（运动人体科学专业论文）不同负荷对原地连续纵跳生物力学特征影响的研究.pdf

2 硕 士 学 位 论 文 论文题目论文题目 不同负荷对原地连续纵跳生物力学不同负荷对原地连续纵跳生物力学 特征影响的研究特征影响的研究 学科专业名称：运动人体科学学科专业名称：运动人体科学 研究方向：研究方向：运动技能学评价运动技能学评价 申请人申请人 姓名：姓名： 马马 明明 指导教师指导教师： 单信海单信海 教授教授 论文提交时间论文提交时间： 20112011 年年 6 6 月月 1 1 日日 单 位 代 码 10445 学 号 2008020296 分 类 号 g804.2 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下的研究工作及取得的研究成果。 据 我所知， 除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写 的研究成果，也不包含为获得_（注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空） 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均以在论文中作了明确说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 导师签字： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解_有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 _可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 山东师范大学硕士学位论文 i 目 录 中文摘要 i abstract iii 1 论文选题的理由或意义 1 1.1 纵跳及连续纵跳在体育运动项目中的重要地位及研究情况 1 1.2 负荷在运动训练中的作用及研究情况 1 1.3 本实验负荷与连续纵纵跳的研究意义 1 2 文献综述 2 2.1 国内有关负重和纵跳及连续纵跳的研究现状 2 2.1.1 对于负重的研究现状 2 2.1.2 对于纵跳及连续纵跳的研究现状 4 2.2 国外有关负重和纵跳的研究现状 8 2.2.1 对于负重的研究现状 8 2.2.2 对于纵跳及连续纵跳的研究现状 8 3 研究方法 10 3.1 实验对象 10 3.2 实验准备 10 3.2.1 摄像机、测力台的放置 10 3.2.2 受试者标记点的制作与帖放方法 11 3.2.3 实验内容 11 3.2.4 负重形式及负荷量的选择 12 3.2.5 实验步骤 12 3.2.6 数据分析与记录 13 4 实验结果 14 4.1 性别在不同负荷对连续纵跳影响中的差异 14 4.2 不同负荷对连续纵跳中下肢关节起始位置稳定性的研究 16 4.3 不同负荷对连续纵跳中下肢各关节运动学特征的影响 17 4.4 不同负荷对连续纵跳蹬伸过程中踝膝最大角速度影响 17 4.5 不同负荷对连续纵跳缓冲过程中踝膝最大角速度影响 19 山东师范大学硕士学位论文 ii 4.6 不同负荷对连续纵跳中下肢刚度的影响 21 4.7 不同负荷对连续纵跳周期频率的影响 22 4.8 不同负荷对连续纵跳下肢关节爆发力的影响 24 4.9 连续纵跳过程中不同负荷对髋关节最大速度和最大弹跳高度的影响 25 5 讨论 27 6 结论 27 7 主要参考文献目录 29 在读期间发表论文情况 33 致 谢 34 山东师范大学硕士学位论文 i 中文摘要 目的：运动员的纵跳能力一直是运动员和教练员关注的热点，好的纵跳能力是一些 运动项目取胜的决定因素。在训练过程中纵跳及连续纵跳经常作为体育运动项目的重要技 术之一。个人的纵跳能力除受先天遗传因素影响外，后天训练因素对其影响也很大。为了 提高运动员的纵跳能力，获得好的训练效果，对于纵跳的研究颇为广泛。当前主要研究有 对纵跳时相的划分方面、纵跳理论的进展方面、纵跳过程中各关节的运动情况及动量和功 率变化情况，纵跳与其他短跑等运动项目的关联情况、纵跳过程下肢肌电、血乳酸等生理 变化方面等等。随着纵跳理论的不断完善，纵跳及连续纵跳的训练方法手段也更加科学。 为了使机体获得更高的弹跳能力，在运动训练中往往要采用各种外加负荷的训练方式。负 重是常见的负荷方式，对于负重的研究当前在学术界还有较大争议，有的学者认为在训练 过程中机体负荷自身体重 30%时训练效果最好，有的学者认为负荷体重 60%时机体输出功 率最大，有的学者则认为机体只有在自身重量下时才能发挥最大工作效率。当前对纵跳及 负重纵跳的研究已取得不少成果，为科学运动训练提供了重要的理论支持。