（体育教育训练学专业论文）陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析.pdf

学位论文独创性声明学位论文独创性声明 本人呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究工作做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中做了明确说明并表示谢意。 论文作者： 日期： 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校对 本人递交的学位论文保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版， 允许在校内和与学校有协议的部门公布论文并被查阅和 借阅。 本人授权西安体育学院可以将本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 和汇编本学位论文。 论文作者： 导师： 日期： 日期 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 i 摘要 短跑是田径运动的基础项目，速度是短跑项目的核心思想，途中跑阶段就是 延续并保持高速跑的重要组成部分，在这一阶段中，每个单步的技术动作都直接 影响着运动员的运动成绩。本文以四名一级短跑运动员作为研究对象，采用高速 摄像和三维测力台同步的实验方法，结合专家访谈、数理统计等研究方法，结合 专业理论以及受试运动员的实践能力两个方面的情况， 从运动生物力学角度对受 试运动员在短跑途中跑过程中的支撑和腾空阶段的技术动作进行分析。 将受试运 动员的相关参数与国外优秀运动员的数据进行对比分析，得出以下结果： 1.途中跑技术动作中，从着地瞬间、最大缓冲时刻和离地瞬间对四名受试运 动员的肘关节角度、髋关节角度、膝关节角度和踝关节角度进行对比分析，得出 在途中跑阶段受试运动员摆臂在合理范围内； 髋关节角度和离地瞬间的膝关节角 度均与研究数据相差不大。 2.受试运动员在支撑阶段，受试运动员缓冲时间、缓冲距离、着地角度、着 地距离等所反应的数据显示受试运动员在着地过程中受到的阻力较大， 积极主动 着地能力相对不足，影响人体水平前进速度。在步长方面，明显小于国外优秀运 动员平均步长，而受试运动员步频则稍大于国外优秀运动员平均步频。在由着地 瞬间进入最大缓冲时期、后蹬阶段的平均值明显增加，身体平衡稳定性降低。 3.受试运动员在支撑缓冲时期，所受支撑反作用力的曲线图反映出：fz 力 值曲线变化相对平稳，加大蹬地时的力即可获得一个较大的反作用力，使得支撑 反作用力在图中能形成一个明显的力值大且缓冲时间短的力值曲线波谷。fy-t 曲线图和 fx-t 曲线图说明：运动员在支撑阶段要掌握好蹬伸的时机，而且蹬伸 动作要做到积极主动。在着地缓冲时期后要立即调整左右方向，进而保证支撑阶 段的稳定性，达到更好的技术动作要求。 关键词：短跑；途中跑技术；运动生物力学分析 论文类型：实验型 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 ii abstract sprint is the track and field sports infrastructure project, speed is the core of the project ideas of sprint, the important component is the “on the way to run stage” is the continuation of the high speed. at this stage, every single step of technical movements are directly affect the performance of the movement of athletes. based on the three engaged in sprint, long jump project level of athletes as the research object, adopting to high speed camera and 4 d force measurement machine synchronous experimental methods, combining the expert interview