快速力量訓練功率輸出的測量方法

蘇彥炬，吳貽剛，袁 艷，吳正平

1 研究目的

快速力量是肌肉收縮力量和速度的綜合表現，也是決定運動成績的重要因素。功率是力與速度的乘積，快速力量訓練中人體輸出功率是非常重要的訓練學參數，對于確定訓練的負荷強度具有重要意義。力量訓練的目的就是提高運動過程中人體功率的輸出。

對運動員力量水平的檢測、分析和評定是力量訓練的重要內容。從重量和速度兩方面對運動員力量素質進行綜合評價是現代力量檢測的發展趨勢［1］。功率輸出的測量是進行最大功率訓練及評價運動員快速力量水平的基礎。位移傳感器和測力臺在運動測試中的廣泛應用為最大功率法的實施提供了物質和技術保障。測量功率因具體情況、測試設備的不同，采取不同的計算方法，每種測量方法都存在著優勢和不足。以負重蹲跳訓練形式為例，對四種常見的功率測量方法的特征進行深入分析，探討各種方法的優勢與局限性，確定其適用范圍。

2 四種功率測試方法的對比

最大功率法是快速力量訓練的有效方法。根據肌肉收縮力—速度關系可知，肌肉收縮力量隨著負荷的增加而增加，動作速度則隨負荷的增加而減小，最大功率是在阻力—速度兩者處于最理想契合時出現的［2］。對人體輸出功率的測試實際上是對阻力和速度兩個參數的采集。

由于采用數據儀器的差別，計算整個動作系統所包括不同部分的重量存在差異，故影響測試結果。以負重蹲跳訓練形式為例，對四種不同功率測試的方法進行分析和比較。

表1 負重蹲跳功率測試方法比較

用于功率計算的參數包括地面反作用力、杠鈴的位移、速度、加速度、人體體重等。通過測力臺可對蹲跳動作地面支撐反作用力進行實時采集。杠鈴的位移數據可通過與杠鈴相連接的位移傳感器測得，由位移及時間衍生速度和加速度數據。

表1可知，方法1通過已知的杠鈴和練習者體重以及位移傳感器測量的杠鈴位移數值進行計算。位移傳感器的一端固定，游離的另一端固定在杠鈴上。當運動員開始訓練，固定在杠鈴上的位移傳感器將杠鈴位移變化轉換成電信號輸入計算機，結合對應的時間，采用專門的程序處理。根據運動學原理，對速度（v）和加速度a進行求導。根據牛頓3定律F＝（m＋M）（a＋g）（其中M和m為人體和杠鈴的重量）得到促使整個系統的推力F。根據動力學原理，在得出F隨時間變化的曲線后，由公式P（t）＝F（t）3 V（t）求出瞬間功率［3］。

測力臺和位移傳感器的采集頻率（每秒鐘記錄到的蹬伸力量數據、位移數據）決定了蹬伸力值和速度的采樣數量。力量是通過已知的杠鈴重量、人體重量之和與加速度數據的乘積得到。該方法的理論前提是整個系統（包括杠鈴和人體）的重心與杠鈴重心位移相同。理論前提決定了該方法的局限性。蹲跳的運動學測試結果表明，運動員軀干、下肢以及腳并沒有和杠鈴同步移動，故認為這種利用逆動力學計算的測試方法不是十分精確。杠鈴所受力量是由位移、時間數據衍生計算得出，這種方法無法提供直接測量的力量數據。因考慮到受試者克服自身身體重量的做功，一些特殊的訓練形式諸如臥推等上肢動作，身體參與到動作中的重量很小，在計算功率過程中，對身體重量的計算應另當別論。綜上所述，該方法適用于測試類似蹲跳等大部分身體質量參與的運動形式，而對于只有部分身體重量參加運動的其它形式練習存在一定局限性。

方法2是通過杠鈴的位移數據和杠鈴質量數據進行計算。此方法計算過程基本上和方法1相同，唯一區別是運動員身體質量沒有包括在力量和功率輸出計算中。該方法依然不能克服以杠鈴代替整個系統移動的問題。實驗結果顯示，由方法2測試的結果明顯小于其它三種方法測得數據，此方法會低估真實的功率輸出。本方法應用于測量功率范圍相對較寬的抗阻練習中具有一定優勢，需要克服自身體重較少，特別是如臥推、腿舉等向上的、沒有形成身體離地的運動形式的功率測試。