但对连续纵跳 的研究甚少，对于负重连续纵跳的研究几乎还是空白，而且我们都知道，在实际训练或比 赛过程中，更多的是连续纵跳或单一纵跳和连续纵跳的结合形式，所以研究不同负荷对原 地连续纵跳的影响具有更大的现实意义。本文旨在为评价个体纵跳能力提供方法手段，为 运动训练提供理论和实验依据。 方法： 本文通过实验的方法对 16 名受试者 （8 男、 8 女） 分别负不同负荷 （0kg、 20kg、 30kg、40kg）做连续纵跳进行研究，通过三维测力台、摄像机及图像分析软件对在不同负 荷下连续纵跳过程中下肢关节的运动学和动力学等生物力学特征的参数进行记录分析，通 过 spss15.0 数据处理软件对所得数据进行研究探讨。 结果与结论：一、在连续纵跳纵跳过程中，不同负荷对男女性别之间的影响无显著 性差异，男女之间对于不同负荷的影响其参数变化趋势相同；二、在连续纵跳过程中，一 定范围内负荷的变化对踝关节、膝关节的最小角度值影响不大，无显著性差异（p0.05） 。 也就是一定负荷下连续纵跳过程中踝关节、膝关节具有很好的稳定；三、在不同负荷下连 续纵跳过程中，在一定范围内随着负荷的增加，膝关节、踝关节最大角速度逐渐减小，有 显著性差异（p0.05） ； 在一定范围内随着负荷量的增加， 支撑时间越来越长， 腾空时间越来越短， 山东师范大学硕士学位论文 ii 有显著性差异（p0.05） ；下肢型变量相对稳定，无显著性差异（p0.05） ；六、在不同负 荷下连续纵跳过程中，测力台所受最大力 f 相对稳定，无显著性差异（p0.05） ；在一定范 围内随着负荷的增加，达到最大力值所需时间变长，有显著性差异（p 0.05);sixth, in different load consecutive jumping process, vertical force measurement machine by most strongly f relatively stable, there was no significant difference(p 0.05), in certain scope as load increases, achieve the most greatly value the time needed for longer, there was significant differences(p 0.05） ，说明不同负荷对连续纵跳过程中膝关 节最小角度的影响较小。在连续纵跳过程中膝关节稳定性较高，受外界负荷影响较小。通 过（图 5）可以看出，膝关节关节最小角度值变化比踝关节最小角度值变化更平稳些。 4.3 不同负荷对连续纵跳中下肢各关节运动学特征的影响 本实验用关节角速度来描述关节的运动情况，关节角速度表示关节绕某一中心转动时 快慢的物理量。关节角速度绝对值大，说明关节运动的快；反之运动的慢。在连续纵跳过 程由于各关节的运动轨迹不是有规律的直线运动，用关节角速度比用线速度表示更能反映 运动的变化情况。 4.4 不同负荷对连续纵跳蹬伸过程中踝膝最大角速度影响 膝角 210 220 230 240 250 260 270 280 0 20 30 40 膝角 踝角 250 255 260 265 270 275 0 20 30 40 踝角 图 5 不同负荷下踝关节、膝关节最小角度对照变化图 山东师范大学硕士学位论文 18 表 7 蹬伸过程中膝踝关节的最大角速度参数表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） p 值 1 （ s / ） 568.4543.34 519.7145.79 495.6257.14 468.1150.67 0.028 2 （ s / ） 591.8782.95 566.5457.34 538.0646.82 509.3657.36 0.012 表 8 蹬伸过程中踝关节最大角速度多重比较表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.035 1 30（kg） 0.001 0.519 1 40（kg） 0.000 0.023 0.402 1 表 9 蹬伸过程中膝关节最大角速度多重比较表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.663 1 30（kg） 0.082 0.574 1 40（kg） 0.002 0.060 0.580 1 通过数据表 6 我们可以看出，在连续纵跳每一周期的蹬伸过程中，踝关节最大角速度 在一定范围内随着负荷量的增大而减小，有显著性差异（p0.05） ；同样膝关节最大角速度 随着负荷量的增大而减小，有显著性差异（p0.05） ，0 负荷与 30 负 荷和 40 负荷之间有非常显著性差异（p0.05） ， 山东师范大学硕士学位论文 19 30 负荷与 40 负荷之间无显著性差 （p0.05） ， 0 负荷与 30 负荷之间无显著性差异 （p0.05） ， 0 负荷与 40 负荷之间有非常显著性差异（p0.05） 。