and mathematical statistics method. combined with the specialized theory and the practice of the tested athletes ability two aspects of the situation, from the angle of sports biomechanics subjects in sprint athletes run way in the process of support and turned the technical movement analysis stage. after analysising the data of the athletes and the overseas elite athletes will be try related parameters and draw the following results: 1. run in the way technical movements, from the landing, the largest buffer time and moments from the ground to three subjects moment of the angle of the hip, athletes elbow, knee joint angle and ankle angle analysis, run by that stage in road arm try athletes in the reasonable scope; hip angle and moments of knee joint angle from all within the scope of study in that analysis data is reasonable. 2. subjects in support of stage athletes, the athletes buffer time, try buffer distance, landing on the view, and the distance of the reaction of the tested data showed that athletes in the touchdown process of the resistance is bigger, active touchdown paratively insufficient, affect human body level speed. in the step length, excellent foreign athletes obviously less than average step length, and be try a little more than foreign athletes stride length is excellent athletes average stride frequency. on the moment into the biggest buffer period, the push to the average of the stage after increased significantly, the balance of the body reduced stability. 3. subjects in support of athletes buffer period, support the reaction by the graph reflects: fz force value curve change relatively smooth, increase the pedal to the force can obtain a bigger reaction, make support the reaction in figure can form an obvious force value is large and buffer time short force value curve trough. fy-t graph and fx-t the graph shows that the athletes in support of stage to master a push to the timing of the