（运动人体科学专业论文）短跑加速跑前四步运动学分析.pdf

摘要 一个完整的运动技术是由多个技术环节紧密衔接起来的，前一个技术环节必然会 对后一技术环节造成定的影响。为了深入了解加速跑，首先要了解：( 1 ) 当前加 速跑的技术特点；( 2 ) 加速跑需要完善的地方。对跑的技术进行生物力学分析的目的， 主要是揭示跑的一般规律和寻找如何跑得更快、更经济的方法。实践证明，单纯的理 论分析达不到以上目的，而必须运用实验测试法。因此，本文的目的在于通过实验法， 找出实验结果中不符合规律或不协调的因素，为进行技术诊断和寻找训练突破口提供 一定依据。 实验结果中大多数指标没有呈现出明显的规律性变化，分析其原因，笔者认为 主要是由于技术不稳定、左右肢力量不均衡、柔韧素质不足、步幅与步频选择不当 等造成的。在理解加速跑前几步的动作技术时，还应注意：( 1 ) 跑步时身体的前倾 程度及后蹬角的大小，取决于人体的受力条件，如果要用较小的后蹬角、较前倾的 姿势跑步，必须具有较大的水平分力和向后转动力矩；( 2 ) 身体前倾的情况下，如 果能使身体保持直线，加速度会更有效；( 3 ) 起跑后第一步应尽量使脚的落点靠近 重心投影点；( 4 ) 改变摆动腿肌肉的紧张性可改变摆动腿绕髋关节摆动的频率；( 5 ) 由于制约周期性运动的最重要参数是速度，而不是步幅或步频，因此要根据目标速 度去不断地协调步幅、步频，直到找到适合自己的节奏。 本文最后提出三条建议：( 1 ) 补充加速跑阶段肌肉的工作形式；( 2 ) 研制和开 发加速跑训练器械；( 3 ) 加速跑训练中应注意的问题。 关键词：加速跑：前四步；运动学 a b s t r a c t o n e i n t e g r a t e dt e c h n i q u ei sc o n s i s t so fm a n yc o n t i n u o u st e a c h e s ，a n do n eo f t h e m m u s ta f f e c tt h en e a r i no r d e rt op e n e t r a t ei n t ot h ef i r s tf o u rs t e po f s p r i n ta c c e l e r a t i v en l i l ， w em u s tu n d e r s t a n dt h es t u d ya c t u a l i t yo fi t sc h a r a c t e r i s t i ca n dt of o u n dt h es i d e st h a t r e q u i r eb ei m p r o v e d t h ea i mo f b i o m e c h a n i c st or u n st e c h n i q u ei st or e v e a lt h eg e n e r a l r e g u l a r i t ya n dt os t u d yt h ew a y so f r u nf a s t e ra n de c o n o m y p r a c t i c ep r o v e st h a t s i n g l e t h e o r ya n a l y s i sc a l ln o tg e tt ot h ea i m ；w em u s t u s et h ee x p e r i m e n tt e s t s o ，t h ea i mo ft h i s t e x ti st os e a r c ht h ed i f f e r e n c eo ft h ei n f e ra n dt h er e s u l t ，a n dl o o kf o rt h ef a c t o r so f e a s y m a k em i s t a k e ，o f f e rr e f e r e n c ef o rt h ec o u c ha n dt h ea t h l e t ea n ds e a r c ht h eb r e a kt h r o u g h w a yo f t r a i n i n g t h em o s t p a r a m e t e r so f t h ee x p e r i m e n t d o n tp r e s e n tr e g u l a rc h a n g e t h ew r i t e rt h i n k t h a tt h em a i nr e a s o n sa r et h e t e c h n i q u ei sn o ts t a b l e ，t w os i d e s s t r e n g t h a r en o t e q u i l i b r i u m ， p l i a b i l i t yi si n a d e q u a t e s t r i d ea n df r e q u e n c y sr e l a t i o ni sn o td e a lw i t