武術(shù)套路健將呂福祥擺蓮?fù)?20°接馬步動作生物力學(xué)分析

高明

摘要：擺蓮?fù)?20°接馬步動作是武術(shù)套路運動C級動作，技術(shù)難度大，動作要求高，在競技比賽中更是運動員的關(guān)鍵得分點，運動員只有準(zhǔn)確掌握動作要領(lǐng)，才能完成好整個技術(shù)動作。本研究運用三維影像解析方法，從運動學(xué)角度對健將級運動員呂福祥完成的擺蓮?fù)?20°接馬步動作進(jìn)行了運動生物力學(xué)分析，旨在揭示其技術(shù)動作特點。

關(guān)鍵詞：武術(shù)套路;C級難度;運動生物力學(xué);三維解析

目前，國內(nèi)外學(xué)者針對武術(shù)套路運動中C級跳躍動作普遍采用通過高速攝影方法取得數(shù)據(jù)，進(jìn)行運動學(xué)分析，或定性分析。隨著國家對傳統(tǒng)文化的重視程度日益提高，武術(shù)套路運動的快速發(fā)展，武術(shù)套路競賽的日益激烈，高難度動作的訓(xùn)練至關(guān)重要。采用科學(xué)的方法和手段指導(dǎo)訓(xùn)練，才能不斷提高動作難度的穩(wěn)定性，減少武術(shù)運動員的運動損傷。

擺蓮?fù)?20°接馬步動作復(fù)雜，技術(shù)難度大，在競技比賽中更是運動員的關(guān)鍵得分點，同時該動作對運動員的專項素質(zhì)、身體自控能力有較高要求，運動員只有準(zhǔn)確掌握動作要領(lǐng)，才能完成好整個技術(shù)動作。

一、研究對象和方法

（一）研究對象

本研究以湖北省武術(shù)代表隊健將級運動員呂福祥為研究對象，其基本情況見表1。

（二）研究方法：影響分析法

利用兩臺日產(chǎn)松下NV-MD9000 攝像機采用定點、定焦、定距的方式進(jìn)行同步（外同步）拍攝，曝光時間為1/500s，頻率為50幀/s。其攝影框架為愛捷009-D，并設(shè)23球13球為X軸。采用美國ARIEL三維圖像解析系統(tǒng)對運動員的技術(shù)動作進(jìn)行解析，其中選用漢納范人體模型，數(shù)字低通濾波平滑系數(shù)為5。

二、分析與討論

根據(jù)擺蓮?fù)?20°接馬步動作特點，選取兩髖關(guān)節(jié)連線繞Z軸轉(zhuǎn)體角度，將整個動作劃分為四個時段，第一階段從0s至0.66s為起跳階段;第二階段從0.66s至0.97s為第一周轉(zhuǎn)體時間，其中在起跳階段由緩沖最后階段到蹬伸結(jié)束已轉(zhuǎn)體113°此處不計入第二階段;第三階段從0.97s至1.33s為第二周轉(zhuǎn)體時間，此階段運動員身體處于騰空狀態(tài)直到1.33s右腳著地;第四階段從1.33s至2.4s為落地階段。運動員兩髖關(guān)節(jié)連線共圍繞垂直軸Z軸轉(zhuǎn)體749.15°，符合動作轉(zhuǎn)體角度要求。

（一）起跳階段技術(shù)動作特征分析

助跑：左腳向左前方上步，右腳隨即快速向右前方上步，兩腳與肩同寬，兩臂從左向右上方掄臂旋擺，肘關(guān)節(jié)微屈，同時上體微前俯并向右轉(zhuǎn)體。最后左右兩步應(yīng)使身體隨右轉(zhuǎn)體獲得一定的角動量，為騰空轉(zhuǎn)體創(chuàng)造有利條件。

起跳：兩腿彎曲，身體重心快速下降，上體稍向左旋微俯，兩臂由左向右上方快速旋擺，兩腿同時加速用力蹬伸。因起跳時左腿不參加擺動，因此起跳瞬間必須迅速向右擰頭、擰腰轉(zhuǎn)髖，伸踝、伸膝、伸髖和提氣。左腳盡可與地面垂直，并通過擺臂、蹬地、擰頭，使身體在騰空瞬間向右上方轉(zhuǎn)體100°～180°，以獲得較大的垂直速度。

擺蓮?fù)?20°起跳階段從0s開始到0.66s，身體重心在X、Y軸方向位移幅度分別為1.2402m和0.1717m;垂直軸Z軸方向上，在助跑結(jié)束瞬間身體重心相對高度為0.4516m，隨著身體不斷下蹲，重心于0.41s到達(dá)最低相對高度-0.0263m，繼而雙腿蹬伸，重心不斷上升，0.62s右腳蹬離地面，重心相對高度為0.3758m，0.66s雙腳離地瞬間重心相對高度為0.5078m。以助跑結(jié)束至重心到達(dá)最低點為起跳緩沖階段，共持續(xù)0.41s，總緩沖距離0.478m。以重心處于最低點至雙腳離地為蹬伸階段，共持續(xù)0.21s，總蹬伸距離0.5341m。