stretch, and pedal out action to do the initiative. in the touchdown buffer 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 iii period immediately after about adjusting direction, and then the stability of support for the stage, achieve better technology movement request. key word: dash; running on technology; sports biomechanics analysis type of thesis: experimental 目 录 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 iv 1 前言 . 1 2 文献综述 . 1 3 研究对象与方法 . 3 3.1 研究对象. 4 3.2 研究方法 . 4 3.2.1 文献资料法 . 4 3.2.2 专家访谈法 . 4 3.2.3 实验测试法 . 4 3.2.4 数据的处理方法 . 5 3.2.5 数理统计法 . 5 4 结果与分析 . 5 4.1 短跑途中跑阶段的运动学特征分析. 5 4.1.1 短跑途中跑过程中上肢摆动技术的特征分析 . 6 4.1.2 短跑途中跑着地瞬间的运动学特征分析 . 7 4.1.3 短跑途中跑阶段运动员的步长比较分析 . 7 4.1.4 短跑途中跑支撑时期下肢各关节角度变化 . 8 4.1.5 短跑途中跑支撑时期人体重心的运动学特征 . 10 4.1.6 短跑途中跑支撑阶段摆动腿的相关分析 . 11 4.1.7 短跑途中跑阶段单步支撑时间与腾空时间的比值 . 12 4.2 短跑途中跑阶段的动力学特征分析. 12 4.2.1 短跑途中跑支撑阶段足底垂直反作用力 fz 力值曲线分析 . 13 4.2.2 短跑途中跑支撑阶段的 fy-t 曲线特征分析 . 14 4.2.3 短跑途中跑支撑阶段 fx-t 曲线特征分析 . 15 4.2.4 途中跑阶段摩擦力对运动员的影响 . 16 5 结论与建议 . 16 5.1 结论 . 16 5.2 建议 . 17 致谢 . 19 参考文献 . 20 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 1 1 前言 短跑运动是一项古老的运动项目，是田径运动的基础。它是以无氧供能方式 跑完全程，属于速度力量型的周期性极限强度项目。其成绩主要取决于运动员完 成动作的功率和长时间保持最高跑速的能力。随着体育运动的不断发展、体育理 论不断研究的深入、训练方法的系统化、科学化发展，短跑成绩的逐步提高愈来 愈受到关注。新中国至今，男子 100 米最好成绩是周伟 10 秒 17；女子 100 米最 好成绩是李雪梅 10 秒 79。从成绩上看，进步是明显的，但成绩提高的幅度越来 越小。近年来，我国短跑水平停滞不前，女子成绩更是大幅度倒退，与世界短跑 水平的差距还是比较明显的。 短跑成绩的提高是由众多因素综合作用的结果， 短跑技术则是促进短跑成绩 提高的主要因素。针对我国短跑成绩与国际短跑水平的差距，近年来，我国短距 离跑的研究学者在短跑技术动作分析上的研究，更是层出不穷。研究得出，现代 短跑技术更加突出摆动技术，强调以摆促蹬，蹬摆结合的技术特点。在起跑加速 阶段应积极、 充分蹬伸， 途中跑阶段更加突出摆动腿的积极摆动和快速下压扒地。 随着各种研究方法的深入，这一指导思想已衍生出多种专项练习手段，推广于教 学训练实践，并取得理想效果。文献资料中对短跑技术的研究多集中于着地缓冲 阶段的运动学特征研究。但是，利用高速摄像和三维测力从运动学和动力学两个 角度对短跑途中跑的研究还比较少。运动员从起跑、加速跑、途中跑以及终点冲 刺阶段， 速度、 步长、 支撑与摆动节奏、 发力顺序及地面反作用力都在发生变化。 因此，为了进一步探究途中跑阶段的运动学和动力学特点，宏观系统的分析短跑 途中跑阶段的技术问题， 本文在途中跑阶段利用三维测力台同步高速摄像获取研 究所需的动力学数据及影像资料， 应用 dartfish 分析系统对影像资料进行解析， 获取所需参数，运用生物力学分析方法，分析短跑途中跑阶段着地脚作用于地面 力值与运动员躯干姿态、重心水平速度、蹬地角度、摆动腿后摆速度、步长等指 标， 揭示短跑途中跑阶段的运动生物力学特征， 以便为技术教学、 训练提供参考。 