程菲子类动作发展的运动学分析

程菲子类动作发展的运动学分析

1空翻转体400在澳大利亚昆士兰举行的第38届世界体操比赛中，中国优秀的运动员程菲在女性跳马单项比赛中获得了9.656个百分点。这是中国体操史上第一块女子跳马冠军，也是一次历史进步。程菲参加本届世锦赛女子跳马单项决赛两个动作的起评分均为10分,一个是她在本届世界锦标赛上的创新动作,踺子转体180°前手翻直体前空翻转体540°,被国际体联命名为“程菲跳”;另一个动作就是踺子后手翻直体后空翻转体900°,这个动作完成得非常漂亮,整个动作轻飘稳健,踺子踏跳和推手有力,腾空高,姿态控制好,转体到位,落地较稳,得到女子跳马决赛的最高分9.725分。该动作半年前程菲就已经完成了,并在十运会女子跳马决赛中夺得全国跳马冠军,后经东亚运动会的检验使程菲完成的踺子后手翻直体后空翻转体900°更加成熟和稳健,所以,她在第38届世界体操锦标赛女子跳马决赛中高质量地完成该动作也是必然的。自从女子国际体操规则在跳马项目中增加了第5组难度,即踺子转体180°接做其他类型动作之后,踺子类动作发展很快,据第38届世界体操锦标赛女子跳马决赛统计,选用踺子类的有12人次,占参加决赛总人次(16人次)的75%,有不少人两个动作都选用了踺子类动作,一个是踺子后手翻类,另一个是踺子转体180°类,程菲就是选用这两类动作的典型代表。踺子类动作还有很大的发展潜力,目前,不少运动员都能完成踺子后手翻直体后空翻转体720°,下一步就像程菲一样完成踺子后手翻直体后空翻转体900°,甚至发展1080°,现在不少人已经完成了踺子转体180°前手翻屈体或直体前空翻转体180°,下一步就像程菲那样完成直体前空翻转体540°,有条件还可以发展直体前空翻转体900°。程菲是我国第1个完成踺子后手翻直体后空翻转体900°的运动员,为其他运动员起到了带头和示范作用。本文通过运动学分析揭示她完成此动作的运动学规律和技术特点,为我国运动员发展踺子类动作提供理论依据和技术参数。2研究对象和方法2.1女子体操队运动员成绩程菲,湖北籍国家体操集训队运动员,2004年雅典奥运会我国女子体操队主力运动员,2005年夺得中华人民共和国第10届运动会跳马冠军和第38届世界体操锦标赛女子跳马世界冠军。2.2学习方法2.2.1文献研究阅读有关跳马文献资料10余篇,了解了踺子类动作的发展趋势与技术特点。2.2.2观察法观看了2003年以来世界体操锦标赛和奥运会女子跳马决赛的电视录像,并做了部分技术统计。2.2.3生物力学性能检测系统2005年6月,在国家女子体操集训队内部测验中,用两台日本产JVC9800型摄像机拍摄了程菲两次跳马踺子后手翻直体后空翻转体900°动作的全过程,两机主光轴对准跳马,夹角为80°(图1),拍摄速度为50fps,拍摄动作前先拍摄框架,然后,移开三维框架在运动员做动作时进行两机定点同步摄像。对拍摄到的三维原始材料,通过美国ARIL运动生物力学高速解析系统,采用系统人体模型;21个关节点,25个环节控制点,解析了两套100多幅画面,获得12000多个数据,用数字滤波法进行平滑,截断频率为6,解析系统流程见图2,然后根据研究内容的需要采集了身体重心轨迹、水平速度、垂直速度及各关节角度等数据。第1次拍摄动作代号为D1,第2次代号为D2。3跳、：8个阶段组成踺子类动作由助跑、趋步、踺子上板、踺子踏跳、第1腾空、推手、第2腾空和落地等8个阶段组成。本文重点分析踺子踏跳以后的5个阶段技术,特别是踺子踏跳和推手两个关键技术。3.1两脚踏跳技术踺子踏跳是从两脚触板至两脚蹬离板的运动过程。触板前由于受到踺子推手的制动,身体重心水平速度受到影响,程菲做的第1次动作(D1),重心水平速度为6.90m/s,第2次(D2)重心水平速度为7.10m/s,两次平均为7.00m/s,这个水平速度比杨亚红完成的侧手翻直体侧空翻转体630°的水平速度7.5m/s要小一点,但与王氵恬氵恬完成的踺子后手翻直体后空翻转体720°触板前的水平速度6.00m/s要大一些,说明程菲触板前重心水平速度达到7.00m/s,足以完成踺子后手翻直体后空翻转体900°。踺子踏跳与前手翻类和侧手翻类向前踏跳技术完全不一样,踺子依次推手转体后,两脚向后下方打板踏跳。踏跳技术有以下几个特点:1.踺子推手后两脚要积极主动向后下方打板踏跳,既不能过分向里贯腿,又不能过分向外踹腿。