，后蹬距離偏短、后蹬時間偏長，但是其擺動腿的角速度較快，所以其身體重心的水平速度大于楊×，但是與美國運動員相比仍存在較大差距。所以后支撐階段較小的后蹬角、較快的擺動腿角速度、合適的后蹬距離、較短的后蹬時間可以使人體獲得較大的水平速度。

3 結論與建議

3.1 短跑運動員的速度曲線隨著跑動水平距離的增加呈現周期性規律性變化，以每一個單步為一個周期，短跑運動員途中跑水平速度在支撐離地結束后開始減小，到與地面接觸到最大緩沖階段身體水平速度達到最低，最大緩沖結束后支撐腿蹬地過程中身體重心速度開始增加，到蹬離地面過程中達到身體水平速度的峰值。這說明短跑運動員在單步周期中，蹬地過程是短跑過程中速度增加的過程，騰空到著地緩沖為短跑過程中速度減小的過程。后支撐的加速能力對于短跑運動員至關重要，所以建議短跑運動員在訓練中注意短跑后支撐階段支撐腿蹬伸能力的培養。

3.2 通過與美國運動員的數據相比較，楊×相對著地緩沖過程中，前支撐時間和前支撐距離相對長，且在前支撐階段膝關節緩沖能力相對較差，建議其在訓練過程中注意前支撐過程的緩沖能力，提高支撐腿踝關節積極主動“扒地”的能力。黃×則是前支撐階段時間較短，但是在距離上與美國運動員相比較短，建議前支撐階段在保證前支撐時間較短的情況下，適當地提高后蹬距離。

[1]廖愛萍.對中外100m優秀運動員途中跑技術的分析[j] 廣州體育學院學報,2003，23(2)：44-47.

[2]柳方祥, 吳翠娥.短跑落地緩沖時伸髖高擺扒地技術的生物力學分析[J].徐州師范大學學報(自然科學版),2004,22(2): 60-62.

[3]劉洪俊.短跑途中跑技術診斷與調控[J].北京體育大學學報, 2002,25(4):164-265.

[4]劉子水.短跑運動員落地緩沖階段水平速度變化分析[j].內蒙古師范大學學報,2009,38(3).何愛紅,吳瑋,鞠年群.短跑途中跑擺動腿動作技術對速度影響

[5]的分析[j].柳州職業技術學院學報,2007,7(1):94-98.劉綺紅.從短跑途中跑支撐與騰空時間之比談蹬擺技術能力訓

[6]練談蹬擺技術能力訓練[J].體育科技,2006，27(2)：41-43.

(責任編輯：何聰)

Kinetic Analysis of the Factors Affecting Horizontal Velocity during the Support Phase of Sprint Running

SHEN Shi-da, LI Xi
(Shanghai Secondary Sports School, Shanghai 201100 China)

Adopting laser velocimetry system, kinematic analysis system and multi-parameter synchronization trigger system, the author made a test in 100m training of 2 elite sprinters of Shanghai. The article makes a synchronized analysis of the kinematic parameters in the support phase of 100m running and the horizontal velocity of human body movement so as to reveal the speed variation law of sprinter's 100m running. The article discusses the relations between the variation of the different kinematic parameters and the speed of human body in the support phase of 100m running in order to provide data reference and theoretical basis for helping coaches and athletes improve speed and technical movements in running.

sprint; support; velocity; kinematics

G 804.6

A

1006-1207(2010)06-0061-04

2010-10-26

沈士達，男，中級教練員.主要研究方向：運動訓練.

1.上海市第二體育運動學校，上海 201100； 2.華東師范大學，上海 20006