2 文献综述 跑是支撑与腾空相互交替的周期性运动项目。 单脚支撑与腾空相互交替所表 现出来的技术特征就是蹬摆配合下步长与步频的协调统一。因此，短跑的研究可 以简化成对一个单步的研究，如何减小着地制动力、缩短支撑与腾空周期时间、 增大蹬伸幅度、增大步长、加快摆动腿摆动速度，如何使跑动更加经济高效成为 研究的重点。为了揭示项目的本质特点，探究肢体各环节的深层关联，丰富完善 短跑项目的理论基础。国内外学者做了大量定性和定量的研究，取得了可喜的成 果，催生了短跑技术的变革，实现了运动成绩的不断提高。 李永智对 4 名均达到一级水平的短跑运动员进行运动生物力学分析， 利用测 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 2 力台与肌电同步的方法， 对运动员蹲踞式起跑动作和站立式起跑动作两个动作进 行分析。结果表明：蹲踞式起跑过程中所产生的水平支撑反作用力明显大于站立 式起跑时期水平支撑反作用力； 蹲踞式起跑和站立式起跑中的肌肉活动顺序即肌 肉用力顺序各不相同；蹲踞式起跑和站立式起跑中肌肉的肌电活动时间和幅度， 即肌肉用力程度各不相同。 张武军在100m 途中跑摆动腿摆动技术力速特征分析一文中对摆动在不 同时相的力速特性，尤其是以摆促蹬、摆蹬配合的作用机制有待进一步分析，依 据摆动周期中摆动腿大腿摆动方向，将一个摆动周期划分为后伸、折叠前摆、下 压落地三个动作时相，并对各时相进行了分析。提出支撑阶段摆动腿的摆动，以 摆动腿重心与身体重心投影线重合为分界线，其后方的摆动对支撑腿起增压作 用，其前方的摆动对支撑腿起减压作用，摆动腿下压落地的制动作用是为维持身 体平衡，加快后方摆动腿摆动，增强蹬地效果创造良好的力学条件。 王志强通过“逆向动力学计算”的方法，系统揭示了不同水平短跑运动员支 撑过程中支撑腿下肢各关节净肌力矩与关节功率特点以及不同水平运动员之间 的差异，并针对这一差异提出短跑途中跑技术以及专项力量特点。对教学训练有 一定的指导意义。 刘绮红在从短跑途中跑支撑与腾空时间之比谈蹬摆技术能力训练一文中 对世界优秀短跑运动员支撑与腾空时间之比进行了分析， 发现优秀运动员途中跑 时不仅支撑时间短而腾空时间也短，支撑与腾空时间较为接近。这充分说明在快 速的跑动中， 支撑腿与摆动腿具有良好的蹬摆效果和身体重心向前性较强的技术 特征。并就如何提高支撑腿与摆动腿的蹬摆效果，进一步缩短腾空时间及蹬伸与 摆动技术能力训练提出了些看法。 冯雅芳对着地角曾有着这样的见解，认为着地脚着地时角度较大时，并且前 蹬距离也较短，在这种情况下，则为运动员的良好着地技术。但是前蹬角度过大 会影响运动员的步幅，因此，不能为了减小蹬地的阻力而故意加大运动员的着地 角。 费罗、利维拉、帕格拉、费雷罗拉、马丁、罗卡迪奥对第七届田径世锦赛短 跑项目进行动学分折， 对决赛阶段运动员的反应时间及各个距离段的通过时间进 行横向对比，通过研究运动员的速度和节奏的变化来揭示提高成绩的关键，认为 现代短跑运动在无法更有效地突破人类速度极限的情况下， 将训练的重点转向了 依靠良好的速度分配，提高全程平均速度水平，最终以此达到提高成绩的目的。 1985 年陈有源提出蹬地反作用力不仅不能成为短跑支撑阶段的动力，相反 的成为减慢跑速的重要原因。王志强采用生物力学测试、系统分析和数理统计等 方法对世界优秀短跑途中跑支撑技术和摆动技术进行系统分析，研究认为：优秀 运动员在支撑摆动阶段的技术特点主要是支撑腿和摆动腿的髋关节角度、 膝关节 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 3 角度和踝关节角度在支撑阶段的角度均较小； 以髋为轴的两腿的剪绞制动技术 是短跑技术的本质特征；积极着地也是短跑技术的基本而合理的技术动作要求； 在短跑途中跑前支撑段，运动员的技术效果也对最高跑速有着重要的影响。跑的 主要动力是在运动员后支撑时期和支撑反作用力与运动方向一致的方向的分力； 短跑的专项力量主要来自两大腿之间的 “剪绞制动” 力量以及支撑阶段膝关节、 踝关节的等长力量。徐茂典和吴雪山利用高速摄像的研究方法对 1999 年 “全国 田径锦标赛” (惠州)男子 100m 途中跑支撑过程中摆动腿的运动学特征进行研 究， 结果显示：“途中跑支撑阶段的身体重心水平速度和支撑腿的后蹬速度在100m 途中跑支撑时期有着重要的作用， 表明途中跑过程中摆动腿的摆动技术直接影响 着短跑运动水平的提高，因此在训练和教学中予以高度重视。 