优秀少年跳高运动员起跳技术生物力学分析

摘要：采用两台国产功控机高速摄像系统，以240帧/s的频率对我国优秀少年跳高运动员刘晨阳的背越式跳高技术动作进行拍摄，并采用美国ARIEL三维图像解析系统对刘晨阳的起跳技术动作进行解析，并将获得的运动学技术参数与国内外优秀运动员的技术进行比较分析，从而找出该运动员起跳技术上存在的差距，旨在为我国跳高后备人才有针对性的训练提供科学依据及信息支持。

关键词：跳高后备人才；起跳技术；运动学分析；诊断

中图分类号：G804.2文献标识码：A文章编号：1007-3612（2011）08-0060-03

Biomechanics Analysis on the Taking-off Techniques of Elite Juvenile High Jump Players

CHEN Xing-sheng1， YE Ji-qiang2

（1.Wuhan Sports University，Wuhan 430079， Hubei China；2.Hubei Water Resources Technical College，Wuhan 430070， Hubei China）

Abstract:The research uses two sets of home-made IPC high-speed camera system to take picture of back-style high jump of the elite juvenile player，Liu Chen-yang by 240 frm/s. And the research uses the three dimension graphs analysis system， ARIEL， to analyze his taking-off technique so as to compare his kinematics technique parameter with the overseas elite players and find out the distance to provide scientific references and information support to the tailored training of the talent reserve of the high-jump players.

Key words: talent reserve of high-jump players； taking-off techniques； kinematics analysis； diagnosis

投稿日期：2011-06-20

作者简介：陈兴胜，副教授，硕士生导师，研究方向体育教育训练学。

为了保证我国跳高项目稳定性和连续性，尽快实现奥运战略目标，培养青少年跳高后备人才是当务之急。本文以目前我国优秀少年男子跳高后备运动员为研究对象，采用运动生物力学方法深入剖析跳高运动技术，探究跳高运动的技术规律，并且结合研究对象个体实际情况，对其动作与国内外优秀跳高运动员的技术进行比较，找出差距，有针对性地进行技术改进，以推动我国跳高运动可持续性发展。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 以湖北省田径队优秀少年跳高运动员刘晨阳为研究对象，该运动员年龄16岁，身高1.88 m，训练年限4 a，运动水平为运动健将,最好成绩为2.09 m。目前已确定为我国男子跳高后备力量重点培养对象。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法 根据本课题研究需要，查阅文献60余篇，并对其进行了整理分类和分析，为本研究提供理论和方法学的依据。

1.2.2 比较法 对国内外优秀跳高运动员黄海强、朱建华、索托马约尔等运动成绩、技术参数等方面进行对比研究。

1.2.3 实验法 在湖北省体育科学研究所田径运动场，利用两台国产功控机高速摄像系统进行同步拍摄刘晨阳的跳高动作，采用的是美国产的PULNiX TM-6710CL摄像镜头和德国进口的高速采集卡。其中拍摄频率为240帧/s，其摄影框架为爱捷009-D，并设23球13球为X轴，即身体前进方向，Y轴为身体左右运动方向，Z轴为身体上下移动方向。两机主光轴夹角为90°，镜头主光轴相对地面高度1.1 m，两机间距13 m左右。本文受试者从左侧助跑右侧起跳，跳过1.95 m高度。对拍摄所得的图像采用美国ARIEL三维图像解析系统对运动员的技术动作进行解析，其中选用汉纳范人体模型，对原始数据进行数字低通滤波平滑处理，平滑系数为8。

1.2.4 理论分析法 以运动生物力学相关理论为依据，结合刘晨阳跳高起跳动作特点进行分析与评价。

2 结果与分析

2.1 起跳腿着地瞬间和离地瞬间身体重心的速度分析 运动员起跳时身体重心初速度大小是决定跳高成绩好坏的要因素之一，在合理起跳角度前提下初速度越大所能越过的高度就越大。

根据表1中相关数据，刘晨阳在起跳腿着地瞬间和离地瞬间其身体重心水平速度、垂直速度与国内外优秀运动员的相应参数对比分析发现，总体上与世界优秀运动员平均值的参数悬殊较大。与国内优秀运动员的平均值在有些参数上稍显接近，这主要表现在垂直速度前后变化上面。在起跳脚着地瞬间其身体重心的水平速度仅为5.48 m/s，说明助跑速度的提升能力较差，在起跳后，身体重心的水平速度的变化量也仅为2.12 m/s，说明身体重心的水平速度对垂直速度的转化贡献不大。该运动员在起跳后身体重心的垂直速度为3.94 m/s，接近国内优秀运动员的平均水平（3.99±0.22）m/s，说明该运动员在起跳阶段起跳腿、摆动腿、两臂的蹬摆对身体重心的垂直速度获得起到关键的作用。

表1 研究对象与优秀运动员起跳腿着地瞬间和离地瞬间身体重心速度变化对照m/s

注：V1：起跳腿着地瞬间重心的水平速度；V2：起跳腿离地瞬间重心的水平速度；V1V1－V2；V3：起跳腿着地瞬间重心的垂直速度；V4：起跳腿离地瞬间重心的垂直速度；V2V4－V3。