起跳階段，水平方向上重心速度不斷減小，X軸方向速度從助跑結(jié)束時的-2.8916m/s減小到0.62s雙腳離地時的-0.7566m/s;Y軸方向速度在助跑結(jié)束時刻為-0.8969m/s，而起跳緩沖過程中Y軸速度在0.38s左右為0m/s，此后重心Y軸速度隨身體的擺動和轉(zhuǎn)動在0m/s左右變化。由以上兩個方向速度的變化過程可知，在起跳過程中，身體的水平速度不斷減小，說明身體獲得轉(zhuǎn)動能量必須依靠肢體擺動和蹬伸過程中產(chǎn)生的切向分力。垂直方向上，重心速度由助跑結(jié)束時的-0.1485m/s到0.24s達(dá)到向下最大速度-1.9232m/s，繼而重心垂直速度不斷減小到0.38s左右減小到0m/s，然后身體重心不斷向上做加速運動，直至0.65s達(dá)到垂直速度最大值3.2957m/s。身體在向下緩沖過程中，加速度不斷增大，在0.13s達(dá)到最大值，而當(dāng)身體在0.24s垂直向下速度達(dá)到最大值時對應(yīng)的加速度值為0m/s2，繼而身體垂直向下速度開始不斷減小，直到0.41s速度減小為0m/s，此時達(dá)到垂直方向上加速度最大值25.135m/s2和重心高度的最小值-0.0263m，此時身體重心下降到最低點，身體軟組織在最大限度的拉伸和壓縮下產(chǎn)生的彈性力和運動員調(diào)動下肢及腰背部肌肉共同發(fā)力造成的結(jié)果。此后，身體垂直向上速度不斷增大，值得注意的是加速度在0.58s出現(xiàn)第二個峰值為13.520m/s2，此時產(chǎn)生的加速度峰值應(yīng)為下肢及腰背部肌肉收縮力處于最佳收縮角度，產(chǎn)生最大力量的結(jié)果。

身體向上加速度處于第二峰值時刻，右膝角為110.22°，左膝角為97.77°，右髖角為126.26°，左髖角為106.24°。起跳階段運動員必須為騰空轉(zhuǎn)體動作做準(zhǔn)備，為此在緩沖和蹬伸過程中身體向右傾斜，使右腿有更加充裕的時間和空間蹬伸，從而在使身體垂直加速的同時產(chǎn)生足夠的旋轉(zhuǎn)力矩，滿足完成轉(zhuǎn)體720°要求。蹬伸過程中，身體向右傾斜，右腿先發(fā)力，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩和垂直向上的力量，因此在膝角和髖角的變化過程中總是右側(cè)髖、膝角先于左側(cè)發(fā)生變化。

（二）完成轉(zhuǎn)體第一周身體的位移、速度及身體姿態(tài)變化

騰空后人體處于無支撐狀態(tài)，其騰空高度、擊響時機和轉(zhuǎn)體速度是保證完成轉(zhuǎn)體720°的關(guān)鍵所在。起跳時身體離地瞬間，上體向右上方繞垂直軸快速轉(zhuǎn)體。在隨兩臂和上體向右轉(zhuǎn)體的同時，右腿伸直，腳掌內(nèi)扣，右腿由內(nèi)向外完成斜拍腳。起跳后在重心上升的最高點前完成空中擊響。擊響時，右腿貼近身體，右腳過肩的同時，右手在面前快速斜拍右腳掌。空中擊響后，右腳向左腿斜后方快速下擺，在身體隨右腿下擺的同時向右迅速擰腰轉(zhuǎn)髖，使身體保持一定轉(zhuǎn)體速度，以蓄積較大的旋轉(zhuǎn)動能，并為隨后動作創(chuàng)造條件。在擊響和快速轉(zhuǎn)體中，保持較好的身體姿態(tài)，頭正、頸直、直腰，身體重心必須沿縱軸螺旋式轉(zhuǎn)體。

擺蓮?fù)?20°轉(zhuǎn)體第一周0.66s至0.97s，此間段兩髖關(guān)節(jié)連線圍繞Z軸轉(zhuǎn)體360°共用時0.31s。運動員重心在X、Y軸方向位移分別為0.3591m和0.108m;垂直軸（Z軸）方向，雙腳離地瞬間重心相對高度為0.5078m，在0.97s完成第一周轉(zhuǎn)體時刻重心相對高度為0.9555m，重心相對高度上升0.4477m。0.96s時重心相對高度達(dá)到整個動作最高點（0.9564m）。