hp r o p e r l ya n ds oo n w h e n u n d e r s t a n d i n gt h et e c h n i q u eo f t h ef i r s tf o u rs t e p so fa c c e l e r a t i v er u n , w eo u g h tt o a d v e r s et h ef e l l o w sm o r e o v e r ( 1 ) t h ee x t e n to f b o d yl e a na n dl e gd r i v e sa n g l ed e p e n do d t h ec o n d i t i o no f b o d ys u f f e r e dp o w e r i fy o u w a n tu s el e s sl e gd r i v e sa n g l ea n dm o r el e a n g e s t u r e t or u n ，y o um u s t p o s s e s sl a r g eh o r i z o n m lw e i g h ta n dl a r g eb a c k t u r nm o m e n t ( 2 ) a t t h es a l t l et i m eo f b o d yl e a n ，i fy o uc a nm a k e t h eb o d yas t r a i g h tl i n e ，t h ea c c e l e r a t i o nw i l l b em o r ee f f e c t u a l ( 3 ) i ti sb e t t e rt h a tm a k et h ef i r s ts t e p sp o i n to f f a l lm o r ea p p r o a c h e dt h e c e n t e r sp r o j e c t i o n ( 4 ) a l t e rt h em u s c l e st e n s i o no f s w i n g l e gc a nc h a n g et h ef r e q u e n c yo f t h el e gr e v o l v et h e h i p b o n e ss w i n g ( 5 ) b e c a u s et h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ro fr e s t r i c t c y c l i n ga c ti sv e l o c i t y , n o tt h es t r i d eo rt h ef r e q u e n c ni ti sp r a c t i c a b l et h a tc o r r e s p o n dt h e s t r i d ea n dt h ef r e q u e n c y a c c o r d i n g t ot h ea i m s p e e da n d f i n dt h ef i t t i n gr h y t h mt ot h ee n d t h i st e x tr a i s e st h r e ea d v a n c e si n a d d i t i o n ；m e ya r et h ef i r s t ，t os u p p l e m e n tt h e w o r k i n gs t y l eo fm u s c l e ，t h es e c o n d ，t os t u d ya n de x p l o i tt h ei n s t r u m e n t so ft r a i n i n g ，t h e l a s t ，a n dt h eq u e s t i o n so f t r a i n i n g k e yw o r d s ：a c c e l e r a t i v er u n ；t h ef i r s tf o u rs t e p s ；k i n e m a t i c s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人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过的研究成果，也不包含为获得东北师 范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：堑颦查堡日期：巡：6 。型 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学 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 或其它复制手段保存、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：燃 日 期： 缸，扭型 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：郑蜘大堂体育丕 通讯地址；郑州大学路号7 5 指导教师签名 多小始 日 期：2 翌仁：垒：! 