2.2 起跳阶段身体重心高度的分析 根据运动生物力学中运动学原理可知，人体在垂直方向的速度受人体在起跳过程中蹬伸距离影响的，适当增加起跳腿的蹬伸距离有利于垂直速度的提高。因此，在起跳过程中增加蹬伸距离是提高垂直速度的一个主要因素。垂直方向的蹬伸距离即身体重心在垂直方向的加速距离，是由起跳腿离地瞬间身体重心高度（H1）与起跳腿着地瞬间身体重心之间的高度差决定的，也是与运动员本身的身高和起跳时的动作技术紧密相联的，其中身高方面的原因是我国跳高运动员与欧美跳高运动员之间存在显著差异之处。

表2 研究对象与国内外优秀运动员起跳阶段身体重心

高度参数对照

由表2中相关数据可知，刘晨阳身体重心的垂直加速距离与黄海强相差0.23 m，与朱建华相差0.25 m，而与索托马约尔的差距高达0.38 m，可见刘晨阳的身体重心加速距离是非常短的。同时由表3中的数据还可以看出，刘晨阳在起跳腿着地瞬间其身体重心的高度是最低的（0.82 m），起跳腿离地时身体重心高度仍然是最低的（1.01 m）。起跳腿从着地到离地时虽然身体重心有所变化，但由于蹬伸不充分和腿部力量及助跑速度的多重因素影响，最终导致身体重心垂直加速的距离缩短。再者，从H1/身高的数据也同样可以看出，刘晨阳的H1/身高的值最低，远远落后于黄海强、朱建华、索托马约尔。这也说明在起跳阶段刘晨阳的蹬伸动作不充分、不到位，从而影响到整个起跳效果。

2.3 起跳时间的分析 从表3中相关数据可以看出，刘晨阳在起跳阶段所用的总时间为0.162 s，在正常范围值0.12～0.18 s之内，但小于黄海强和朱建华起跳时间及世界男子优秀跳高运动员起跳的平均时间。这并不能说明刘晨阳起跳技术快速有力，还要根据缓冲和蹬伸时间长短及所占总时间百分比来进一步分析。陈洁敏、章莺通过对我国部分优秀男子跳高运动员起跳技术的运动学分析发现：在背越式跳高起跳过程中，垂直速度大的运动员所用缓冲时间小于蹬伸时间，而垂直速度小的运动员所用缓冲时间要大于蹬伸时间，最后得出在起跳过程中要尽量缩短缓冲时间的结论［1］。在本研究中受试者刘晨阳在起跳阶段缓冲和蹬伸阶段的时间分别占总时间的49%、51%，两个阶段的动作时间几乎相等，这与表4中所列的黄海强、朱建华的时间参数差别较大，特别是朱建华在起跳过程中缓冲阶段的所用时间只占总时间的三分之一，因此，刘晨阳在起跳技术动作上缓冲时间和蹬伸时间的分配不合理，要注意适当较少缓冲时间而增加蹬伸时间。

表3 研究对象与国内外优秀运动员的起跳时间对照

2.4 起跳阶段起跳腿关节角度分析 髋角是指身体躯干与大腿之间形成的夹角，起跳时起跳脚着地瞬间髋角的大小，是衡量是否积极放脚起跳的一个重要的指标。在助跑最后一步腾空阶段，起跳腿依靠股后肌群及臀肌的发力作用伸髋并积极放脚准备起跳，所以髋角的大小与起跳脚放脚的积极性有着密切关系，髋角越大说明放脚就越积极，但并非髋角越大越好。《田径运动高级教程》中认为起跳腿在着地瞬间髋角在150°～160°为宜［2］。另《田径》教材中认为起跳腿在膝关节最大缓冲时应构成约140°～160°的角［3］。

表4 研究对象起跳阶段起跳腿角度参数统计

从图1曲线可以发现，在起跳阶段，起跳腿的踝角、膝角、髋角变化角明显而且都成增大趋势，说明在此过程中被试者缓冲、蹬伸作用明显。由表5中相关数据可知，在缓冲阶段，刘晨阳在起跳阶段起跳脚着地瞬间的髋角为157.12°，在适宜范围之内，至最大缓冲时起跳腿的髋角为164.63°，缓冲幅度为7.51°，这说明刘晨阳在起跳时能够积极的送髋和放脚，但缓冲幅度明显偏小，应该是起跳脚着地瞬间右髋关节送髋幅度不大髋角过小所致。起跳腿的膝关节角度在最大缓冲时为146.38°，缓冲幅度为6.11°，在适宜范围之内。从运动生物力学理论上讲，如果缓冲阶段膝角过大，就会使得起跳腿所承受的作用力增加，损失助跑速度，有时过于伸直会使膝关节受到损伤；如果缓冲阶段膝角过小，则说明起跳腿过于弯曲，不利于后阶段的蹬伸发力，所以膝角在缓冲阶段必须处于适宜的范围之内才能正常发力起跳。