按規(guī)則要求運動員必須在完成空中轉(zhuǎn)體第一周過程中完成空中擊響動作，該運動員于0.82s時完成空中擊響動作，符合規(guī)則要求。此時刻，重心相對高度為0.8586m，處于上升階段，重心相對于雙腳離地時刻上升0.3499m;重心垂直方向運動速度為向上1.2466m/s;兩髖關(guān)節(jié)連線相對Z軸角度為-184.97°，對比雙腳離地瞬間兩髖關(guān)節(jié)連線相對Z軸角度-31.226°，已完成轉(zhuǎn)體153.744°。

（三）完成轉(zhuǎn)體第二周身體的位移、速度及身體姿態(tài)變化

轉(zhuǎn)體第二周從0.97s至1.34s兩髖關(guān)節(jié)連線圍繞Z軸轉(zhuǎn)體720°結(jié)束，共用時0.37s，重心在X、Y軸方向位移分別為0.3920m和0.0145m;在Z軸方向上，0.97s完成第一周轉(zhuǎn)體運動時，重心相對高度為0.9555m，1.34s完成第二周轉(zhuǎn)體時重心相對高度為0.2739m，整個過程中重心相對高度下降0.6808m。

空中轉(zhuǎn)體第一周之后，重心高度的不斷下降，運動員必須使身體各環(huán)節(jié)盡量靠近身體縱軸，減小身體圍繞縱軸的轉(zhuǎn)動慣量，以提高身體轉(zhuǎn)動角速度，這樣才能在較短的時間內(nèi)完成第二周轉(zhuǎn)體動作。因此，運動員進(jìn)入轉(zhuǎn)體第二周之后轉(zhuǎn)動速度明顯加快。

（四）落地階段的技術(shù)特征分析

落地階段從1.33s右腳著地到2.4s身體完全靜止，運動員重心在X、Y軸方向位移分別為0.4562m和0.11m;在垂直方向上，雙腳落地瞬間重心相對高度為0.1577m，隨著身體向下緩沖，重心于1.62s到達(dá)相對高度最低點-0.0052m，緩沖階段結(jié)束。緩沖結(jié)束后由于運動員身體軀干部Y軸方向速度突然增加，造成落地的跳動和動作連接分值的扣分。

以雙腳落地至重心到達(dá)最低點為落地緩沖階段，共持續(xù)0.29s，總緩沖距離為0.3126m。緩沖過程中，1.39s出現(xiàn)加速度最大值為向上26.731m/s2，此時對應(yīng)的左膝角為127.74°、右膝角為108.84°;左髖角為98.86°、右髖角為101.97°。由于在落地過程中右腳先于左腳接觸地面，故而左腿相對右腿有更大的緩沖空間，左膝角要大于右膝角。緩沖過程中，身體軀干部分仍然向身體右側(cè)轉(zhuǎn)體的趨勢，而身體右側(cè)由于較早著地，減速幅度大于左側(cè)，左肩速度要大于右肩及兩髖關(guān)節(jié)，因此左肩關(guān)節(jié)超越左髖關(guān)節(jié)繼續(xù)向身體前方運動，從而使得左髖角小于右髖角。

隨著左肩關(guān)節(jié)向前運動，帶動右肩1.47s開始加速，1.54s右肩關(guān)節(jié)與左肩關(guān)節(jié)速度相等，此時兩肩關(guān)節(jié)同時向身體前方做減速運動，1.62s重心在軀干部的帶動下向前加速運動，1.71s兩肩關(guān)節(jié)與兩髖關(guān)節(jié)運動速度相同，同時身體重心速度達(dá)到最大值，而后重心速度緩慢減小，至1.98s重心速度達(dá)到0.0275m/s，但此時重心投影已經(jīng)超出雙腳支撐面邊緣，身體出現(xiàn)向前翻倒力矩，運動員只能向前跳步恢復(fù)平衡。

三、結(jié)論

1.起跳階段，左、右膝角分別為97.77°和110.22°，左、右髖角分別為106.24°和126.26°能夠發(fā)揮該運動員最佳彈跳力量。加強小腿三頭肌、股四頭肌、臀大肌以及腰背部肌肉力量能夠有效提高運動員彈跳能力，提高騰空高度。

2.落地階段，運動員應(yīng)使身體右傾減小身體相對于右腳的轉(zhuǎn)動慣量，同時馬步開度應(yīng)較大，增加左腳與地面產(chǎn)生的摩擦力相對于右腳的力矩抵消身體的轉(zhuǎn)動趨勢。腰背部應(yīng)協(xié)調(diào)用力，調(diào)整身體重心，避免由于重心過度移動導(dǎo)致的跳步。

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