尹 电话 邮编 1 3 2 1 3 0 0 6 1 1 9 4 5 0 0 5 2 1 引言 一个完整的运动技术是由多个技术环节紧密衔接起来的，因此前一个技术环节必 然会对后技术环节造成一定的影响。短跑分为起跑、加速跑、途中跑和终点冲刺四 个连续的阶段，即加速跑的前、后技术环节分别是起跑和途中跑。显然，为了要深入 了解加速跑，首先要了解：( 1 ) 起跑对加速跑会造成什么样的影响，或者说会提出什 么样的要求；( 2 ) 加速跑对途中跑又会提出怎样的要求。当然，这两点都要符合全程 技术的要求。本文即要围绕以上两点阐述：( 1 ) 当前加速跑的技术特点；( 2 ) 加速 跑需要完善的地方。为了达此目的，本文需要解决的阀题是：( 1 ) 归纳整理当前起跑、 加速跑及途中跑的技术特点；( 2 ) 归纳整理前人对加速跑技术的运动学、动力学及其 它学科的研究结果，找出遗留闯题；( 3 ) 确定研究的主要问题；( 4 ) 通过三维摄影的 方法，得出加速跑前四步的部分运动学参数，并对之进行初步分析；( 5 ) 得出结论， 并提出建议。 2 国内外研究现状 2 1 起跑 2 1 1 起跑姿势 起跑的任务是获得向前冲力，使得身体摆脱静止状态，为起跑后加速跑创造有利 的条件。安装起跑器的目的是使脚有牢固的支撑，形成良好韵用力姿势，有利于起跑 和起跑后的加速跑。起跑器的常用安装方法，在短跑起跑技术发展过程中，曾出现过 所谓接近式、拉长式和普通式三种。 夏祥鹤( 1 9 9 4 ) 在普通式起跑和接近式起跑的对比分析一文中，从能量观点 和对全程速度节奏的影响两方面，对两种起跑姿势进行了对比分析，从能量观点来看， 1 0 0 米跑属于最大强度的运动，其供能方式主要为无氧供能，能量来源主要依赖 a t p - c p 系统，而a t p c p 系统供能物质储备极少。当肌肉以最大功率收缩时，a t p 可 供能卜2 秒，c p 可供能6 8 秒，共计7 1 0 秒，但实际中低于这一数值。俄罗斯的埃奥 佐林研究指出，在短跑的整个能量供应中，用于腿的能量消耗显著超过其它耗能部位， 大概比例为：克服重力占3 ，克服空气阻力占1 8 ，加速肢端占5 7 ，制动占2 2 。 因此，合理的起跑姿势应在跑前及起跑前几步，有目的地节省腿的消耗，使肌肉收缩 功率低于最高功率，从而延长a t p - c p 的供能时间。普通式起跑姿势“预备”时，运 动员前腿承担着体重的绝大部分，而接近式起跑姿势，由于起跑线距离运动员前脚较 远，“预备”时体重主要由两臂支撑，肌肉静力性收缩也要消耗能量，故与普通式相 比，接近式在跑前节约了腿部的能量消耗。李良标研究了两种起跑姿势蹬离起跑器时 蹬力的大小，两脚蹬力之和接近式较普通式少l o 千克左右，同时，接近式较普通式 前脚蹬力大，后脚蹬力小，所以不仅起动更迅速，而且对加速跑段步幅与步频的渐进 提高起良好影响。从对全程速度节奏的影响来看，人体在极限运动项目中，引起速度 变化的主要因素是神经系统和能量物质的储蓄与转换机制，人为控制的因素极少。研 究表明，照好的速度节奏形成于加速跑段，此段是否形成了步频与步幅的最佳搭配， 是速度节奏合理与否的重要标志。普通式起跑姿势有利于使身体各环节构成最佳发力 状态，从而使步频在起跑一开始便能尽情发挥，而步频与步幅是相互矛盾的，因此限 制了步幅按良好速度节奏的要求增加。相反，接近式起跑姿势使身体各环节构不成最 佳发力状态，有助于步频逐渐提高、步幅协调增大。 我们在进行动作技术的生物力学研究时，为了研究方便往往把动作划分为几个连 续的动作阶段，但是在分析各个动作阶段的生物力学特征时，很重要的一点就是研究 动作的发展变化，即前一个动作是否为后一个动作创造了良好的力学条件。因此夏祥 2 鹤同志从能量观点和对全程速度节奏的影响两方面进行阐述是值得肯定的，但需要指 出的是：是否起跑姿势具有最佳发力状态，就不能使步频与步幅按照合理的节奏发挥； 是否起跑姿势不具有最佳发力状态，就能使步频与步幅按照合理的节奏发挥；具有最 佳发力状态与步频和步幅的发挥是否存在必然的联系? 笔者认为，这个问题需进一 步研究证实。 运动员采用哪种起跑器安装方法应根据个人的身高、体型、身体素质和技术水平 等情况来选择，但无论采用哪一种形式，都要符合一个原则：即在蹬离起跑器时能充 分发挥肌肉的最大力量，从而获得向前的最佳初速度，并且有利于起跑后身体有较大 的前倾角度。短跑运动员应当在长期起跑实践中找到适合个人特点的起跑器安装方 法。 2 1 2 起跑技术 听到枪声后，第一个动作是两腿同时迅速蹬起跑器。两手迅速离地，两臂屈肘作 有力地前后摆动。后腿蹬离起跑器后，以膝领先向前摆出，而前腿要快速有力地蹬伸 髋、膝、踝三个关节，后蹬角约为4 2 。一4 5 。，并把身体向前上方有力地送出，此时 躯干前倾与水平线约成1 5 。一2 0 。角。如果完成这一姿势的动作过于僵硬，就会导致 跳出，因此前摆的腿应迅速地落地，两臂继续摆动，以保证不出现跳跃式动作。 