与 0 负荷时相比较时，踝关节在负重 20kg 时就表现出显著性差异，而膝关节 直到负重 40kg 时才表现出显著性差异，说明蹬伸过程中踝关节的最大角速度比膝关节更 容易受外界负荷的影响。通过图 6 可以看出，连续纵跳蹬伸过程中踝关节、膝关节最大角 速度在一定范围内随负荷增加而减小，变化相对稳定。 4.5 不同负荷对连续纵跳缓冲过程中踝膝最大角速度影响 表 10 缓冲时刻膝、踝关节最大角速度参数表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） ） 40（kg） p 值 1 （ s / ） 499.3562.15 483.0654.56 462.4452.57 434.7553.26 0.012 2 （ s / ） 424.6062.60 399.7534.58 374.5028.84 358.1237.67 0.000 踝最大角速度 0 100 200 300 400 500 600 700 0 20 30 40 踝最大角速度 膝最大角速度 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 20 30 40 膝最大角速度 图 6 不同负荷下踝关节、膝关节蹬伸最大角速度变化图 山东师范大学硕士学位论文 20 表 11 缓冲时刻踝关节最大角速度多重比较表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.842 1 30（kg） 0.251 0.723 1 40（kg） 0.009 0.079 0.501 1 表 12 缓冲时刻膝关节最大角速度多重比较表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.352 1 30（kg） 0.008 0.351 1 40（kg） 0.000 0.039 0.703 1 通过上表数据 10 可以看出，在连续纵跳每一周期的缓冲过程中，踝关节最大角速度 在一定范围内随着负荷量的增大而减小，有显著性差异（p0.05） ，30 负荷与 40 负荷之间无显著性差 最大踝角速度 0 100 200 300 400 500 600 0 20 30 40 最大踝角速度 最大膝角速度 0 100 200 300 400 500 600 0 20 30 40 最大膝角速度 图 7 不同负荷下踝关节、膝关节缓冲时最大角速度变化示意图 山东师范大学硕士学位论文 21 （p0.05） ，0 负荷与 30 负荷之间无显著性差异（p0.05） ，0 负荷与 40 负荷之间有非常显 著性差异（p0.05） ；通过上表 12 可以看 出，在连续纵跳缓冲过程中，负荷对膝关节最大角速度影响情况，0 负荷与 20 负荷间无显 著性差异（p0.05） ，20 负荷与 30 负荷无显著性差（p0.05） ，30 负荷与 40 负荷无显著性 差（p0.05） ，0 负荷与 30 负荷和 40 负荷之间有非常显著性差异（p0.05） 。 测力台所受最大力无明显变化（p0.05） ，无显著性差异。通过上表 14 可以看出，在连续 纵跳过程中不同负荷下，人体刚度系数变化情况，0 负荷与 20 负荷之间无显著性差异 （p0.05） ，20 负荷与 30 负荷之间无显著性差异（p0.05） ，30 负荷与 40 负荷之间无显著 性差异（p0.05） ，0 负荷与 30 负荷之间无显著性差异（p0.05） ，0 负荷与 40 负荷之间无 显著性差异（p0.05） ，20 负荷与 40 负荷之间无显著性差异（p0.05） ，相邻两个负荷对下 肢刚度系数的影响不大（p0.05） ，无显著性差异；在一定范围内随着负荷的增加，下肢刚 度系数均值越来越小。 