男子撐竿跳高運動員起跳技術的動力學分析

張定鳳，盧慶凱

（北京體育大學，北京 100084）

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

男子撐竿跳高運動員的起跳技術。

1.2 研究方法

1.2.1 實驗法（1）實驗對象：北京體育大學3名訓練年限為5年的一級撐竿跳高運動員。（2）實驗過程：對撐竿跳高運動員的撐竿跳高起跳瞬間和跳遠起跳瞬間進行三維數據采集，進行分析總結。為保證采集數據的流暢與準確性，在正式采集數據之前進行了2輪預實驗，其中第一輪實驗主要是在實驗場地進行設備調試，熟悉整個安裝流程，進行稱重校準，反復安裝實驗器材來模擬實驗過程中可能發生的情況。第二輪主要對實驗流程進行梳理，實驗人員提前到達測試場地安裝并調試設備。受試者在測試之前進行充分熱身。正式采集數據時，受試者根據自己的節奏進行第一次測試，在運動員啟動的同時啟動測試軟件，采用頻率為1 000 Hz、時間為30 s進行數據采集，采集結束存檔。共進行3次測試，每次數據采集間隔為3 min。第三次測試共進行6組數據采集，每組數據采集間隔3 min，前3組為跳遠數據采集，后3組為撐竿跳高起跳數據采集。因場地因素，在采集撐竿跳高數據時設置了約4 m的人為高度，以確保每次采集的數據都為成功起跳。

1.2.2 數理統計法采用Excel和SPSS等數據軟件對所得數據進行統計處理。

2 結果與分析

2.1 撐竿跳高運動員和跳遠運動員起跳瞬間Fz方向上力值曲線特征分析

如圖1所示，Fz所示力隨時間的變化有如下特點：會在短時間內對地面產生一個較大的沖擊力，在這個階段Fz力值會迅速到達一個峰值點，形成一個較大的波峰。由于身體緩沖，Fz力值會緊接著呈下降趨勢。當身體對抗肌群所產生的肌力與地面給予人體強大的反作用力相等時，緩沖階段結束，進入下一階段，定義為蹬伸階段。在蹬伸階段，Fz力值會逐漸增大，而Fz力值曲線也就在此階段形成一個波谷，波谷時刻的力值大小反映了運動員身體起跳的支撐能力。

圖1 Fz所示力隨時間的變化曲線圖

2.1.1 撐竿跳高和跳遠起跳垂直方向Fz力值對比分析由表1可知，通過對比撐竿跳高起跳和跳遠起跳垂直方向上的力值數據發現，撐竿跳高波谷力值均大于跳遠的波谷力值。依據前人的研究結果可以得知，Fz波谷力值反映了運動員的著地速度，即運動員的著地速度越大，伸肌肌群則會調動更多的肌纖維參與收縮，產生更大的肌力來抵抗外來沖擊力，波谷力值越大說明運動員的支撐能力越好，越有利于獲得較大的波谷力值和較大的沖量值，從而獲得較大的垂直速度。

調查發現，撐竿跳高第二波峰力值均大于跳遠運動員第二波峰力值。研究表明，運動員第二波峰力值的獲得不是由于起跳腿的蹬伸作用，而是運動員身體重心的積極前移及擺動環節的積極有力所獲得。在支撐反作用力達到第二高峰的一瞬間，擺動環節對支撐反作用力的作用最大。因此，強調運動員擺動環節積極、有力、協調地擺動，有利于運動員獲得較大的垂直支撐力值，從而獲得較大的垂直沖量值，以保證垂直速度的獲得，即撐竿跳高起跳比跳遠起跳要更追求垂直方向上的起跳速度。

2.1.2 撐竿跳高運動員和跳遠運動員起跳瞬間Fx方向上力值曲線特征分析如圖1所示，當 Fx數值為0時，撐竿跳高運動員處于垂直支撐時相，此時相的運動員身體重心位于支點上方。在此時相之前，從起跳腳著地到垂直支撐的階段定義為支撐階段。由于身體在較大速度的基礎上起跳腿大腿積極下壓，起跳腳會出現一個向后扒地的力量，在慣性及地面與釘鞋巨大摩擦力的同時作用下，腳底產生水平向后的較大制動，因此Fx值為正值，且著地后會迅速產生一個正波峰。隨后，起跳腿肌肉會產生退讓性收縮來抵抗制動，從而形成一個較為明顯的正波谷。在垂直支撐時相后，大腿積極向后發力蹬伸，起跳腳受到地面水平向前的反作用力，此時Fx的值為負值。在此階段，起跳腿伸肌由退讓性收縮迅速轉換為主動性收縮并發揮最大肌力，定義為加速蹬伸階段。Fx的正負值僅與運動員的受力方向有關。本文定義為負值表示受到水平向前的力，正值表示受到水平向后的力。