2 1 3 起跑时下肢的用力特点 蹬起跑器的力是用带有测力计的起跑器测量的。研究这个问题最早的人是美国的 f 亨利，它对各种安装起跑器的方法及运动员蹬起跑器的力进行了测定，结果是： 后腿蹬起跑器的力较大，用力特点是“打击式”；前腿用力特点是“推举式”。起跑 的效果不完全取决于蹬力的大小，还取决于力的作用时间，即冲量( i = f t ) 。 王延鹏( 1 9 9 5 年) 测试了“普通式”起跑煎、后两腿蹬离起跑器时的肌肉用力 特点( 由于仪器的限制，只做了浅层的有关肌肉) ，结果表明，不同受试者同一部位 的肌肉用力波形基本相同，几乎不存在明显的个体差异。后腿蹬离起跑器时的肌电波 形及高峰值的分析表明，不同肌肉用力波形大体可分为两类，第一类为臀大肌、股内 肌、股二头肌，波形特点为主峰峰高不明显，臀大肌和股内肌肌电图形还表现出较高 峰的振幅较宽的特点。臀大肌主要是起伸大腿的作用，在身体处于“预备”姿势时， 躯干与大腿的夹角约为9 0 一i i 0 。，蹬离起跑器时，大腿后伸幅度不大，而加大上体 与大腿之间角度的过程相对长一些是造成其波形特点的原因：股内肌是最先使小腿伸 的肌肉，在相对静止的状态下伸膝，肌肉的收缩幅度会受到一定的限制，这可能是造 成股内肌振幅小的原因。第二类为肌肉爆发性收缩波形，如股外肌、腓肠肌、半腱肌、 股直肌等，其特点是窄而高。腓肠肌的高峰是蹬离起跑器瞬间足跖屈用力的结果；股 。李永智2 种不同起跑动作的生物力学实验研究中国体育科技，2 0 0 2 年第5 期5 4 5 5 3 外肌是在股内肌伸膝的引导下加强了膝关节的伸；半腱肌是在股外肌将膝伸展到一定 程度时进一步参与伸膝工作。后腿肌肉的发力顺序及间隔时间的分析表明，从被试者 整体看，发力顺序基本无差异。股直肌在股内、股外肌有较大峰值时有中等波形出现， 说明其也参与了伸膝的动作，而在0 3 2 秒时出现波峰最大值，说明此时为前摆大腿 最大用力时刻；股二头肌在股直肌后0 2 3 秒出现高峰，这是届小腿造成的。对前腿 的肌电分析表明，肌电波形基本上呈爆发性收缩波形，七块肌肉的振幅比后腿的都有 所增大，尤其是臀大肌，说明前腿髋关节的后伸较后腿要充分。用力顺序与后腿无差 异，波峰之间的间隔时间较后腿有所缩短。 2 2 加速跑 加速跑是从前腿蹬离起跑器到进入途中跑姿势之前的一个跑段，任务是充分利用 起跑获得的初速度，在较短距离内尽快获得更高的速度。1 0 0 米跑的加速跑，传统观 念划分为两个阶段，即第一加速阶段( o 3 0 米) 和第二加速阶段( 3 0 5 0 米或更长) ， 本文主要讨论第一加速阶段。 2 2 1 技术特点 加速跑过程中，动作结构有着重要的变化。有人认为前2 - 4 步起主要作用的是蹬 地力量和速度，以后起主要作用的是节奏和步频。起跑的第一步和以后各步的步长， 对加速跑的质量影响很大。步幅过小不能保证迅速增加速度，步辐过大则会导致“拉 大步”而降低速度。身体前倾角度随着速度的增大而减小，最后逐渐接近途中跑的姿 势。 冯雅芳在起跑后加速跑蹬地力测试结果与分析中，分析了加速跑前四步的动 力学特征及与途中跑的区别，为我们进一步研究加速跑打下了良好的动力学基础。 加速跑的过程中，由于人体前倾程度逐渐减小，足着地点逐渐向前远离身体重心 投影点，以及人体运动速度逐渐增大等因素，在蹬地时间特征方面呈规律性变化：后 支撑时阋逐渐减少，前支撑时间逐渐增大( 见图1 、3 ) 。 在蹬地作用力方面，蹬地合力冲量与垂直力冲量逐渐减小，原因主要是蹬地时间 减小的结果。左右方向蹬地力的冲量变化不大，而前后方向蹬地力的冲量有明显下降 的趋势( 见图2 ) ，这除了蹬地时间减小的原因之外，主要是随着加速跑距离的增加， 跑速逐渐接近途中跑，蹬地的任务逐渐由加速人体变为维持高速的匀速跑。 4 图1加速跑蹬地力时间特征的变化( t ，t ：t ，分别为前支撑时间、后支撑时间及支撑 时间，引自冯雅芳起跑后加速跑蹬地力测试结果与分析) 图2 加速跑蹬地力冲量变化( 单位：牛顿秒，引自冯雅芳起跑后加速跑蹬 地力测试结果与分析) 图3 加速跑三维蹬地力一时间曲线变化趋势及途中跑三维蹬地力( t ，为前支撑 时间，t ：为支撑时间，横坐标每格为o 叭秒，5 l 自冯雅芳起跑后加速跑蹬地力测 试结果与分析) 一一一一一攀 黼嘲燃娜瓣 t ( 秒) 图4 身体质心的水平位置、速度和加速度对时间的函数 ( t o ，鸣抡；t ，第一反应；t ；，手离地；t 3 ，后足离地；t 4 ，前足离地) 2 2 2 加速跑前几步两脚的落点 加速跑前几步两脚的落点基本呈现两种情况：( 1 ) 八字形，即起跑后左脚落点的 连线与右脚落点的连线呈逐渐向一起靠拢的八字形，身体表现出明显的左右摆；( 2 ) 一字形，两脚的落点从一开始就比较靠近，也可称之为传统型，身体没有明显的左右 摆。为了叙述方便，笔者暂且把两脚落点呈八字形的加速跑定义为八字形加速法，把 两脚落点呈一字形的加速跑定义为一字形加速法。泽木启佑等在文章把你的技术概 念来个总检查( 短跑部分) 。中报导，不是所有优秀运动员都采用八字型加速法，身 材相对矮、壮的运动员比较适合八字形加速法，而身材相对细长的运动员则比较适合 一字形加速法，但文章没有提供有力的证据和合理的解释。