對跳遠起跳中的不同擺臂技術原理的探析

虎攀

從目前的跳遠實踐看，跳遠起跳中的手臂擺動技術主要存在兩種方式，一種為屈肘做前屈后伸的交替擺動的自然擺臂技術；另一種為擺動腿同側手臂屈肘外展，異側手臂屈肘前擺的側擺臂技術。然而，目前國內相關研究文獻未對跳遠起跳中的手臂擺動技術原理進行深入分析，致使多數田徑教師對跳遠手臂擺動技術不能客觀認識。因此，為了認識跳遠起跳中的兩種手臂擺動技術及作用，有必要對其進行深刻審視，明確跳遠起跳中的合理手臂擺動技術。

1.跳遠起跳中擺臂技術的理論依據

1.1 側擺臂技術形成的理論依據

側擺臂技術觀點是依據拋射原理，在起跳瞬間人體必須獲得適宜的騰起角度，才能夠使人體重心呈拋物線軌跡運動。認為人體在緩沖階段結束蹬伸階段開始之前，身體重心處于最低點[1]，通過擺動腿同側手臂側擺和異側手臂前擺的擺動動作協調一致地完成提肩拔腰，以獲得起跳離地時重心高度的極大值。有上述生物力學的有力證據，跳遠起跳中采用側擺臂的動作技術的觀點是完全正確的。

1.2 自然擺臂技術形成的理論依據

自然擺臂技術觀點是依據實踐經驗的總結和研究結論而形成的。采用自然擺臂的動作技術，人體在運動過程中髖關節橫軸繞身體垂直軸在冠狀面內向起跳腿一側轉動；肩關節的橫軸繞身體垂直軸在冠狀面內向擺動腿一側轉動，形成軀干的扭轉，以保持人體在動態中的平衡。因此，這一觀點符合運動生物力學原理。然而，這一觀點卻遭到了質疑，認為自然擺臂動作對身體重心向上的牽引距離小于側擺臂技術；另外，認為在起跳瞬間，自然擺動技術雖然有利于保持由助跑獲得的水平速度，但易使人體增加前旋動量，而不利于獲得適宜的騰起角度。所以，這一觀點在跳遠運動的實踐中有效，但理論依據尚不完善。

2.跳遠起跳中不同擺臂技術的生物學和力學特點

大家都知道，跳遠起跳的目的是使人體保持一定水平速度情況下，獲得盡可能大的垂直速度[2]。根據跳遠起跳瞬間人體所受到的垂直力和水平力沖量(mv=Ft)的特點可知[3]，人體完成起跳動作的目的是使人體的水平速度(Δvx)快速減小(減小的水平速度值保持在合理的數值范圍內)，垂直速度(Δvx)快速增大。因此，起跳動作的合理性，是使人體在起跳瞬間獲得垂直速度極大值的必要條件。當起跳腿在著地緩沖階段時，合理的擺臂動作能夠使起跳腿獲得相對更大的額外載荷；在蹬伸階段時，因擺動動作的角加速度值逐漸減小，起跳腿獲得的額外載荷也相應減小。因此，跳遠在起跳時的緩沖階段，側擺臂和自然擺臂狀態下向上的擺動制動，必然產生向下的慣性力作用于起跳腳，使得起跳腿的肌肉由退讓性收縮轉為克制性收縮時獲得相對更大的肌拉力，為起跳腳獲得更大的支撐反作用力創造良好的起始條件。雖然，不同的擺臂技術的目的具有相同性，但是不同擺臂技術產生的擺動制動效果卻不相同。

2.1 肩部三角肌工作的特點

起跳瞬間如果采用側擺臂技術，擺動腿同側手臂必然經體前劃弧完成外展至水平位，也即是上臂外展角度為90°，從圖1可知，此時在肩關節處的三角肌中部肌纖維必然進行近固定向心收縮，但該肌肉不能產生最大收縮肌力(此肌在上臂外展的角度為0°-90°)，是必在擺動制動的過程中，三角肌中部肌纖維近固定向心收縮使上臂外展向上的角加速度相對較小，起跳腿肌肉獲得的載荷相對較小(起跳腿肌肉做退讓性收縮)，進而減小了起跳腳獲得的支撐反作用力。如果上臂擺至水平側展時仍繼續上擺，也即是上臂外展角度大于90°，雖然三角肌中部肌纖維能產生最大收縮肌力，但是整個擺動制動的時間較長，會出現起跳延時現象，使得人體騰起的高度受限。然而，側擺的擺臂方式在側擺完成之前，兩臂是做自然前后擺動，也即是手臂屈肘做前屈和后伸的連續交替動作，而當擺動腿同側手臂做前屈動作時，三角肌前部肌纖維近固定收縮而不能使三角肌中部肌纖維的彈性成分被預先拉長。因此，在三角肌中部肌纖維近固定收縮完成側擺動作時未儲存彈性勢能，是必在擺動制動過程中三角肌中部肌纖維近固定收縮不能產生最大收縮肌力。