4.7 不同负荷对连续纵跳周期频率的影响不同负荷对连续纵跳周期频率的影响 表 15 不同负荷连续纵跳时间参数表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 支撑时间 0.3440.119 0.4390.091 0.5000.124 0.5460.117 腾空时间 0.4440.059 0.3790.062 0.3380.051 0.3000.063 周期 0.7880.140 0.8180.133 0.8380.148 0.8460.144 山东师范大学硕士学位论文 23 表 16 支撑时间多重比较分析表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.095 1 30（kg） 0.001 0.430 1 40（kg） 0.000 0.047 0.665 1 表 17 腾空时间多重比较分析表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.014 1 30（kg） 0.000 0.200 1 40（kg） 0.000 0.002 0.272 1 通过以上数据表 15 我们可以看出，不同负荷对连续纵跳过程中周期的影响不大 （p0.05） ，无显著性差异。但每周期中腾空时间与支撑时间变化较大，随着负荷的增大， 腾空时间越来越短（p0.05） ，负荷 20kg 与负荷 40kg 之间有显著性 差异（p0.05） ，负荷 0kg 和负荷 20kg 之间有显著性差异（p0.05） ，负荷 0kg 与负荷 30kg 和负荷 40kg 之间有非常显著性差异（p0.05） ， 无显著性差异；达到最大力值所需时间越来越长（p0.05） ，30 负荷 与 40 负荷之间无显著性差异（p0.05） ，0 负荷与 30 负荷和 40 负荷之间有显著性差异 （p0.05） ， 也就是相邻两个负荷之间 10kg 负荷量的变化对爆发力的影响不大（p0.05） ，无显著性差异；但是随着负荷的递增，在一 定范围内相同递增的负荷量对爆发力的影响越来越小。 4.9 连续纵跳过程中不同负荷对髋关节最大速度和最大弹跳高度的影响 当前对于纵跳的高度的测量有直接测量法和间接测量法。直接测量法一般是通过米尺 或仪器等测量工具直接读出弹跳高度，如纵跳度指示仪 46、弹跳高度测量仪47等。间接测 量法通常是通过测出人体的腾空时间 t，根据公式 2 2 1 gth 求出人体的纵跳高度，或者通 过仪器先测出人体离地时的最大速度 v，再根据公式asvvt2 2 0 2 ，求出人体弹跳最大高 度 s。在连续纵跳过程中，由于每次蹬伸、落地时踝关节或膝关节角度有所差异，人体在 空中的姿态有所不同，相比之下本实验采用间接法asvvt2 2 0 2 进行测量，人体起跳速度 为 v，到达最高点速度为 0，所以最大纵跳高度 a v h 2 2 。通常认为髋关节可以代表人 体重心的位置，试验中髋关节的最大速度 v髋=v。 表 20 髋关节最大速度和最大纵跳高度 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） p 值 v髋 2.3540.307 1.9350.292 1.7750.283 1.6210.278 0.00 h 0.2880.734 0.1950.057 0.1650.052 0.1370.046 0.00 山东师范大学硕士学位论文 26 通过上表 20 可以看出，不同负荷对连续纵跳过程中髋关节最大速度 v 影响有非常显 著性差异（p0.01） ，随着负荷的增加髋关节最大速度越来越小。不同负荷对连续纵跳高度 影响有非常显著性差异（p0.01） ，随着负荷的增加弹跳高度越来越小。通过图 9 可以明显 的看出，髋关节最大速度和纵跳最大高度变化情况，从 0 负荷到 20 负荷时变化明显，20 负荷到 30 负荷和 30 负荷到 40 负荷时变化基本一致。可以说明，在一定范围内随负荷的 递增，最初一定量的负荷量的改变对髋关节最大速度和纵跳最大高度影响明显。 表 21 髋关节最大速度 v 多重比较表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.001 1 30（kg） 0.000 0.407 1 40（kg） 0.000 0.017 0.443 1 表 22 纵跳高度 h 多重比较表 名称 0（kg） 20（kg） 30（kg） 40（kg） 0（kg） 1 20（kg） 0.000 1 30（kg） 0.000 0.450 1 40（kg） 0.000 0.034 0.561 1 h 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 20 30 40 h v 髋 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 20 30 40 v 髋 图 9 不同负荷连续纵跳最大纵跳高度、髋关节最大速度变化图 山东师范大学硕士学位论文 27 通过上表 21 和表 22 可以看出在不同负荷连续纵跳过程中，髋关节最大速度 v 变化 情况，0 负荷与 20 负荷、30 负荷、40 负荷之间有非常显著性差异（p0.05） 。