笔者认为，八字形加速法 中，脚的左右蹬摆是造成身体左右摆动的必然原因，在以时间长短衡量运动成绩的径 赛类项目中，重心的行程越短，从能量角度来说就越经济，从这点来说，八字形加速 法不如一字形加速法。但也许正如蹲踞式起跑技术本身并不太经济那样，它们的价值 在于能为后继技术创造一个良好的环境。 2 2 3 弯道起跑和起跑后的加速跑 为了便于加速，起跑后开始的一段距离，应尽可能沿着直线跑进，因此，起跑器 的安装应在分道的右侧，正对左侧分道线的切点方向。起跑时，左手掌在起跑线后约 5 1 0 厘米。弯道起跑后的加速跑段，前倾的身体抬起较早，以利于转入弯道时保持 。泽木启佑等把你的技术概念来个总检查( 短跑部分) 田径情报资料1 9 8 6 年第4 期 6 身体的平衡。 2 3 途中跑 途中跑的任务是继续发展和保持较长距离的最高速度。途中跑时，头部正直，微 收下颌，上体基本正直或稍有前倾。途中跑最大速度段( 5 0 8 0 米) 是短跑技术的训 练重点。国内外优秀男子百米选手最大速度段( 大于最大速度9 8 所跑过的距离) 都 出现在5 0 一8 0 米段，世界级男子百米成绩在9 9 秒内的选手维持最大速度的距离是 2 0 米，百米成绩在1 0 秒以上的国内外优秀男子维持最大速度的距离只有1 0 米。 现代短跑的技术概念是“蹬摆结合，以摆促蹬”，形成现代“摆动式”跑法，其 主要特点是：动作幅度大，频率快、高重心、高摆大腿，以及爆发式的后蹬和高度协 调、放松动作的配合。 2 4 小结 根据以上研究结果，笔者发现关于加速跑段运动学方面的研究还很空缺，如每一 步的躯干前倾角，髋、膝、踝等主要关节的关节角，这些还没有具体的研究结果。而 运动技术的运动学特征往往更能给读者以直观认识，尤其是对广大教练员和运动员来 说。因此，笔者确定把加速跑技术的运动学特征分析作为本文主要的研究内容。 3 研究方法 3 1 文献资料法 笔者在本文的写作过程中，查阅了大量1 9 8 0 年以来的关于短跑技术研究的中英 文资料，对之进行了归纳总结。 3 2 访谈法 为了了解教练员和运动员的切身体会和看法，笔者走访了我院部分田径教师和运 动员。 3 3 三维摄影分析法 运动实践中，对短跑技术的诊断与评价主要是从两方面进行：( 1 ) 一个单步的技 术环节指标的诊断；( 2 ) 各分段速度、全程跑步数及全程跑的平均速度、步长、步频 技术的诊断。表1 是1 0 0 米途中跑最大速度的技术指标，在此基础上笔者暂且把表2 中所列项作为本文所要研究的评价短跑加速跑的技术指标。对跑的技术进行生物力学 分析的目的，主要是揭示跑的一般规律和寻找如何跑得更快、更经济的方法。实践证 明，单纯的理论分析达不到以上目的，而必须运用实验测试法。因此，本文的目的在 于找出实验结果中不符合技术规律或使技术不协调的因素，为进行技术诊断和寻找训 练突破口提供一定依据。 表3 列出的是途中跑一个单步的动作结构，根据冯雅芳的研究结果，笔者认为加 速跑前四步一个单步的动作结构和途中跑相同。虽然两者的技术参数有很大不同，但 由于两者在技术环节上相连续，因此在说明加速跑前四步的技术特征时，可以参考途 中跑的技术特征。 表11 0 0 米途中跑最大速度技术指标 1 0 0 米途中跑最大速度技术指标 1 躯干与水平面夹角 2 着地点距髓关节投影点 3 支撑腿膝关节最大缓冲角 4 支撑腿离地瞬间膝关节角 5 大腿前摆与水平面夹角 6 支撑腿与摆动腿夹角 7 支撑腿支点到髋关节连线与地面夹角 ( 依b 茹林、x 格罗斯) 表2 评价短跑加速跑的技术指标 评价短跑加速跑的技术指标 l 重心：在垂直方向上的位移 速度的大小 水平向前速度 垂直速度 2 裴关节：角( 躯干和大腿的夹角) 角速度( 屈、伸髋的速度) 3 膝关节：角( 髋、膝连线与膝、蹑连线的夹角) 角速度( 屈、伸膝的速度) 速度的大小 水平向前速度 垂直速度 在垂直方向上的位移 4 踝关节：角( 膝、踝连线与踝、跖趾关节连线的夹角) 角速度( 屈、伸踝的速度) 速度的大小 在垂直方向上的位移 5 运动是否协调：同一技术指标在连续的单步中是 否呈规律性变化 表3 途中跑一个单步动作结构 途中跑一个单步动作结构 前支撑( 着地) 支撑时期垂直缓冲 后支撑( 后蹬) 随势动作 腾空时期前摆 下放 9 3 3 1 拍摄对象 我校8 名校田径队短跑运动员( 男) ，详细资料见表4 。实验时要求运动员穿运 动短衣、短裤和跑鞋。 表4 运动员个人资料 3 3 2 场地布置 场地选择在校塑胶田径场，运动员在百米跑道上从起点起跑，跑过终点，在过终 点线1 0 米的地方放置摄影机a ，在起跑线侧面离起点5 0 米处放置摄影机b ，要求摄 影机b 的镜头对准从起跑到加速跑前四步的范围。两部摄影机都为p a n a s o n i cn v m x b o o 型，拍摄速度2 5 帧秒，摄影机镜头主光轴沿水平方向。 3 3 3 拍摄步骤 1 ) 布置拍摄现场。 2 ) 拍摄前记录运动员的身高、体重。 3 ) 运动员做准备活动。 4 ) 起点处安排发令员，终点处安排计时并记录人员。运动员按编号依次进 行数据采集，共1 6 人次( 每人2 次，但不连续) ，当场记录运动员的1 0 0 米成绩。 