李诚志从转动力学和机械力学角度通过对中美优秀运动员支撑阶段的膝关 节幅度进行分析，认为我国运动员缓冲过小，致使运动员膝关节角度没有发挥到 最佳。随后，又有学者廖爱萍将九运会与国外运动员进行对比分析，得出结果同 样是膝关节缓冲不够，造成后蹬角度较大。黄宗诚也说，充分的缓冲技术不仅加 大运动员的前蹬距离，延缓后蹬时间和降低后蹬角度，而且拉长了后蹬时用力的 肌肉群，为后蹬创造了更有利的条件。说明了，充分的缓冲技术和延长后蹬时间 均有利于肌肉省力。有上述可知，膝关节的幅度较小对易于摆动腿的快速前摆和 人体快速向前运动，但并不是越小越好，合理而适当的缓冲技术是减小后蹬角度 并节省运动员快速跑时能量消耗的关键锁在。 魏书涛等人在短跑运动控制的生物力学分析一文中通过实验分析建立短 跑最高速阶段下肢的生物力学模型，探讨短跑运动下肢肌肉在多关节运动中协 调、控制功能的生物力学机制，对支撑期和腾空期的肌肉力矩与外力矩进行分析 量化，为短跑技术分析、技术最佳化提供依据。 王港在下肢解剖学特征对短跑运动能力的影响一文中通过访谈短跑教练 员结合生物力学分析提出：1、短跑运动员的骨盆相对较窄与大腿相对较短，可 提高摆动的速度与幅度，减小后蹬角度，从而达到有效增大步长与提高步频的目 的；2、短跑运动员的足长相对较短与足弓相对较高，可缩短运动员在支撑时期 内脚的转动半径加快转动速度，同时也可以对有效地减少支撑时间。为短跑运动 员的选材提供一定的理论依据。 郑桂海、李华结合短跑运动项目的力学及供能特点分析，并对国际上的几种 力量练习形式进行分析研究认为力量训练一定要和速度训练相结合； 短跑运动员 要多做一些轻重的快速力量练习；屈肌和伸肌要同时而均匀的发展，大肌肉群和 小肌肉群要同时而协调的发展。 依藤章(1991 年)对东京世界田径锦标赛的研究结果表明，在起跑和途中跑 中骸关节的伸展速度越快，跑速越快；j瓦克尔(1984)的研究结果也表明，速 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 4 度快的运动员在整个支撑过程中髋关节角度变化的幅度比较小。 我国学者王宝成 也提出现代短跑技术的特征是以髋为轴的高速摆动平动运动， 髋是人体加速的 关键环节，髋动力是人体的主要动力来源。集中肯定了髋的伸展幅度与速度是衡 量短跑技术动作水平高低的两个重要指标，进一步明确了短跑的发力机制。 国内外文献中对短跑技术的研究多集中于起跑和途中跑技术的分析阶段， 就 缓冲蹬伸、支撑摆动及运动中肢体的运动学特点等技术细节进行了深入的研究， 但从运动生物力学角度对短跑途中跑阶段进行运动学特征和动力学特征进行分 析研究的还较少。 3 研究对象与方法 3.1 研究对象 本研究选取 4 名一级运动员作为测试对象，四名运动员均为国家一级运动 员。受试者身体素质基本情况见表 1。 表 1 研究对象基本信息 姓 名 性别 年龄 身高 （cm） 运动 等级 100 米最好 成绩（s） 立 定 跳 成绩（m） 立 定 三 级 跳 成绩(m) 李 金 男 21 178 一级 10.7 3.20 9.50 林树茂 男 20 186 一级 10.9 3.05 9.20 方耀庆 男 18 182 一级 10.8 3.05 9.20 熊苏震 男 22 178 一级 10.7 3.16 9.30 3.2 研究方法 3.2.1 文献资料法 根据本课题研究目的和研究内容的需要，分别在西安体育学院图书馆、中国 期刊网、万方论文数据库收集并整理国内外有关短跑的研究文章，收集短跑运动 发展的有关数据和文字资料以及大量视频，进行对比研究。为了找到本项研究工 作的出发点，全面分析了解当前国内外有关短跑的研究现状及其相关理论成果， 对本文研究工作重点的确立、研究方法的选择、问题的深入探讨提供了理论和方 法学借鉴。 3.2.2 专家访谈法 与田径教学和训练方面的专家、 教练员以及运动生物力学方面的专家学者进 行交流，探讨本研究的可行性以及设计实验方案、选取研究指标和如何避免这些 弊端等，以便使实验顺利进行。 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 5 3.2.3 实验测试法 采用高速摄像和三维测力台同步技术， 对短跑运动员的短跑途中跑阶段进行 测试，并对测试的数据进行分析。 3.2.3.1 测试仪器 瑞士 kistler 三维测力台（60cm110 cm10 cm）一台 高速摄像机（卡西欧 fh-25）一台 同步仪、体重计、皮尺。 3.2.3.2 测试方法 在西安体育学院的室内田径馆安装测力台及高速摄像机。