郭 梁

(广州体育学院科学实验中心，广州 广东 510500)

立定跳板跳水起跳技术的运动生物力学分析*

郭 梁

(广州体育学院科学实验中心，广州 广东 510500)

为了进一步探讨立定跳板跳水起跳阶段人体环节运动的生物力学规律。采用文献资料法、影像分析法、数理统计法等方法，对何冲等7名国内优秀男子跳板跳水运动员起跳阶段进行生物力学分析。结果显示压板结束、弹板开始时刻和积极蹬伸开始、结束时刻均值分别是(0.274±0.020)s、(0.323±0.029)s、(0.249±0.0212)s、(0.410±0.037)s，何冲髋P2值在七人中最大为730°/s。研究认为压板结束时刻在积极蹬伸开始后，位于整个积极蹬伸阶段的前期。压板结束时刻较大的身体屈曲度，可提高髋关节的伸展速度。建议在立定跳板跳水起跳压板结束时刻，髋关节角度在90°～120°之间，膝关节角度在120°左右。

跳板跳水；起跳；环节；弹板；时间

跳水是中国奥运优势项目，追求“难、稳、准、美”，起跳是实现这些技术的关键。跳水的起跳动作是通过人体各环节协调配合完成的，对立定跳板跳水起跳阶段人体环节运动的生物力学特征进行研究，为跳水运动训练提供科学依据，对中国跳水项目的发展和奥运战略都有深刻的实践意义。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以广东省体育运动技术学院奥运冠军何冲等7名现役跳水运动员为研究对象,身高:(1.64±0.07)m ,体重:(53.83±5.57)kg ,年龄:(20.2±1.7)y ,运动等级均为健将级以上(含健将级),其中国际健将1名。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

本研究从中国期刊网上搜索查寻了13种体育类核心期刊、中国期刊全文数据库以及中国优秀博硕士学位论文全文数据库中有关跳水技术训练与技术分析的文献五十余篇，并进行了分析研究。

1.2.2 影像分析法

1.2．3 测力鞋垫测力法

采用NovelPedar足底压力分布测量系统测量立定跳板跳水起跳阶段的人板力学数据。根据裁判打分或教练员评价，选取运动员较好动作(3m板/205B)进行分析。

1.2.4 数理统计法

对所收集的文献数据和解析数据运用Microsoft Office Excel 2007进行数据统计处理。

2 结果与分析

本研究把压板开始时刻统一定义为零时刻，其他时刻点都相对于该点时刻计算[1]。七名运动员都做到“合板”，所有的运动学数据都采用右侧肢体数据。在关节蹬伸“角度—时间”曲线上升过程中出现两个明显的拐点，两拐点之间的角度变化比较平缓，将第一拐点前期的蹬伸称为“预蹬伸”，第二拐点后的蹬伸称为“积极蹬伸”[1]。

2.1 立定跳板跳水起跳阶段人板关系的生物力学分析

2.1.1 起跳压板结束时刻人体姿态特征

苗期用粘虫板或性诱剂扑杀蚜虫、菜青虫，初花期和盛花期用植保无人机防治菌核病，亩用40%菌核净可湿性粉剂50克或25%咪鲜胺50克对水喷雾。

立定跳板跳水起跳阶段，压板结束时刻跳板弹性形变幅度最大，根据虎克定律，其产生的反弹力也最大。人体关节蹬伸(摆动)产生的压力与跳板的反弹力在垂直方向上应该是一对作用力与反作用力，那么根据牛顿作用力与反作用力定律， 这一对力应该是大小相等，方向相反的，所以人体通过关节蹬伸(摆动)产生的足底压力也应该达到最大，人体处于各关节相互配合产生最大蹬伸(摆动)力的姿态。

表1 七名运动员起跳压板结束时刻人体关节角度

刘卉[2]在其论文中曾提到，“膝关节的蹬伸和摆动臂、摆动腿的向上摆动都将对板产生向下的作用力,这种作用力在板下降时作用将更有效地使板继续下降”。而在板上升时继续向上摆动将使人对板的作用力与板给人的作用力相反,影响用板效果。对于同一问题徐益明在其跳水训练手册中也曾提到 “当蹬板结束板端处于最低位置时,膝关节应伸直或接近伸直”。跳板反弹时,必须充分伸直膝关节才能最大限度地接受跳板反弹力。本研究表1显示，在压板结束时刻，七名运动员膝角均值为(124.9± 5.6)°，髋角均值为(122.4±14.7)°，踝角均值为(92.9±10.5)°，肩关节角度均值为(118.9±17.4)°。说明七名运动员在压板结束瞬间膝、髋关节都没有伸直，而且世界优秀运动员何冲此刻踝、膝、髋三关节角度都小于其他六名运动员。那么，起跳阶段人体各关节的蹬伸(摆动)和板尖位置的关系应该是怎样的呢？