l o 4 实验结果与分析 4 1 身体总重心 图5 重心速度( 的大小) ( i - ) 与重心水平向前速度( 下) 随时间的变化曲线 图5 显示：重心速度与重心速度的水平向前分量的变化趋势非常相似，开始阶段 两者几乎相等，即使在后段两者的差别也不是太大。笔者认为，这点可作为评价起跑 技术好坏的一个标准：如果起跑后前几步两者的关系比较符合上述变化，说明后蹬角 较小，加速身体向前运动的效果较好；反之，则说明起动速度的利用效果较差，即躯 干抬起过早。 表5 第4 步离地时重心速度的大小( 6 1 0 0 3 5 单位：米秒) 12345678 15 9 96 2 3 6 1 8 6 1 35 7 7 6 1 164 165 7 25 5 4 5 9 6 6 0 56 7 86 2 56 1 56 2 i5 3 5 平均 5 ，7 76 1 06 1 26 4 66 0 16 1 36 3 15 9 6 ( 注：表中首行的数宇代表运动员，左侧第一列的1 、2 代表第几次，以下与此 相同) 圈6 重心随时问在垂直方向上的位移曲线 图6 显示：从起跑到第四步支撑腿蹬离地面这一阶段，随着身体的腾空和支撑， 重心在垂直方向上的位移出现4 个波峰和4 个波谷，且随着上体的逐渐抬起，曲线呈 上升趋势。 表6 从“预备”到第4 步离地时重心上抬幅度 ( 0 3 2 _ + 0 0 4 单位：米) 12345678 lo 3 5o 2 70 3 5o p 3 2 0 ，2 6 0 3 4o 3 60 3 5 20 3 40 2 60 3 20 2 90 2 90 3 00 3 60 - 3 3 平均 0 3 5o 2 70 3 40 31o ，2 8o 3 20 3 6 0 3 4 4 2 髋、膝、踝关节 说明：8 名运动员中，前7 名采用的是左腿在前的起跑姿势，第8 名采用的是 右腿在前的起跑姿势，为了叙述上的方便，把第8 名运动员两侧的数据进行对调。 实验结果表明，加速跑前四步膝关节的缓冲不象途中跑有个膝关节角明显减小 的阶段，见图7 中b c 段。这是由于加速跑的前几步为了获得比较充分的后蹬力， 一方面要通过较低的重心获得较小的居蹬角，出于上体严重前倾，摆动腿还来得及把 小腿充分打开就进入了支撑阶段，即摆动腿着地时膝关节角已经较小，因此不能象途 中跑那样通过减小膝关节角丽达到缓冲的目的。另一方面支撑腿要做打击式的主动后 蹬才能获得加速身体需要的后蹬力，这样的后蹬动作造成了蹬离地面时膝关节角比途 中跑大。 图7 从蹬离地面后大小腿充分折叠前摆到蹬离地面这一阶段膝关节角随时间的 变化曲线c a = 蹬离地面后大小腿充分折叠时的膝角； b ：着地；c ；后蹬；d ：蹬离地面) 表7 髋、膝角( 单位：度) ( 浅色表示呈递增或递减的指标，以下同) 实验结果显示：预备时前、后腿的髋角分别是3 2 6 5 9 0 和6 9 9 1 0 0 0 ，前、 后腿的膝角分别是9 2 6 4 - 1 1 9 0 和1 2 9 3 1 4 。8 。 表7 显示： ( 1 ) 摆至最高位置时，每侧髋角的最小值都呈增大趋势，其中左( 第一、三步) 髋角比相邻步右( 第二、四步) 髋角大，且左髋角增长幅度( 1 9 5 8 5 。) 比右髋角 增长幅度( 1 2 2 7 5 8 0 ) 大； ( 2 ) 摆动腿前摆过程中，每侧膝角的最小值都呈减小趋势，其中左( 第一、三 步) 膝角减小幅度( 1 5 9 0 0 ) 比右( 第二、四步) 膝角减小幅度( 9 9 1 3 7 0 ) 小； ( 3 ) 支撑腿蹬离地面时，两侧髋角的最大值依次交替增大，右( 第一、三步) 髋角增长幅度( 5 2 8 1 3 2 0 ) 比左( 第二、四步) 髋角增长幅度( 1 3 8 5 5 。) 大； ( 4 ) 支撑腿蹬离地面时，两侧膝角的最大值，右( 第一、三步) 侧增大了o 3 8 0 0 ，左( 第二、四步) 侧减小了4 7 8 4 0 。 表8 髋、膝角速度的最大值( 单位：弧度秒) 表8 显示： ( 1 ) 伸髋角速度的最大值中，右( 第一、三步) 侧减少了8 5 1 6 4 9 弧度秒， 而左( 第二、四步) 侧增加了9 1 9 1 3 3 8 弧度秒； ( 2 ) 屈髋角速度中，左( 第一、三步) 侧减小了6 4 5 1 5 0 3 弧度秒，右( 第 二、四步) 侧增加了3 4 5 2 1 5 5 3 弧度秒； ( 3 ) 伸膝角速度中，右( 第一、三步) 侧增大了7 6 8 1 4 2 1 弧度秒，左( 第 二、四步) 侧增大了4 0 0 1 4 7 1 弧度秒； ( 4 ) 屈膝角速度中，左( 第一、三步) 侧增大了1 0 4 4 1 4 1 7 弧度秒，右( 第 二、四步) 侧增大了1 7 6 5 1 8 7 8 弧度秒。 