使用平面定点拍 摄，拍摄范围为 3 米，摄像机距离拍摄中心的距离为 15 米，机高 1.2 米，拍摄 频率为 120 帧秒。 采用三维测力台对运动员进行跑动测力，埋测力台钱通过观察记录运动员 50 米处着地位置，将测力台埋于确定的位置下，针对研究需要确定起跑位置， 使运动员刚好踏上测力台。现场安装后测力台上的塑胶皮和跑道塑胶皮齐平。 在运动员开始跑前启动摄像机和测力台，采集结束监控录像，中间不停机不 碰机，拍摄所需要的完整技术动作 图 1 测试现场示意图 3.2.4 录像分析法 图像数据处理：使用 dartfish 分析系统对实验所得的影像资料进行量化处 理。 跑跑 道道 道道 测力台处理器测力台处理器 测测 力力 台台 摄像机摄像机 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 6 测力台数据处理：利用 boiware 三维测力系统软件采集受试者 ft 曲线力 值，并存于格式为“.xls”的 excel 文件中，实现数据的转换。选取 excel 文件 中每名受试者所有数据的数值，对数据进行图表和曲线的绘制。 3.2.5 数理统计法 根据本文的研究目的，利用 excel 和 spss17.0 软件对原始数据进行相关性 分析和 t 检验，为研究提供依据。 4 结果与分析 4.1 短跑途中跑阶段的运动学特征分析 途中跑阶段的技术动作和速度在各类跑中起主要作用，是跑项目的主要阶 段，尤其在短跑项目中，途中跑是对最高速度的延续，并保持高速度跑的重要阶 段。因此，从途中跑技术要求来分析，途中跑阶段不仅注重技术动作的合理性， 更力求以最小的能量消耗提高跑速或保持高速前进，获得最大的效果。从对短跑 技术的分析和技术的规范方面来说， 研究者对现代途中跑短跑技术重点强调的是 “快速伸髋、积极着地”的途中跑技术动作。在这一技术动作过程中，根据跑的 技术原理， 可将短跑动作的基本结构分为支撑和腾空两个阶段的技术动作。 其中， 在快跑过程中，支撑阶段又包括前支撑和后支撑；腾空阶段又包括前摆和下落。 在这一过程中， 如何在能量消耗最小的情况下， 使得运动员获得最好的成绩， 本文从运动学和动力学两个角度来分析。从运动生物力学的角度来研究，降低支 撑脚着地时的水平制动力对跑动力的影响是短跑途中跑支撑阶段的主要任务。 为 了提高运动员的跑速，在此期间要尽可能的在身体内储存更多的弹性势能，这样 髋关节才能更积极的伸展，也为摆动腿的积极前摆和下压创造更有利的条件。在 途中跑支撑和腾空时期，运动员的上肢摆动幅度、各关节角度、身体姿态以及运 动员在支撑缓冲瞬间或是离地瞬间的速度等等都影响着运动员的跑速。 以下从运 动学角度对运动员技术特征进行分析。 4.1.1 短跑途中跑过程中上肢摆动技术的特征分析 在短跑途中跑阶段， 身体姿态是否正确、 合理也会成为影响跑速的重要因素。 在这一过程中，基本规范的动作要求是头部位置要正直，上体稍有前倾，角度大 概为 8-12，两臂前后摆动。手臂的前后摆动不仅可以增加腿部的动作速度， 还可以维持身体在运动过程中的平衡稳定。可见，手臂的正确摆动对运动员成绩 的影响也有着不可忽略的关系。有研究者做过此类实验：测定运动员原地高抬腿 10 秒的频率、30m 行进间跑以及 100m 带起跑的步数与成绩，分别在摆臂与不摆 臂情况的下测定。结果表明，运动员在不摆臂动作要求下，原地高抬腿 10 秒的 频率下降 7.88，30m 行进间跑的速度下降了 0.1ms，步幅减少 0.23m。明显 可以看出，摆臂不仅影响大腿高抬的频率，而且对步幅也有着较大影响，可见摆 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 7 臂在跑的技术动作中具有极大的作用。 摆臂的合理技术要求：两臂屈肘约成 90，摆臂速度加快，幅度要大而有 力。有研究者认为腿部的动作是随着手臂动作的加快而加快。下肢在上臂有力的 摆动配合下，增大躯干纵轴的旋转幅度，从而有效的加长了大腿前摆的距离，即 增加了步长。但在手臂摆动过程中，肘关节角度的变化也是有一定限制的，摆臂 角度过大会影响摆速，摆度过小则会影响下肢的动作幅度。表 2 是本文测试运动 员在途中跑中手臂前后摆动时的最大角度，从结果可以看出，手臂后摆角度明显 大于手臂前摆角度。在手臂从前向后摆的初始时期，技术转动半径越小，获得的 加速度就越大，一般肘关节合理角度应为 6070左右。受试者手臂最大后 摆角均值为 69.47，在合理角度范围内。在途中跑过程的手臂前摆时期，肘关 节角度一般小于 90。