表1 起跳瞬間Fz力值對比和運動員水平制動階段及其占總起跳時間的比值

2.1.3 撐竿跳高和跳遠起跳垂直方向Fx時間對比分析由表1可知，制動時間最長的是方某，為79.7 ms；水平制動時間最短的是賈某，為72.5 ms。跳遠運動員的平均水平制動時間為78.13ms，其中制動時間最長的是賈某，為78.6 ms，平均水平制動時間最短的為馬某，為77.3ms。所有運動員中，制動階段時間比最大的為賈某，比值為56.1%；制動階段時間比最小的為馬某，比值為54.8%。所有運動員制動時間占總起跳時間的平均比值為55.35%。這說明撐竿跳高運動員起跳主要是受水平制動的影響。

2.2 撐竿跳高運動員和跳遠運動員起跳瞬間Fy方向上力值曲線特征分析

撐竿跳高和跳遠項目規定運動員必須使用單腿起跳技術。因此，在起跳過程中擺動腿蹬擺的作用下會不可避免地出現水平左右方向上的發力情況，其中Fy力值波形曲線會反映運動員在起跳過程中水平左右方向上的受力隨時間變化的特征，其有助于判斷運動員起跳過程中身體向左右方向發力規律及身體穩定性的情況。以左腳起跳為例，Fy力值波形曲線先出現一個負波峰，最后在較短時間內出現一個正波峰。由圖1可得，雖然2個波峰后面無明顯波動，但始終會有小的浮動。可見，跳遠項目和撐竿跳高項目整個腳踝在起跳過程中都要始終發力，以此來維護身體的平衡。相關運動生物力學研究表明，人類在行走、跑動的過程中，足底著地順序為足跟外側—足跟—全腳掌—前腳掌外側—前腳掌的內側的特征，因此Fy力值波形曲線與數值的正負無關，僅與方向有關。本文定義為正值表示水平方向向右，負值表示水平方向向左。

表2 運動員Fy與Fz方向到達波峰時間

2.3 撐竿跳高和跳遠起跳垂直方向Fy與水平方向Fz時間與力量對比分析

由表2可知，運動員起跳制動的時間可以推斷Fy出現第二波峰時，運動員處于水平制動與支撐的階段。由于運動員水平左右方向要進行調整，因而整個起跳過程對運動員腳踝力量是一個非常大的考驗，如果運動員腳踝力量薄弱導致穩定性不足，則很容易在此過程中出現損傷。因此，在訓練中應選擇多樣的踝關節練習手段，以提高踝關節的力量與穩定性，從而保證起跳能夠順利地進行。

3 結論與建議

3.1 結 論

3.1.1 通過分析撐竿跳高運動員Fz方向波谷力值的大小得出，撐竿跳高項目和跳遠項目起跳垂直方向上會追求更多向下的力，主要追求的是垂直速度。

3.1.2 所有的撐竿跳高運動員制動時間占總起跳時間的平均比值為57.91%。這說明撐竿跳高項目主要受水平制動方向上力的作用。

3.1.3 通過分析Fy力值曲線特征發現，運動員快速沖擊地面的過程就是足部水平向一邊傾斜的過程，隨后進行反方向的調整以保持穩定，由于踝關節的不穩定，同時在Fy方向產生比較大的力。

3.2 建 議

3.2.1 高校撐竿跳高運動員在水平方向上主要受制動方向的力，且處于水平制動階段時，運動員起跳腿主要進行快速退讓性收縮工作。因此，在訓練過程中應有針對性地選擇讓肌肉在短時間內快速退讓性收縮的訓練方法，如大反差跳深練習、連續跳欄架練習及牽引跑過程中的起跳練習等，對成績的提高將大有裨益。

3.2.2 撐竿跳高運動員在訓練中應加強踝關節的力量練習。如此，在起跳沖擊地面時才能夠快速將人體調整到穩定的體態，有利于良好成績的發揮。

3.2.3 撐竿跳高項目與跳遠項目相比應多追求垂直起跳速度。

3.2.4 撐竿跳高運動員起跳過程中應多追求水平向前的力。