也就是说，在一定范围内，在连续纵跳过 程中，10kg 的负荷变化对纵跳影响不明显。由此可见，在连续纵跳过程中，一定负荷范围 内一定负荷量的变化对髋关节最大速度和最大纵跳高度的影响情况，所以在运动训练中对 于负重负荷量变化量应采取梯度适宜的负荷量。 5 讨论 本次试验对不同负荷对连续纵跳影响进行研究分析，其中在连续纵跳过程中，一定范 围内负荷的变化对踝、膝关节的最小角度值影响不大，可能由于机体的习惯性和神经肌肉 定势造成的，其保持相对稳定的状态既有利于保护机体又有利于动作的完成。同时其角度 的稳定性从而保证了下肢型变量的相对稳定。在不同负荷下连续纵跳过程中，在一定范围 内随着负荷的增加，膝关节、踝关节最大角速度逐渐减小，根据根据希尔方程 45 肌肉做功 的功率为常数，负荷增大，肌肉力量 f 增大，从而速度变小。速度变小了，而下肢型变量 相对稳定，即蹬伸过程位移恒定，从而使支撑时间延长，髋关节最大速度变小，从而导致 腾空时间变短，从而使周期保持相对稳定。在一定范围内随着负荷的增加，下肢爆发力随 负荷增加变小根据公式 p=f/t，在实验数据中，力 f 相对稳定，爆发力的变小，主要是由 于达到最大力所用的时间的延长而引起的。时间之所以延长是达到最大力过程中速度变 小。根据希尔方程 45肌肉做功的功率为常数， 也就是外界负荷的增大而引起的。由此可 看出爆发力跟外界负荷存在矛盾关系，在一定范围内，负荷越大爆发力越小，反之越大。 这给于我们运动训练提供了理论依据。爆发力训练时，要选择适宜的负荷。 6 结论 一、在连续纵跳纵跳过程中，不同负荷对男女性别影响之间无显著性差异，男女之间对于 不同负荷的影响其参数变化趋势相同。 二、在连续纵跳过程中，一定范围内负荷的变化对踝膝关节的最小角度值影响不大，无显 著性差异（p0.05） 。也就是一定负荷下连续纵跳过程中踝膝关节具有很好的稳定。 山东师范大学硕士学位论文 28 三、在不同负荷下连续纵跳过程中，在一定范围内随着负荷的增加，膝关节、踝关节最大 角速度逐渐减小，有显著性差异（p0.05） ；在一定 范围内随着负荷量的增加，支撑时间越来越长，腾空时间越来越短，有显著性差异 （p0.05） ；下肢型变量相对稳定，无显著性差异（p0.05） 。 六、 在不同负荷下连续纵跳过程中， 测力台所受最大力 f 相对稳定， 无显著性差异 （p0.05） ； 在一定范围内随着负荷的增加，达到最大力值所需时间变长，有显著性差异（p0.05） ； 下肢爆发力随负荷增加变小，有显著性差异（p0.05） 。 山东师范大学硕士学位论文 29 7 主要参考文献目录 1李立,王戌楼,陈玉娟,崔巴特尔.负重训练对中长跑运动员成绩影响的实验研究j . 北京体育大学学报，2007，30（5） 2 张久利,杨焱.穿负重背心及踝负重训练对跑跳类项群项目成绩影响的实验研究j . 唐山学院学报，2006，19（1） ：77-79 3 曲 峰， 金季春.李春雷摆臂加重训练法的实际应用研究j .北京体育大学学报， 2000， 23（1） ：59-61 4张秋霞，朱国生. 负荷时间长短对纵跳能力影响的动力学研究j . 浙江体育科学， 2000,22（1）:48-52 5 周百之. 不同的杠铃负重训练方式与纵跳能力的实验研究j . 中国体育科技， 1984， 21（6）46-47 6 陈佩顺,黄臻,陈淑贤. 早期关节负重训练对脑卒中患者运动功能的影响j .神经损 伤与功能重建，2007.2（1） ：21-22 7刘文晓,罗韵怡.负重对大鼠明暗辨别学习速率的影响j .华南师范大学学报，2007， 4：98-101 8闫万军,赵 斌,刘丰彬,李文彬,张双阁,马炳存. 负重跑训练对老龄大鼠肌肉丢失的 影响j .中国体育科技 2009，45（4）:120-124 9龚明季爱君金季春. 人体负重时腰椎间盘厚度的变化j .上海体育学院，1983，9： 56-59 10肖毅，刘宇，刘翠鲜. 负重力量训练数据实时采集与监控系统的开发j .2009，33 （4） ：75-78 11何亮.篮球运动中连续纵跳对篮板球的作用j.四川体育科学，2004，4:118-119 12王向前.自由纵跳研究j .南京体育学院学报，2000，14（4） ：13-16 13李光巨，李莉. 纵跳的动力学模型分析j .沈阳体育学院学报，1995，2：20-25 14 苟波， 张斌,陈佩杰,魏勇,段子才. 男大学生部分身体形态指标和原地纵跳能力的相 关性j . 上海体育学院学报，2005，29（4）:53-58 15王坦，傅水根，吴平东. 人体纵跳高度的间接测量方法j . 中国农业大学学报 2003,8(6):42-44 山东师范大学硕士学位论文 30 16刘学贞，李世明. 纵跳理论研究进展j . 北京体育大学学报，2004，27（1） ：65-7