青年男子下蹲跳动作的运动生物力学分析,运动生物力学论文

青年男子下蹲跳动作的运动生物力学分析,运动生物力学论文纵跳在很多运动项目的选材和训练中都有广泛应用[1-6].例如跳高、跳远、举重、武术套路、跆拳道、篮球、排球等。同时，纵跳也是具体表现出普通人群跳跃能力的基本指标之一[7].下蹲跳〔CounterMovementJump,CMJ〕是纵跳的一种特殊形式，是一种垂直起跳前先下蹲的纵跳方式。在CMJ经过中，首先要屈膝下蹲，下肢伸肌群被动拉长；然后要蹬伸起跳，下肢伸肌群主动收缩。肌肉的此种收缩方式称为超等长收缩，有利于加强向心收缩时肌肉的气力。当前，国内外对于CMJ的研究大多集中在训练方式方法对跳跃能力的影响[8-12]或不同运动项目CMJ力学特征[13-14]等方面，很少有关于一般人群CMJ运动生物力学特征的分析[15].本研究从动力学、运动学两个方面探寻求索一般青年男子CMJ的特征，旨在揭示摆臂在下蹲跳中的作用机理，探寻求索合理的摆臂技术特征，为运发动选材、科学训练以及加强普通人群纵跳能力提供根据。1研究对象与方式方法1.1研究对象本实验选取了64名普通青年男子大学生作为研究对象，要求身体健康，近两个月没有伤病情况，四肢健全没有陈旧性疾病，基本情况见表1.【1】1.2研究方式方法文献资料法。在中国知网上查阅有关下蹲跳的文献资料，了解相关研究方式方法和成果。实验测试法。本研究采用动力学和运动学同步测试。动力学测试采用中国科学院合肥智能研究所研制的KY三维测力平台，采用频率为500Hz/s,动力学分析中均扣除了受试者体重；运动学测试采用JVC9800摄像机进行二维摄像，拍摄速度50fps,拍摄距离为10m,摄像机主光轴垂直于运动平面，录像解析软件采用的是dartfish5.0.所有测试在一周内完成，每个上午的9∶30开场，11∶30结束。每位受试者摆臂CMJ和不摆臂CMJ均测试三次，分析时取动作最协调的一个。摆臂CMJ测试要求：受试者垂直站立于测力台上，两腿开立与肩同宽，起始动作为双臂竖直举起，自由摆臂下蹲，垂直起跳。不摆臂CMJ测试要求：受试者双手穿插背于身后，两腿开立与肩同宽，直立开场自由下蹲垂直起跳。统计分析法。定量数据的描绘叙述方式方法为均数标准差。摆臂与不摆臂的比照分析采用的是配对样本t检验。显着性水平为0.05,非常显着性水平为0.01.2结果与分析2.1CMJ动作阶段及基本特征分析图1和图2分别是摆臂和不摆臂自由纵跳Fz随时间变化曲线图。结合摄像法的同步分析，能够总结出CMJ的动作阶段和基本特征。摆臂CMJ的动作阶段和基本特征：ab段为加速下蹲阶段。手臂由垂直状态下摆，髋、膝、踝关节角度均减小，支反力〔地面支撑反作用力〕迅速减小，身体重心加速度方向向下。b点身体重心向下运动加速度值到达最大，支反力最小。bc段为缓冲阶段。手臂由前向后绕肩关节摆动，髋、膝、踝关节角度进一步减小，下肢伸肌群离心收缩，加速度由负值转为正值〔方向向上为正〕。c点是缓冲最大时刻，也是由缓冲转为蹬伸的临界点，手臂向后上方摆动到最大限度，身体重心到达最低点，支反力最大，加速度值最大，身体重心运动速度为0.仅摆臂CMJ出现了o点平台区，此时手臂几乎处于垂直状态。cf段为蹬伸阶段。手臂由后向前摆动，髋、膝、踝关节角度不断增大，下肢伸肌群由离心收缩转为向心收缩。cd段为蹬伸阶段初期，手臂由后上方向下摆动，支反力减小，d点时手臂几乎处于垂直状态；de段为蹬伸中期，手臂由垂直向前上方摆动，支反力增大；ef段为蹬伸末期，手臂继续上摆，支反力迅速减小，直到蹬离地面变为0.fg段为腾空阶段。f点为离地霎时，g为着地霎时。根据腾空阶段时间长度可计算跳跃高度。公式为h=gt2/2,公式中g为重力加速度，t为腾空时间的一半。不摆臂CMJ动作阶段划分方式方法和摆臂时一致。但是，两者最明显的区别是不摆臂CMJ时没有o点，e点比摆臂时低。