在起跳瞬間如果采用自然擺臂技術，也即是手臂屈肘做前屈和后伸的連續交替動作。當手臂做前屈動作時(擺動腿同側手臂)，其三角肌前部肌纖維(如圖2)近固定收縮必然預先拉長后部肌纖維(做退讓性收縮)的彈性成分，當手臂做后伸動作時，三角肌后部肌纖維由退讓性收縮轉為近固定克制性收縮的時間間隔(Δt)相對較短，因此該肌肉的彈性勢能利用率較高且能產生最大收縮肌力。

圖1 三角肌起止點示意圖[4] 圖2 三角肌前部(右側)示意圖 [4]

2.2 擺臂制動形成的力矩特點

在跳遠起跳時，如果采用側擺臂技術擺動制動起跳，擺動腿異側手臂向前屈肘擺動必然產生繞人體垂直軸的動力矩，同側手臂屈肘外展擺動必然產生繞人體矢狀軸轉動的動力矩。因該擺臂動作必然形成一個向后的翻轉動力矩和一個相對身體對側的翻轉動力矩。根據力矩平衡條件可知，該二力矩的代數和不為零，即側擺臂的兩個動力矩不能相互抵消。同時，在擺動腿迅速高擺帶動骨盆繞軀干縱軸向擺動腿同側轉動時，側擺臂中形成相對身體對側的力矩，未能使軀干上下肢同時繞軀干縱軸的反向轉動[5]，即肩軸與髖軸的轉動不能促進軀干的扭轉，致使人體不能保持動態中的平衡，進而影響起跳蹬地的發力，導致完成空中展體動作的效果欠佳。

然而，自然擺臂技術在完成擺動制動起跳瞬間，雙臂繞人體垂直軸做自然前后擺動必然產生向前和向后的兩個方向相反的動力矩。從如圖3可知，M1是起跳瞬間擺動腿和擺動腿異側手臂快速上擺制動獲得的方向向后的動力矩；M2是起跳瞬間擺動腿同側手臂的后擺和起跳腳制動人體固有的慣性力而形成的方向向前的動力矩。動力矩M1產生向后翻轉的角動量能夠抵消動力矩M2產生向前翻轉的角動量，人體在起跳進入騰空階段時不會產生任何向前或向后旋轉的現象。另外，當擺動腿迅速高擺帶動骨盆繞軀干縱軸向擺動腿同側轉動時，自然擺臂形成的兩個方向相反的力矩，讓肩軸與髖軸的轉動促進了軀干的扭轉，使得人體能夠在動態中保持相對平衡，獲得相對大的支撐反作用力。

圖3 自然擺臂技術手臂擺動制動所產生的力矩示意圖

2.3 擺臂制動獲得的轉動慣量特點

在起跳時采用側擺臂的擺臂技術，擺動腿同側手臂必然由前屈經體前劃弧至水平位外展完成快速擺動制動，是必使手臂繞肩軸擺動的半徑增大，手臂在同等收縮肌力條件下的轉動慣量(I=mr2)增大，使手臂在完成擺動制動過程中的角加速度相對減小。由于加速度向上慣性力向下，人體獲得的垂直向下的慣性力必然作用于地面，使人體獲得垂直向上的支撐反作用力相對減小，動力腿完成克制性工作的時間延長，因而人體在起跳結束瞬間獲得的垂直速度相對減慢。然而，自然擺臂的起跳方式，擺動腿同側手臂是以肩關節為軸由前向后小半徑的快速轉動，因此在同等收縮肌力條件下的轉動慣量減小，使手臂在完成擺動制動過程中的角加速度相對增大，使人體在起跳結束瞬間獲得的垂直速度相對增大。