根据陈洁敏、章莺对我国部分优秀男子跳高运动员跳高技术进行的分析研究结果显示，在起跳腿离地瞬间我国男子优秀运动员的髋角平均为180.0±4.88°，膝角超过170°。又有由表5中相关数据可知，刘晨阳在蹬离地面瞬间的髋角为175.23°，与我国优秀男子跳高运动员的参数相接近，此刻髋关节送髋和蹬伸较充分；而蹬离地面瞬间的膝角为158.61°，这与国内优秀男子运动员的指标相差甚远，说明膝关节蹬伸不充分。同时踝关节在起跳腿蹬离地面瞬间其角度仅为135.01°，距理想值180°同样是相差甚远，说明踝关节在最后蹬伸阶段的蹬伸非常不充分，可能是踝关节柔韧性较差或者力量薄弱所致。在起跳阶段运动员身体没有进行充分蹬伸就会使垂直奋力小导致垂直分速度的小，使得起跳蹬离地面瞬间的身体重心高度H1较低；再者影响水平速度向垂直速度的转化，进而影响人体腾空后到达最高点的高度H2。由以上分析可知，起跳阶段，在起跳腿缓冲时刘晨阳的髋、膝关节蹬伸动作均较正常；在起跳腿蹬伸过程中除了髋关节伸展较充分外，膝和踝关节蹬伸均不理想，膝关节屈曲度稍大而踝关节蹬伸极为不充分。

2.5 起跳阶段两臂摆动动作技术运动学分析 在起跳过程中，两臂快速有力的摆动有利于较好地提高运动员的身体重心。陈朝阳、李建设通过研究跳高运动员两臂摆动对踏跳及腾空后人体腾起高度作用效果认为运动员两臂向上摆动所获得的人体总重心腾起高度是两臂不摆动情况下的1.14倍［4］。从运动生物力学力学角度讲，在起跳过程中两臂的摆动速度是越大越好，因为两臂摆动的速度方向是向上而所产生的惯性方向向下，这就导致人体施加给地面一个压力，摆臂的速度越大压力也就越大。目前国内外背越式优秀跳高运动员中摆臂方式因人而异，没有统一的动作模式，但无论上何种摆臂姿势都要求摆动动作幅度大，加速节奏明显，能充分发挥腿、臂摆动配合的积极作用，优化起跳效果。

表5 起跳阶段刘晨阳与索托马约尔摆臂垂直速度参数

从图2、3左右臂摆动变化曲线可以看出，刘晨阳在起跳阶段双臂做到了快速积极的摆动，左臂的摆动速度最大达到了7.7 m/s，最小摆动速度为3.5 m/s，右臂的摆动速度最大达到了8.3 m/s，最小摆动速度为2.9 m/s。从表6中相关数据可以看出，刘晨阳的左右臂摆动速度分别为5.5 m/s、5.0 m/s，这与国内外优秀跳高运动员所表现出的左臂摆动速度高于右臂摆动速度的情况相一致。与世界跳高名将索托马约尔的两臂摆动速度相比，左臂摆动的速度与之接近，而右臂的摆动速度为5.0 m/s甚至超过了索托马约尔的2.9 m/s，高于国内一般跳高运动员的手臂摆动速度。这说明该运动员的上肢力量较强，可以通过积极快速的摆动两臂来获得更大的起跳动力。

3 结 论

1）我国少年跳高选手刘晨阳在起跳阶段两臂能够协调有力快速的摆动，手臂摆动产生的相对动量较大，为完成起跳动作提供了有力保证。在起跳阶段，身体重心水平速度和垂直速度稍偏小，且各分方向的速度变化量不大，与国内外优秀选手存在一定差距。

2）刘晨阳起跳时间较短而且缓冲时间和蹬伸时间分配不合理，应该适当缩短缓冲时间和延长蹬伸时间，以保证在起跳阶段能够充分的蹬伸。

3）刘晨阳有积极送髋的意识，但蹬摆力量和速度显得不够，也不充分，导致起跳离地时的身体重心高度较低，影响了起跳动作效果。

4）研究结果表明，运动员起跳时的垂直方向速度及腿蹬伸动量还没有发挥最大效益, 提示优秀后备运动员有较大的挖掘潜势。

参考文献：

［1］ 陈洁敏，章莺.对我国部分优秀男子跳高运动员起跳技术的运动学分析［J］.中国体育科技，2001，37（4）：37-40.

［2］ 文超.田径运动高级教材［M］.北京：人民体育出版社，1994：401-431.

［3］ 《田径》教材编写组.田径［M］.北京：高等教育出版社，1994:238-259.

［4］ 陈朝阳，李建设.手臂摆动在跳高起跳中的生物力学意义［J］.浙江体育科学，2000，22（6）：49-59.

［5］ 马丽亚,等.世界优秀男子跳高运动员起跳技术与运动成绩的灰色关联分析［J］.首都体育学院学报，2008（3）:122-124.