方法3通過測力臺得到的地面反作用力、杠鈴重量及練習者的身體質量進行計算。力量值從測力臺的數據直接獲得，加速度數據通過已知的運動員和杠鈴的質量計算，速度依據動量定理公式FT＝m（vf－vi）進行計算。采集的起始速度數據必須是零，即當數據采集開始時，運動員和杠鈴必須保持靜止。力量數值來源于測力臺。如果杠鈴重心與運動員重心移動的同步性較差，在計算速度和功率時則易出現誤差，原始數據很小的誤差會在最后結果中被放大。此外，該系統必須是獨立于測力臺之上，運動員的身體部分或是杠鈴不能與其它任何表面相接觸。故測量從地面開始的動作功率輸出時，不宜使用方法3。運動員持握杠鈴可以從任意中間位置開始，如膝蓋，膝蓋水平以下，但系統各部分的重量不能在整個過程中有任何改變。如果從地面上開始持握杠鈴，那么用于計算的數值在杠鈴離開地面時已經改變，杠鈴的重量沒有作用在測力臺上，杠鈴被舉起時重量會額外增加。從這個意義上講，如果系統重量在整個移動過程中不穩定，加速度、速度和功率數值就不能從力量數據中得到。滿足上述基本條件的任何形式的直線抗阻力量訓練均可采用方法3進行測量和計算。

在測試方法4中，力量來源于測力臺采集數據，速度直接從位移傳感器數據獲得。與方法3相同，計算時，運動員身體質量和杠鈴的重量被包括在其中，可同步進行測力臺和位移傳感器的測量。因為力量數據包括了運動員的身體重量和速度數據，其局限性已討論，即假設杠鈴重心和運動員重心位移相同。優越性在于位移數據是直接測量獲得，比通過計算得到的杠鈴移動速度要精確。力量變化的數據直接從測力臺得到，比方法1、2中由位移傳感器中推導出的數值要精確。如果杠鈴的重心和身體重心的移動同步性問題得到很好解決，那么這種方法相對其它三種方法誤差要小，局限性在于不適合應用于類似抓舉動作的功率測量，即身體和杠鈴的移動不在同一方向上的動作形式。

抓舉和挺舉練習時，杠鈴重心的移動和運動員身體的移動各自獨立。研究表明，抓舉過程中當杠鈴從腿部舉到頭上位置時，人體重心的移動只有0．12－0．15 m。杠鈴和運動員的重心移動不同，方法2、3不適用。如果運動員腿和軀干功率輸出能力為主要測試內容，選用方法3較適宜。

據已有文獻可知，方法1、4只適用于杠鈴和受試者重心同步移動的情況下。在抗阻力量訓練過程中這兩者的重心往往不能實現同步，上述兩個方法從邏輯上推理就不能應用于舉重練習的功率測算。如果只考慮最高功率，方法4較適合，原因在于：首先最大功率發生在抓舉第二個階段的上舉過程中，杠鈴重心移動與運動員重心移動非常接近；其次方法4的誤差可能較其他三種方法要小，但方法4應用于舉重練習功率測量至今未見試驗驗證。

從測試儀器成本分析，位移傳感器的價格遠低于測力臺，應用方法2、3具有較好的相關性，教練員可選擇位移傳感器作為測量設備。如果注重功率的輸出能力而非舉重的表現，也比較適合采用這種設備。

［1］ 陳小平，嚴 力，季林紅．對我國優秀短距離速滑運動員力量耐力的研究——運用“最大力量能力閾”評價力量耐力水平的試驗［J］．體育科學，2005（12）．

［2］ 段子才．功率最大化的力量訓練方法及效果研究進展［J］．中國運動醫學雜志，2011（3）．

［3］ 肖 毅，劉 宇．智能化超等長阻力訓練系統的研究與實現［J］．武漢體育學院學報，2009（3）．