由于采用側擺臂的起跳動作，兩臂在擺動制動過程中形成的二力矩不能相互抵消，易破壞人體在起跳結束時的相對平衡性。如果從作用效果的片面觀看，側擺臂的起跳動作，雖然也能增大人體在起跳結束瞬間獲得的垂直速度，但是從起跳過程中人體獲得的支撐反作用力的大小和旋轉特點的整體觀看，該擺臂的作用效果是在人體獲得轉動慣量的增大和支撐反作用力減小基礎上的增大，使人體獲得的垂直速度相對較慢。因而，側擺臂的起跳動作，必然是轉動慣量相對大、支撐反作用力相對小、動力腿的工作時間相對增長，使人體克服阻力產生的有效力值相對小，但采用自然擺臂的起跳動作就具有相反的情況[6]。

3.跳遠起跳擺臂技術在教學中的客觀性認識

3.1 不同擺臂技術的教學效果

對分別采用自然擺臂和側擺臂技術的教學效果進行比較，需從運動能力水平的兩個階段性予以認識。首先，分別采用側擺臂和自然擺臂動作的技術教學在低水平運動能力階段，其運動能力效果沒有顯著性差異，原因在于低水平運動能力階段,機體工作肌肉的收縮肌力小、完成動作在時間和空間上都不精確[7]，造成擺動制動完成瞬間的突停時間長和動量矩傳遞值相對小，使后續完成動作的空間相對受限，因此在獲得遠度成績方面，采用兩種擺臂技術的教學效果沒有明顯的區別。其次，分別采用側擺和自然擺臂動作的技術教學在高水平運動能力階段，其運動能力效果具有顯著性的差異，原因在于隨運動訓練水平的提高，雖然機體工作肌肉的收縮肌力在增大、完成動作在時間和空間上精確程度逐漸提高，但是側擺臂動作的技術教學發展空間隨運動訓練水平的提高而受到局限，主要表現在在擺動制動完成瞬間人體獲得的垂直速度相對較慢，騰起初速度較小，造成騰空展體動作完成時間相對縮短，繼而縮短S2的距離。而自然擺臂動作的技術教學發展空間隨訓練水平的提高而無限增大，該擺臂方式符合人體運動屬性和力學原理，小半徑的擺動不僅提高了肌肉收縮做功的效率，而且增大了騰起初速度為獲得S2的極大值提供了有利條件。因此，在高水平運動能力階段，側擺和自然擺臂兩種技術教學方式存在顯著性差異。

3.2 在教學中應注意的問題

從前面的分析可知，為了獲得較好的擺動制動效果，必須做出合理的擺動制動動作。因此，在起跳時獲得最大垂直初速度的起跳動作為：擺動腿大腿高擺至水平位制動、小腿與大腿呈90°角和踝關節背伸，起跳腿克制性收縮呈直立和踝關節最大背屈，擺動腿異側手臂為上臂體前水平制動和肘關節呈直角狀、同側手臂為上臂最大后伸和肘關節呈直角狀制動。鑒于該起跳擺臂動作，在技術教學中需注意以下問題：首先，手臂的擺動制動時機能夠與擺動腿的制動時機協調配合，充分利用擺臂制動所產生的作用；其次，在擺動制動結束時起跳腿同側臂的上臂必須為水平制動，如果上臂擺至水平位仍然繼續上擺，三角肌前部肌纖維繼續收縮必然出現肌纖維滑行空間受限，產生粗肌絲上的橫橋重疊使其與肌動蛋白上的活性位點相結合數目減少，導致肌力迅速下降，雖然三角肌前部肌纖維的肌力迅速下降也能使手臂繼續上擺，但是手臂的繼續上擺延長了制動的時間，使得起跳腿獲得的支撐反作用力不能滿足起跳腿起跳動力的需要，所以在擺動制動過程中必須控制好手臂擺動的幅度；第三，在教學中不能一味地只注重空中展體動作的教學，而忽視起跳的手臂動作，這樣的做法容易造成“顧此失彼”的現象，不能取得較好的教學效果。

4.結論

4.1 自然擺臂技術能夠動用三角肌后部肌纖維的彈性成分，使其在近固定收縮時能產生最大收縮肌力。

4.2 自然擺臂技術能夠繞身體縱軸產生向前和向后的兩個力矩相互抵消，保持人體在動態中的平衡。由于自然擺臂技術的轉動半徑小，轉動的角加速度大，能夠為起跳腿提供足夠的起跳動力。

4.3 在低水平運動能力階段分別采用側擺和自然擺臂技術，其運動能力效果沒有顯著性差異，但在高水平運動能力階段具有發展空的差異，其差異表現在S2的距離上。

4.4 只有對跳遠起跳中的擺臂技術原理進行深入的認識，才可能在教學中選擇適合該項目擺臂技術教學的系統方法。