在这一时期，摆臂动作要自然、有力的进行前后摆动， 不仅加快跑动中的步频和步幅、 保持了身体的平衡稳定， 而且减少身体的紧张度， 使成绩得到有力的提高。 表 2 短跑运动员途中跑手臂前后最大摆动角（） 手臂最大前摆角（） 手臂最大后摆角（） 李 金 47.23 74.02 方耀庆 45.20 69.68 林树茂 43.40 64.70 熊苏震 47.20 73.90 xs 45.281.916 69.474.663 4.1.2 短跑途中跑着地瞬间的运动学特征分析 短跑途中跑的支撑阶段即是脚着地时起到脚离地时结束， 其技术动作直接影 响身体重心速度的快慢。短跑的支撑阶段又分为前支撑和后蹬两个阶段。前支撑 阶段是从脚着地起到身体重心移到支撑点的垂直上方为止； 后蹬阶段是从身体重 心移过支撑点的垂直上方到脚蹬离地面为止。 本文以四名陕西省一级运动员的所 得数据进行相关分析。 表 3 是四名短跑运动员在途中跑过程中一个单步周期的支撑阶段的运动学 参数。从表中我们可以看出：李金、方耀庆、林树茂和熊苏震四名运动的缓冲时 间分别为 0.03s、0.034s、0.04s 和 0.03s；着地角分别为 71.7s、70.2 s、69.5s 和70.8s。通过数据对比可以得出，李金的着地角大于方耀庆 和熊苏震、方耀庆着地角大于林树茂；李金的着地距离小于方耀庆、方耀庆着地 距离小于林树茂。由于脚的着地点在身体重心投影点之前，脚着地瞬间对地面的 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 8 冲击力较大， 它对人体向前起阻力作用。 因此， 脚着地时应接近身体重心投影点， 达到减少制动和阻力的作用。 以上数据所反应的是林树茂和方耀庆在着地过程中 受到的阻力较大，积极主动着地能力相对不足，影响人体水平前进速度。 表 3 短跑运动员着地缓冲时期的运动学参数 李金 方耀庆 林树茂 熊苏震 缓冲时间(s) 0.03 0.034 0.04 0.03 水平速度(ms) 10.22 11.17 9.26 10.20 着地角() 71.7 70.2 69.5 70.8 着地距离(m) 0.352 0.387 0.412 0.340 4.1.3 短跑途中跑阶段运动员的步长比较分析 表 4 受试者与国外运动员平均步长等相关参数比较 身高（cm） 成 绩 步 长 步长指数 步 频 步频指数 李 金 178 10.2 2.15 1.22 4.43 7.80 方耀庆 182 10.8 2.13 1.18 4.48 8.13 林树茂 186 11.5 2.08 1.14 4.46 7.90 熊苏震 178 10.7 2.10 1.20 4.42 7.60 xs 1824.00 10.840.65 2.120.65 1.180.04 4.460.26 7.950.98 外 国 运 动 员平均值 181 9.88 2.29 1.22 4.42 7.99 在跑的技术要求中，步长和步频是影响跑速的两个关键因素。步长是指两脚 着地点之间的距离。其中，决定步长的因素主要有：腿长、蹬地力量、速度和方 向。髋关节的灵活性，肌肉的柔韧性那个，摆腿和着地技术，跑道的弹性以及空 气阻力等都是影响步长的因素。相对于步频而言，步长的增大主要取决于后天的 技术训练和体能的发展状况。为了通过增加步长来提高跑速，必须提高后蹬和摆 动效果。要提高后蹬的效果，就必须要做到后蹬的力量要大、后蹬的速度要快、 而且动作要充分，同时要掌握好后蹬的方向和适宜的后蹬角度。步频是指单位时 间内跑的步数。 决定步频的因素有人体神经过程的灵活性， 肌肉收缩时的主动肌、 协同肌、对抗肌的协调性，以及全身各运动环节的配合和跑时支撑时间和腾空时 间的合理比值。在跑技术中，步长和步频两者相互依存、相互制约，改变步频或 者改变步长，或是两者都改变，皆对跑速有着明显的影响。但是步长和步频的相 互关系是因人而异、各不相同的，因为步长和步频是受每个人的身体形态和身体 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 9 素质等多种因素影响的。因此，要根据个人特点进行合理的调整和选择最佳的步 频、步长组合，以提高个人成绩。 本文通过对四名受试者的步长和步频结合国外高水平运动员的平均步长和 步频进行比较分析。表 4 为相关参数比较，由表显示，受试者运动员平均身高与 外国运动员平均身高值相差不大，由于腿长也是影响步长的因素之一，所以，此 因素对受试者的影响和国外优秀运动员相比，无明显差异。