表9 膝关节各指标 表9 ( 第一、三步是左侧，第二、 ( 1 ) 摆动腿前摆至最高位置时， 右侧增大了o 0 8 0 0 3 米； 四步是右侧) 显示： 膝关节的纵坐标，左侧增大了0 0 4 0 0 4 米 ( 2 ) 摆动腿膝关节的上摆速度的最大值， 增长i 2 2 0 3 7 米秒； ( 3 ) 摆动腿膝关节的下放速度的最大值， 增长0 5 2 0 ，4 4 米秒： 左侧增长了0 1 0 0 5 0 米秒，右侧 左侧增长了0 0 5 0 5 5 米秒，右侧 ( 4 ) 摆动腿膝关节的摆速落差( 由上摆最大速度到下放最大速度的落差) ，左侧 增长了0 1 5 0 ，9 3 米秒，右侧增长了1 7 4 0 7 1 米秒； ( 5 ) 摆动腿膝关节的水平向前速度的最大值依次交替增大，左侧增大了1 1 3 0 5 9 米秒，右侧增大1 1 8 0 7 0 米秒； ( 6 ) 摆动腿膝关节的水平向前速度的最小值，左侧都比相邻步的右侧大，左侧 增大了0 9 3 0 5 7 米秒，右侧增大1 o o 0 4 1 米秒； ( 7 ) 摆动腿膝关节的水平向前速度的落差( 由最大速度到最小速度的落差) ，左 侧增大了7 1 9 _ - k - 0 8 5 米秒，右侧增大了1 4 8 o 6 2 米秒； ( 8 ) 摆动腿膝关节速度的最大值依次交替增大，左侧增大了1 0 7 0 7 0 米秒， 右侧增大了0 9 2 0 8 2 米秒： 1 4 ( 9 ) 摆动腿膝关节速度的最小值，左侧增大了0 9 8 0 6 3 米秒，右侧增大了 0 7 3 0 4 4 米秒： ( i 0 ) 摆动腿膝关节速度的落差，左侧增大了0 1 4 + 0 9 0 米秒，右侧增大了 2 4 0 0 7 5 米秒。 表1 0 踝关节各指标 表i 0 ( 第一、三步是左侧，第二、四步是右侧) 显示： ( 1 ) 踝关节速度的最大值依次交替增大，左侧增大了1 3 4 0 4 7 米秒，右侧 增大了0 9 2 0 5 4 米秒； ( 2 ) 踝关节速度的最小值，左侧增大了0 1 7 o t 3 米秒，右侧减小了o 0 5 o 2 8 米秒； ( 3 ) 踝关节速度的落差( 由最大速度到最小速度的落差) ，左侧增大了1 1 8 0 6 6 米秒，右侧增大了2 9 7 o 7 6 米秒； ( 4 ) 踝关节纵坐标的最大值，左侧增大了0 0 3 0 0 7 米，右侧增大了0 0 9 0 0 5 米。 2 2 项指标中，呈递增或递减规律变化的仅有4 项，它们是：蹬离地面时髋角的 最大值、膝水平向前速度的最大值、膝速度的最大值和踝速度的最大值，其余1 8 项 都没有呈现出明显的规律性变化。分析其原因，笔者认为主要是由于技术不协调和 不稳定造成的，而协调是种复合性运动素质，因此，可以从以下几方面具体分析 ( 这里只讨论下肢) 。 ( 1 ) 左右肢力量不均衡。力量有多种分类，这里指的是运动员的综合力量水平。 力量素质是运动能力的基础，力量水平差，会直接影响运动速度和运动幅度，而实验 数据中大多都是速度类和幅度类。其实，两侧力量不均，在中级以下水平运动员的身 上存在很普遍，许多研究者也都指出过这个问题，因此，提醒广大教练员和运动员注 意：在一些对力量水平要求较高的运动项目中应把力量训练纳入基础训练和专项训练 的计划中。 ( 2 ) 柔韧素质不足。起跑后加速跑前几步重心较低，而且躯干前倾，这时除了 需要较大的力量支撑身体外，还需要足够的柔韧性来完成这种特殊姿势下摆动腿的前 摆和支撑腿的后蹬。而且，与途中跑相比，摆动腿摆至最高位置时的髋角要比途中跑 小，而支撑腿蹬离地面时髋角又比途中跑大，& 口大腿的运动幅度要远远大于途中跑。 因此，提醒广大教练员和运动员，也应把柔韧练习重视起来。 ( 3 ) 步幅与步频选择不当。这点将在讨论中具体说明。 ( 4 ) 预期的变化趋势不符合实际运动规律。这点需要今后更多研究的进一步证 实。 ( 5 ) 实验误差。 1 6 5 讨论 这里，笔者把认为影响加速跑前几步技术的几个比较重要的生物力学因素作为 讨论内容，希望广大研究者提出宝贵意见。 5 1 身体前倾 笔者认为，在理解加速跑身体前倾的作用原理时，要把握好以下几个尺度： ( 1 ) 躯干前倾后蹬时，人体受到垂直分力v r 的作用，它有向上加速人体并使人 体向前转动的趋势；同时，还受到水平分力r h 的作用，它有向前加速人体并使人体 向后转动的趋势；此外，还受到空气阻力a 的作用，它有阻碍人体向前运动并使人 体向后转动的趋势。跑步时身体的倾斜程度( 后蹬角的大小) 取决于使人体向后转动 的力矩r h y h + a y r a 和使人体向前转动的力矩r v x 两个力矩的作用结果。因此， 跑步时身体的前倾程度及后蹬角的大小，取决于人体的受力条件，如果要用较小的后 蹬角、较前倾的姿势跑步，必须具有较大的水平分力和向后转动力矩，否则，人体尽 管“想”加大前倾、减小后蹬角，实际上仍然以较大的后蹬角和较小的前倾状态进行 跑步。 ( 2 ) 若重力作用线直接通过各个关节，那么肌肉和韧带上的应力最小，这表明 如果力的作用线恰好和身体方向( 纵轴) 一致，应力是最有效的。这点用于起跑后加 速跑技术上，就是让身体前倾，如能使身体保持直线，不管角度多大，加速度就会更 有效。 ( 3 ) 起跑后，若第一步脚落在重心投影点后面，控制不好会引起身体前栽，若 落在前面，会引起制动，因此，起跑后第一步应尽量使脚的落点靠近重心投影点。 ( 4 ) 蹬离起跑器时，要充分发挥手臂的摆动和足的蹬伸作用。运动实践证明， 手臂的大力摆动不仅能增大下肢的运动幅度，而且能增加地面反作用力。