2.1.2 起跳阶段人体运动与板尖位置关系的生物力学

表2 起跳阶段关键技术始末时刻(s)和板尖低点持续时间(s)

表2显示，压板结束时刻均值是(0.274±0.020)s，弹板开始时刻均值是(0.323±0.029)s，积极蹬伸开始和结束时刻分别是(0.249±0.0212)s、(0.410±0.037)s。压板结束时刻在积极蹬伸开始后，位于整个积极蹬伸阶段的前期。人体蹬伸压板至最低点，板尖在最低点有一段持续时间，称为“板尖低点持续时间”。何冲持续时间最长为0.07s，七人均值为(0.049±0.012)s。压板结束，弹板前期，人体环节都在积极蹬伸，借助跳板反弹力起跳。

为了进一步了解人体运动与板位置变化的力学关系，选择其中五名运动员，对人板间力的变化进行了测量。图1显示，单次预摆和最后起跳的人板作用力曲线都是一条平滑的钟形曲线。在最后起跳的曲线顶部存在一些小小的“平台期”，这就是“板尖低点持续时间”，人体各关节持续蹬摆产生最大力量的时期。

图1 五名运动员两次预摆和最后起跳人板作用力学曲线

在合板情况下，跳板在人体关节蹬伸(摆动)产生的压力作用下的形变和形变恢复过程都是逐渐展开的(图1)。根据虎克定律，在弹性形变范围内，跳板形变大小与其产生的反弹力成正比，也就是说跳板反弹力在起跳过程中是逐渐增加和减小的。所以人体关节蹬伸(摆动)产生的压力也是逐渐增加和减小的。板尖最低点跳板反弹力最大，人体关节蹬伸(摆动)力也最大，板尖低点持续时间是积极蹬伸产生压力最大的时间，压板结束时刻在积极蹬伸阶段的前期(表2)。根据冲量定理Ft=mΔv，板尖低点持续时间越长，越有利于冲量的累积[3]，从而增加人体起跳速度。

根据人体关节运动的生物力学规律，肩、髋、膝、踝等关节要具备最优的角度搭配才能产生最大压板力矩[4]，否则压板幅度将大打折扣。结合人体环节运动的生物力学规律，本研究建议立定跳板跳水起跳压板结束时刻，髋关节角度在90°～120°之间，膝关节角度在120°左右。

另外，图1显示，在压板结束时刻，运动员“脚尖、踝关节、肩关节”三点几乎在一条垂直线上，“三点一垂线”的动作，使人体重心位于足支撑点的正上方，有利于人体垂直速度的增加。此刻，何冲、吴两人身体屈曲程度明显高于其他五名运动员，特别是髋关节，两人髋角是91.8°、115.1°，远小于其他五名运动员。这使得在压板结束后两人各关节有更多的蹬伸空间，有利于蹬伸压板，所以两人板尖低点持续时间都比较长(0.07s、0.06s)。

2.2 立定跳板跳水起跳动作的速度与角速度特征

表3 七名运动员压板结束与离板瞬间身体重心速度比较

七名运动员压板结束时刻Vx均值为(0.47±0.23)m/s，Vy均值为(1.96±0.2)m/s，弹起角是(89±2.1)°， 离板瞬间Vx均值为(0.08±0.18)m/s，Vy均值为(5.07±0.22)m/s，弹起角是(76.7±6.7)°。说明从压板结束到离板，Vx变化不大，而Vy有很大程度的增加，所以弹起角增大，这是人体在跳板弹力和自身蹬伸力的双重作用下，跳板弹性势能和肌肉化学能转化为人体动能的结果。七名运动员在离板瞬间弹起角的一致性比较高为89°左右，本研究建议以此作为运动员完成动作的指导标准。

表4 膝、髋两关节角速度峰值(°/s)及出现时刻(s)

