跑步機坡度為4時不同跑步速度的關節角度對比分析

袁雪雪

1 前言

運動生物力學的主要研究方向就是運用力學等知識對人體在運動方面進行解剖研究，并找出最適合最有效的運動軌跡或方法來提高人的運動技術，規范人的運動軌跡。目前許多國內外著名專家、學者開始并進行利用生物力學的知識來研究體育運動的動作，找出普遍的運動規律和提高運動機能與技術，使體育項目得到更好更合理的發展和推進。本文主要通過多種科學有效的研究方法，利用生物力學的相關知識控制相同坡度、對不同速度跑步時各關節角度的大小及變化發動進行實驗研究，并得出隨速度的增加左右關節角度運動曲線越來越相似，希望本次研究為未來相關體育動作的研究奠定一定研究基礎。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本次研究是以我校研究生學院2017級體育研究生的某個學生為研究對象。該學生身體素質良好，身高168cm、體重61kg、心率為70次/min、肺活量3564ml，并無任何疾病或疾病史。

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法

通過在圖書館查閱有關跑步速度與角度的相關書籍、期刊等資料，并在中國知網、力學相關網站以及其他網站查閱相關論文、視頻等資料。了解近幾年國內眾多學者對力學和體育方面的研究，研究力學對體育動作分析的重要作用，為以后力學在體育的研究提供一定的研究基礎。

2.2.2 個案研究法

以我校研究生學院17級體育研究生的某個同學為研究對象，將其在運動過程中的關節角度變化記錄，并進行分析。

2.2.3 實驗法

選取進行實驗的研究生在坡度為4的跑步機上進行實驗。進行實驗時，實驗者的跑步速度分別為4m/s、5m/s、6.5m/s，進行實驗時實驗者現在跑步機上進行跑步，直到跑步速度為勻速后，在進行拍攝視頻工作。然后運動數據軟件進行處理分析。

2.2.4 數理統計法

將實驗所得到的視頻運用APAS進行處理并得到有關數據運用EXCLE進行統計分析。

2.2.5 邏輯分析法

把實驗所得的數據進行分析后和了解到的文獻資料進行邏輯分析，撰寫有關研究的論文。

3 研究結果與分析

此次試驗是在坡度為4度的跑步機上共分為3種不同的速度進行實驗研究，并對每一種跑步速度的踝關節角度、膝關節角度和髖關節角度分別進行研究。

3.1 坡度為4、速度為4m/s時各關節的對比分析

在坡度為4、速度為4m/s時，運用APAS軟件提取踝關節角度、膝關節角度和髖關節角度的相關數據，運用EXCLE處理相關數據制作成表格，并進行對比分析，見圖1。

圖1 坡度為4、速度為4m/s時各關節的對比分析表

由圖1分析得出，在坡度為4、速度為4m/s的條件下，研究踝關節角度、膝關節角度、髖關節角度以及重心的變化。左踝關節和右踝關節的折線進行對比，右踝關節角度折線變化比左踝關節角度折線變化較為明顯，說明跑步時右腳踝關節運動角度比左腳踝關節運動角度變化的比較明顯，并且右腳踝關節運動角度一直遠遠大于左腳踝關節運動角度，以及右腳踝關角度的最小值也大于左腳踝最大值；左膝關節角度和右膝關節的折線進行對比，左膝關節角度折線變化與右膝關節角度折線變化都非常明顯，說明跑步時左膝關節運動角度與右膝關節運動角度變化也是都比較大，左右膝關節在運動過程中存在著兩個交叉點說明兩個膝關節的運動是交替進行的，這也符合人體跑步時膝關節交替進行的原則；左髖關節角度和右髖關節的折線進行對比，左髖關節角度折線變化與右髖關節角度折線變化都有一定的變化但不非常明顯，說明跑步時左髖關節運動角度與右髖關節運動角度變化都是比較小，運動幅度不大，左髖關節運動角度大于右髖關節在運動角度，且左右髖關節運動角度在一個運動周期中存在著交叉點；重心運動長度變化幅度相對較小。