从摆动动作 的结构看，无论是两臂还是摆动腿，都要经过两个阶段，即加速摆动阶段和减速制动 阶段。加速摆动阶段要求运动员充分发挥肌肉的力量，在更短的时间内尽量增大摆动 腿、臂的幅度，以增大对身体的支撑反作用力。减速制动阶段同样要求充分利用肌肉 的力量快速制动，而且要尽量减少制动过程的摆幅。 。( 土耳其) 黑里戴兰起跑后的加速跑和起跑的内在科学田径情报资料1 9 8 6 年第3 期 。李玉刚跳远踏跳阶段的生物力学分析武汉体育学院学报1 9 9 4 年第2 期5 2 5 4 1 7 5 2 适宜节奏 跑的节奏指步幅和步频的合理搭配，这是一个被很早提及又被广泛关注的问题， 虽然有了一定的研究结果，但仍有许多值得进一步讨论的地方。本文再次提起，一是 认为在加速跑的技术中，步幅和步频的合理搭配是一个比较重要的影响因素，而现有 的研究结果中尚缺乏相关内容，或内容不够说服力，如有人认为，起跑第l 步的步长 应为3 5 4 脚，第2 步为4 4 5 脚长，依次到7 脚长( 第7 步) ，从第8 步开始，步 长增加1 脚的1 3 长，第1 2 步至1 4 步增加1 脚的2 3 长。也许这是一个行之有效的 训练方法或手段，但笔者认为需要进一步证实。二是笔者在本文的写作过程中，发现 国内的一些研究结论中存在误导读者的地方，如制约周期性运动的重要因素是步频还 是步幅，还是其他因素? 笔者想在此提出来，供大家商讨。 研究证明，周期性运动的速度、距离( 如步幅) 、频率等因素，通常由运动者任 意决定或选择，这是因为人类能随意改变这些因素以适应环境的需要。l a u r e n t p a i l h o u s ( 1 9 8 6 ) 让受试者在地面上行走，对其步幅和步频采用听觉或视觉提示控制， 丽允许其它参数自由变化。结果显示，尽管对其它参数没有严格控制，当一参数( 如 步幅) 稳定增长时，另一参数( 如步频) 几乎不变。z i j l s t r a 等认为步幅、步频的 相对独立，表明它们受两种不同的神经控制方式调节步幅的幅度调节和步频的频 数调节。b o n n a r d p a i l h o u s ( 1 9 9 3 ) 认为，步频的改变与摆动阶段下肢的整体刚 性有关，与支撑阶段无关，即改变摆动阶段下肢肌肉的紧张性可改变步频，大部分或 全部腿部肌肉紧张性的改变，都将改变下肢绕髋关节摆动的相对频率。f a r l e y 等使 用简单人体弹性体模型证明，肢体的刚性可能也决定跳跃和跑步运动的频率。根据这 个模型，人体被描述为一个无质量的弹簧( 腿弹簧) 与一个质点。在低频下跳跃或跑 步时，贮存的和可利用的弹性势能将被浪费；在适宜频率及以上频率跳跃时，腿弹簧 的刚性增加，身体始终表现为简单的弹性体系统特征：但当大于适宜频率时，由于与 地面的接触时间减少，会使产生肌力的时间缩短而使代谢能增加。研究证实，频率与 能耗的关系呈“v ”型，即当频率大于或小于个体自选频率或适宜频率时，能耗都将 增加。但在研究频率与能耗的关系时，不能独立于最低能耗原理。c a v a g n a f r a n z e t t i ( 1 9 8 6 ) 研究发现，长步幅、低步频行走时，将增加人与地面的接触力， 而短步幅、高步频贝口要求肢体的加速更加频繁。当控制速度进行步频改变时，机械功 率将被量化为两部分，外部功率使人体重心上升并加速，内部功率使肢体相对于重心 做加速运动。步频增加时，外部功率减小，而内部功率增加，但外部功率不能无限的 减小，要能满足运动的要求。 步幅的短暂改变与腿部肌肉的相位活动有关。p a t l a ( 1 9 8 9 ) 研究表明，步幅的 暂时增加，是些肌肉的活动相位增加，而另一些肌肉的活动相位减小造成的。 此外，步幅、步频均与速度紧密相关，彼此之间又相互独立。制约周期性运动的 最重要参数是速度，而不是步幅或步频。b i e d r i c h w a r r e n ( 1 9 9 5 ) 也发现，实验 中控制步幅和步频，受试者从走过渡到跑，是在临界速度( 2 2 米秒) 时产生的， 而不是在临界步幅或f 缶界步频时产生的。 从这些研究结果中，笔者认为针对加速跑前几步的技术要求，以下几点应引起我 们的注意： ( 1 ) 步幅和步频可以由运动者自己选择和决定： ( 2 ) 步幅和步频受不同的神经控制方式调节，因此相对独立； ( 3 ) 改变摆动腿肌肉的紧张性可改变摆动腿绕髋关节摆动的频率，在适宜步频 和自选步频运动时，能量消耗最少； ( 4 ) 由于不同的步幅引起肌肉的收缩速度和肌力大小的不同，因此运动者要对 所选的步幅有很好的适应，此外，需要科研工作者提供准确的肌肉工作形式； ( 5 ) 由于制约周期性运动的最重要参数是速度，而不是步幅或步频，因此，不 要先设定其中的一个或两个去训练速度，而要根据目标速度去不断地协调步幅、步频， 直到找到适合自己的节奏。 5 3 放松技术 现在国内外专家都越来越重视放松对提高短跑速度的作用。高速跑中的放松能力 是现代短跑技术发展的精华。世界一流水平短跑运动员途中跑的最大速度己超过1 2 米秒，这就需要运动员具备高水平的协调放松能力，以便最合理地利用和调动最大 机能能力。所以跑的放松技术在短跑技术中非常重要，它是评价和衡量跑的技术优劣 的关键