表4显示七人膝P2、髋P2时刻均值分别为(0.329±0.035)s、(0.343±0.041)s，在压板末时刻均值(0.274 ±0.020)s后，与“板尖低点持续时间” 均值(0.049±0.012)结束时刻即弹板开始时刻均值(0.323±0.029)接近，观察个体值，每个人的这三个时刻都很接近。说明在积极蹬伸开始后，人体各关节加速蹬摆，使跳板进一步下降至最低点，持续一段时间，随着膝、髋关节蹬伸角速度达到第二峰值，弹板开始。

髋关节预蹬伸角速度峰值髋P1均值为(342.1±56.1)°/s，积极蹬伸角速度峰值髋P2为(562.7±94.9)°/s。预蹬伸的主要任务是调整身体姿态和压板，为积极蹬伸做准备。何冲髋P2值在七人中最大为730°/s，膝P2值较小为433°/s，可能是较大的预蹬伸速度峰值(膝P1=570°/s)影响了积极蹬伸的速度。如前所述，何冲、吴两人在压板结束时刻身体屈曲程度明显高于其他五名运动员，这为后期的积极蹬伸保留了蹬伸空间，从而在积极蹬伸时产生了较高的髋关节速度峰值(730°/s、588.1°/s)。

表5 各关节两次角速度峰值时刻的比较(s)

表5数据表明“肩-髋”第一、第二角速度峰值时间差较大，其时间差的均值分别为(-0.093 ±0.066)s、(-0.144±0.042)s。说明在膝、髋两关节两个角速度峰值之前，肩关节分别有一个角速度峰值。髋、膝两关节的加速蹬伸都是在肩关节加速摆臂的引领下进行的，“肩-髋”协调性模式具有顺序性的特点[5]，这符合跳水人体环节运动的协调性规律。竞技跳水对动作精细程度要求非常高，差之毫厘，可能会谬以千里。手臂的引领可以起到良好的动作定位作用，从而保证动作质量。跳水的很多动作，例如起跳、入水等，都是在手臂的引领作用下实现的。建议在青少年基础训练中，强调手臂的引领作用，提高起跳技术水平。

3 结论与建议

3.1 压板结束时刻在积极蹬伸开始后，位于整个积极蹬伸阶段的前期。积极蹬伸开始后，人体各关节加速蹬摆，使跳板进一步下降至最低点，持续一段时间，随着膝、髋关节蹬伸角速度达到第二峰值，弹板开始。

3.2 肩、髋、膝、踝等关节要具备最优的角度搭配才能产生最大压板力矩，否则压板幅度将大打折扣。建议立定跳板跳水起跳压板结束时刻，髋关节角度在90°～120°之间，膝关节角度在120°左右。

3.3 单次预摆和最后起跳的人板作用力曲线都是一条平滑的钟形曲线，最后起跳的曲线顶部存在“平台期”，即“板尖低点持续时间”，该时间越长，起跳速度越快。

3.4 立定跳板跳水运动员起跳时，膝、髋两关节在肩关节的引领下同步发力，符合跳水人体环节运动的协调性规律。

[1] 郭梁，邹亮畴. 国内优秀男子跳板跳水运动员起跳技术的运动学分析[J].天津体育学院学报，2010，25(2)：158-161

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SportBiomechanicalAnalysisofTake-offTechniqueofSpringboardDiving

GUO Liang

(Center for Scientific Research of Guangzhou Sport University Guangzhou 510500,China)

To further explore the biomechanical rule of the body segments exercise of take-off techniques of standing springboard diving. With the methods of literature, Image analysis and mathematical statistics, kinematics analysis on the buffer techniques during take-off of He Chong and other 6 elite male athletes in China. The mean time of end of springboard pressing, start of springboard bouncing, start and end of active extension are(0.274±0.020)s、(0.323±0.029)s、(0.249±0.0212)s、(0.410±0.037)s .The value of HE's hip P2 is 730°/s. The end of springboard pressing is after the start of active extension, in the prophase of active extension. The more body flexion degree at the end of springboard pressing can promote the extension angel velocity of hip. We advised that the angel of hip and knee are 90°-120°and 120°approximately at the end of springboard pressing.

springboard diving; take-off; segment; springboard bouncing; duration

2014-01-06

郭梁(1983- )，男，山东滨州，助理研究员，硕士

研究方向：运动生物力学

广东省体育局2012-2013奥运全运专项科研项目(20120NS036)、广州体育学院院管课题。

G804.2

A

1007-323X(2014)04-0077-04