但国外优秀运动员短 跑平均成绩却明显优于受试者短跑平均成绩，主要原因集中在步长和步频方面。 由表中数据显示，国外优秀运动员平均步长明显大于受试者平均步长，步频则较 小于受试者平均步频。由此可见，快步频加上较大的步长，短跑成绩优于受试者 短跑成绩是毋庸置疑的。但是，也说明了受试者还有着提伸的空间，因为影响步 长和步频的，除了运动员个体的身高因素之外，还可以从运动员的身体素质和运 动技术的掌握情况入手，分析不足的原因，进而做到弥补。 速度是短跑的关键，为了达到尽可能快的跑速，其主要原因取决于步长和步 频。两者之间知否可以合理的搭配，首先要根据自己的情况而调整。因为，影响 步长的因素较多， 后蹬角度的大小、 运动员下肢的长度、 运动员大腿前摆的幅度， 以及如何能更减少耗能都是影响跑速的关键。所以，用最科学最合理的步长和步 频搭配才能取得事半功倍的效果。 4.1.4 短跑途中跑支撑时期下肢各关节角度变化 在短跑技术分析中，髋关节、膝关节和踝关节的技术指标不仅反应运动员完 成技术动作的效果，而且对肌肉的发力状态也有着很大程度的影响。本文从着地 瞬间、最大缓冲时刻和离地瞬间对四名测试者的髋关节角度、膝关节角度和踝关 节角度进行对比分析， 以得出运动员各关节角度在怎样的数值范围内才能达到合 理的技术动作，并提高运动成绩。表 5 是对三个时期不同关节角度变化的参数对 比。 表 5 支撑阶段不同时期髋、膝、踝关节角度变化 姓 名 髋关节角度（） 膝关节角角（） 踝关节角度（） a1 a2 a3 a1 a2 a3 a1 a2 a3 李 金 141.2 167.9 200.7 153.5 142.7 150.6 123.7 116.4 144.9 方耀庆 135.2 142.5 201.8 142.8 141.4 155.3 112.0 107.5 138.0 林树茂 131.9 153.5 203.3 147.1 140.0 157.6 119.1 116.0 148.3 熊苏震 141.0 167.7 201.8 153.4 141.3 150.5 123.6 116.0 145.0 xs 136.10 154.63 202.60 4.715 12.738 6.900 147.80 141.37 154.50 5.384 1.350 3.568 118.27 113.30 143.73 5.894 5.027 5.248 注：a1：着地瞬间值，a2：最大缓冲时刻的值，a3：离地瞬间值 陕西省优秀短跑运动员途中跑技术的运动学和动力学主要特征分析 10 4.1.4.1 支撑阶段髋关节角度变化情况 髋关节被称为身体的“中心轴” ，以髋为轴的两腿在快速跑中迅速摆动是现 代短跑技术的基本特征。髋关节在快速跑支撑过程中积极缓冲，摆动腿快速向前 摆动时，髋部积极发力并带动大腿向前上方摆动，因此，髋关节的伸展幅度和速 度大小也是影响跑速提高的关键。日本田径协会生物力学研究小组对参加 1997 年世界田径竞标赛的优秀运动员的短跑技术进行研究分析， 得出跑的快的运动员 髋关节伸展速度要比一般运动员髋关节伸展速度快的多， 这说明优秀运动员髋关 节及髋关节周围肌肉群在较短时间内能能发挥最大的能力。由上表 5 可知，在着 地瞬间，运动员平均髋关节角度为 136.104.715；最大缓冲时髋关节平均角 度为 154.6312.738；在运动员离地瞬间，髋关节的平均角度增大到 202.60 6.900。表中数据显示经过分析受试者在短跑途中跑阶段的髋关节伸展幅度 的平均值为 66.5，在查阅近些年国内外优秀运动在支撑阶段髋关节的伸展幅 度平均值在 68.6，此数据与本实验分析后所得数据基本相符，说明实验得出 的数据是合理而有效的。 4.1.4.2 支撑阶段膝关节角度变化情况 在支撑腿着地后，由于髋关节积极伸展和身体自身前移的惯性，加速总重心 的顺序前移通过支撑腿的上方。在身体重力和摆动腿的屈膝摆动的压力作用下， 支撑腿迅速弯曲缓冲，身体总重心移至支点垂直面，支撑腿的膝关节成 136 142角，膝关节此时做退让性工作。 由表 5 可发现，在途中跑支撑阶段一单步着地瞬间，所测试运动员膝关节的 角度平均值 147.805.384；在途中跑支撑阶段一单步最大缓冲时刻，膝关节 的平均角度是 141.371.350；在途中跑支撑阶段一单步离地瞬间时，膝关节 角度是 154.503.568。有研究数据表明，刘易斯在短跑途中跑垂直缓冲时膝 关节角度为 146，被称为较高的缓冲姿势。而过高的缓冲姿势不利于膝部伸肌 群的肌肉预先拉长和弹性势能的储备，但刘易斯有极好的速度力量素质，克服了 不利因素。在身体总重心移过支