3.2 坡度為4、速度為5m/s時各關節的對比分析

在坡度為4、速度為5m/s時，運用APAS軟件提取踝關節角度、膝關節角度和髖關節角度的相關數據，運用EXCLE處理相關數據制作成表格，并進行對比分析，見圖2。

由圖2分析得出，在坡度為4、速度為5m/s的條件下，研究踝關節角度、膝關節角度、髖關節角度以及重心的變化。左踝關節和右踝關節的折線進行對比，左右踝關節運動角度的變化幅度相對較小，但左踝關節角度與左髖關節關節角度有4次的交叉點，與圖1相比左踝關節運動角度有所減小但不是十分明顯，而右踝關節與圖1相比角度變化比較明顯，角度有了明顯的減小，可以理解為跑步速度的加快可以較小踝關節的運動角度；左膝關節運動角度與右膝關節運動角度相比，左膝關節運動角度變化相對較小，右膝關節運動角度變化幅度非常明顯，但左右膝關節運動角度變化曲線發生了小部分重疊現象，與圖1相比左膝關節角度有了明顯的增高且變化幅度減小，右膝關節角度幅度變化幅度較大，與圖1相比變化角度有所較小；左髖關節角度和右髖關節的折線進行對比，左髖關節角度折線變化與右髖關節角度折線變化都有一定的變化幅度但不非常明顯，左髖關節運動角度遠遠大于右髖關節角度，與圖1相比左款關節運動角度有了明顯的增加，右髖關節運動角度有了微微有了提高，但提高幅度不大；重心運動長度變化幅度相對較小，與圖1相比變化幅度減小。

圖2 坡度為4、速度為5m/s時各關節的對比分析表

3.3 坡度為4、速度為6.5m/s時各關節的對比分析

在坡度為4、速度為6.5m/s時，運用APAS軟件提取踝關節角度、膝關節角度和髖關節角度的相關數據，運用EXCLE處理相關數據制作成表格，并進行對比分析，見圖3。

圖3 坡度為4、速度為6.5m/s時各關節的對比分析表

由圖3分析得出，在坡度為4、速度為6.5m/s的條件下，研究踝關節角度、膝關節角度、髖關節角度以及重心的變化。左踝關節和右踝關節的折線進行對比，左右踝關節運動角度的變化幅度相對較小，同時左踝關節角度與右踝關節關節角度有2次的交叉點，與圖1相比左踝關節運動角度有所增加但不是十分明顯，而右踝關節與圖1相比角度變化比較下降十分明顯，角度有了明顯的減小，左踝關節角度和有踝關節角度隨速度的增加變化幅度也來越相近；左膝關節運動角度與右膝關節運動角度相比，左膝關節運動角度變化與右踝關節運動角度變化幅度差距不大，同時左右膝關節運動角度變化曲線出現了2次的交叉點，與圖1相比左膝關節角度有了較為明顯的減少但變化幅度沒有非常明顯的變化，與圖1相比右膝關節角度幅度變化幅度不大，變化角度有所較小；左髖關節角度和右髖關節的折線進行對比，左髖關節角度折線變化與右髖關節角度折線變化都有一定的變化幅度但不非常明顯，且左髖關節角度變化折線與右髖關節角度變化這些有4次的交叉點，同時左髖關節運動角度略大于右髖關節角度，與圖1相比左款關節運動角度有了明顯的減小，右髖關節運動角度有了微微有了減小，但提高幅度不大；重心運動長度變化幅度相對較小，與圖1相比變化幅度減小。

3.4 坡度為4、速度為4m/s、5m/s、6.5m/s重心長度對比分析

在坡度為4、速度為4m/s、5m/s、6.5m/s時，運用APAS軟件提取相關數據，運用EXCLE處理相關數據制作成表格，并進行對比分析，見圖4。

圖4 坡度為4、速度為4m/s、5m/s、6.5m/s時重心的對比分析表

由圖4得知，在坡度為4速度分別為4m/s、5m/s、6.5m/s時，重心長度的也在不斷的變化之中，由圖的表面不難看出，在相同的坡度上，隨著速度的增加重心長度的變化會不斷地減小。

4 結論與建議

4.1 結論

通過實驗得出在相同的坡度上，隨著速度的加快左右踝關節運動角度、左右膝關節角度以及左右髖關節運動角度變化左右幅度越來越相似，左右差距越來越小；重心隨著速度的加快越來越趨于穩定。

4.2 建議

由于研究的是按個體沒有極大的說服性，下一步研究更多群體，為未來的研究提供一定的研究價值。