2.2跳跃高度分析根据腾空时间可以计算跳跃高度，摆臂跳跃高度为0.4590.027m,不摆臂跳跃高度为0.4200.022m.t检验表示清楚，差异非常显着，摆臂比不摆臂提高了约8.5%.通过查阅文献资料，了解到摆臂在缓冲阶段能够减少地面的支反力，在蹬伸阶段能够增大地面的支反力，还能够提高重心，有利于跳跃高度的提升[16-19].但是这些不足以揭示CMJ的生物力学特征。我们需要对CMJ进行愈加全面和深切进入的分析，找出影响跳跃高度的因素，辅助我们有针对性地制订愈加具体的训练或练习方案，提高跳跃高度。2.3CMJ时间、空间参数特征分析【2】表2表示清楚，CMJ脚触地的整个阶段〔af〕，摆臂与不摆臂总用时没有显着性差异。下蹲缓冲阶段〔ac〕，摆臂CMJ与不摆臂总时长没有差异，但是相对于不摆臂CMJ,摆臂CMJ在加速下蹲阶段用时较短，在缓冲阶段用时较长。结合图1和图2的Fz-t曲线可知，加速下蹲阶段，手臂向下摆动，惯性力减小了支反力，加深了人体的失重状态，使人体较快地到达了最大失重状态；缓冲阶段，摆臂CMJ出现了o点平台区。o点开场，手臂由垂直状态向后上方摆动，惯性力矩、重力矩、支反力矩与肌肉伸力矩的对抗延长了缓冲时间。蹬伸阶段，摆臂CMJ比不摆臂用时较长，主要表如今蹬伸的中期和后期。蹬伸初期，摆动CMJ中，手臂加速下摆，肌肉伸肌群迅速克制阻力矩，有利于身体向上速度的增加；蹬伸中期，手臂开场上摆，惯性力向下，加大了地面的支反力，有利于身体向上的进一步加速；蹬伸后期，手臂上摆速度减小甚至制动，有利于蹬伸动作的完成，同时提高了身体重心，实现了动量矩由手臂向身体的转移。蹬伸中后期，由于支反力的加大，延长了肌肉伸力矩和阻力矩的对抗时间。【3】表3中，肩关节角度指手臂与躯干纵轴夹角，手臂在躯干前角度为正，在躯干后为负。无论摆臂与否，所有关节角度均是大-小-大的变化经过。CMJ中，至c时刻，所有关节角度到达了最小值，讲明在最大缓冲时刻，所有关节被压缩,弹性势能储存到极致，已经做好了下一步蹬伸的准备。髋关节和膝关节是蹬伸用力最主要的两个关节。摆臂CMJ中，髋、膝两关节被压缩程度均低于不摆臂的情况，这可能是由于上臂后摆至极限出现了制动，导致向上的动量矩向全身传递，进而减小了支反力，同时也减轻了对两关节的压缩。在b时刻，摆臂CMJ中，髋、膝两关节角度均远远大于不摆臂的情况。这是由于摆臂下蹲阶段，向下加速是通过髋、膝关节的屈曲和向下摆臂的双重作用实现的，而不摆臂仅仅是通过髋、膝关节的屈曲实现。2.4CMJ动力学参数特征分析【4】由表4可知，对于整个CMJ经过，摆臂CMJ比不摆臂冲量较大。但是，在下蹲缓冲阶段，摆臂与不摆臂CMJ的冲量没有显着性差异。而且，在蹬伸阶段，除了蹬伸初期外，其他时间段中，摆臂的冲量均比不摆臂大。蹬伸初期，由于加速向下摆臂的作用，摆臂纵跳的冲量小于不摆臂。从地面反作用力的角度而言，除了c点，也就是最大缓冲时刻外，摆臂纵跳时支反力均大于不摆臂。结合表3中c点的关节角度可知，这是由于摆臂CMJ时，髋、膝关节被压缩的程度弱于不摆臂的情况。c点是缓冲动作转换为蹬伸动作的关键时刻，因而，能够以为，髋、膝关节较弱的压缩程度促成了较小的关节角度，进而表现的支反力较小，这有利于蹬伸力矩克制阻力矩，进行快速的蹬伸加速。3结论摆臂CMJ比不摆臂跳跃高度提高约8.5%.下蹲缓冲阶段，摆臂CMJ与不摆臂总时长没有差异。但是，相对于不摆臂CMJ,摆臂CMJ在加速下蹲阶段用时较短，在缓冲阶段用时较长。缓冲阶段，摆臂CMJ出现了o点平台区。o点开场，手臂由垂直状态向后上方摆动，惯性力矩、重力矩、支反力矩与肌肉伸力矩的对抗延长了缓冲时间。蹬伸阶段，摆臂CMJ比不摆臂用时较长，主要表如今蹬伸的中期和后期。在最大缓冲时刻，所有关节角度到达了最小值，摆臂时髋、膝两关节被压缩程度均低于不摆臂的情况，支反力也小于不摆臂情况，这有利于蹬伸力矩克制阻力矩，进行快速的蹬伸加速。蹬伸中期和后期，摆臂CMJ的冲量均比不摆臂大。蹬伸初期，由