两脚触板瞬间是用前脚掌,踏在重心后面,踏板角为54°。这样能形成一定的制动踏跳,为后续踏跳创造有利条件。触板时下肢各关节保持一定的弯屈度,程菲髋角为139°,膝角为138°,踝角为101°(图3,表1),踺子推手后两脚触板时肩是否能立起来标志踺子推手的好坏,根据材料和图片分析,程菲踺子推手有力,两脚触板时肩立得比较高,上体略为前倾,上体前倾角两次平均为44°,两臂位于肩前水平位置,肩角为145°。2.两脚触板后两腿快速有力地蹬腿,踏跳时间为0.10s,各关节角度呈增大趋势,两腿充分蹬直,直至脚尖离板,离板时踝角增大到126°,膝角增大到166°,髋角增大到184°(表1)。在蹬腿的同时两臂向后上方摆至上举位置,离板时肩角增大到159°。由于踏跳的制动作用,重心水平速度转化为向上的垂直速度,一个明显的特点是重心水平速度明显下降,垂直速度明显增加,重心水平速度由踏跳瞬间的5.14m/s减小到离板瞬间的3.89m/s,重心垂直速度由触板瞬间的0.11m/s增加到离板瞬间的4.03m/s(表1)。从材料分析和图片观察,程菲踏跳过程始终用前脚掌踏板,脚跟未接触踏板,踝关节未见缓冲趋势而是呈增大趋势,这是程菲踺子踏跳技术上的一个明显特点。3.离板瞬间,身体重心已越过脚支点垂直线,蹬离角为81°(图4,表1)。这样蹬腿的垂直分力通过重心前面,获得了身体向后的翻转力矩,是第1腾空身体向后翻转的动力之一。另外,离板时整个身体呈反弓形,上体略为后屈,两臂摆至后上举,头稍抬,这种身体姿势为第1腾空快速撑马快速翻转创造了有利条件。3.2两脚外脚外来地和外来地面为0.1.第1腾空是从两脚蹬离板至两手撑马的运动过程。第1腾空是踏跳和推手的衔接阶段,也可以说是推手前的准备阶段,目的是为下阶段的推手做好准备。第1腾空技术有以下几个特点:1.两脚蹬离板后要积极快速向后撑马,第1腾空飞行时间很短,D1和D2两次动作第1腾空时间均为0.12s,这是现代跳马难度动作第1腾空技术最明显的一个特点。2.在有限的时间和空间内加快身体向后的翻转速度。为达到此目的,两脚蹬离板后两臂继续后摆,肩角增大,平均由159°增加到163°,上体后屈抬头,要求整个身体向后翻转。3.为了使身体重心达到一定的高度,第1腾空是在身体重心抛物线逐渐上升的过程中完成的(图4离板和图5撑马之间的重心抛物线)。3.3身体及重心离马推手阶段是从两手触马至推离马的运动过程。踺子后手翻类的推手技术与前手翻类和侧手翻类推手技术是完全不同的,其推手的方向是向后推手,有点类似技巧后手翻的推手,但又不完全相同,从以下几个方面分析其推手技术。1.两手向后撑马瞬间先是手指触马,运动员身体重心高于肩水平位置,撑马角D1和D2两次动作分别为43°和45°,平均为44°,整个身体呈反弓形,髋角为228°,肩角为143°(图5表2),撑马的位置在马的中部,大约离马头60～80cm区域内。2.两手指触马后过渡到手掌撑马,两臂微屈,然后快速推手顶肩,两臂完全伸直,直至手指离马,肩角增大,推离马时肩角由撑马时的143°增大到163°,推手时间为0.16s(图6,表2)。在推手顶肩的同时屈髋摆腿,下肢运动速度加快,髋角减小身体变直,髋角由撑马瞬间的228°减小到推离马时的174°。3.推离马瞬间身体处于手倒立位置(背对跑道方向),推离角接近手支点的垂线位置,推离角为85°(图6,表2)。身体重心离马的高度,由撑马时的1.00m左右升高到2.00m左右,推手后重心水平速度继续减小,由撑马时的3.37m/s减小到离马时的2.39m/s,重心垂直速度略有增加,由撑马时的2.89m/s增加到离马时的3.09m/s。从推手过程身体重心明显升高和垂直速度略有增加来看,程菲踺子后手翻的推手效果是相当不错的。3.4身体重心轨迹调整和转体速度的技术第2腾空是从两手推离马至两脚着地瞬间的运动过程。第2腾空的高度、远度与腾空时间都是由前几个阶段决定的。第2腾空身体重心抛物线轨迹先是逐渐上升,至最高点后重心水平速度稳定在2.30m/s左右,垂直速度接近0.1m/s左右,然后在重力的作用下又逐渐下降,根据测算D1和D2两次动作重心抛物线腾起角分别为51°和52°。第2腾空最高点至地面高度分别为2.66m和2.59m,腾空时间均为0.92s(图7,表3)。具备必要的腾空高度和腾空时间只是完成该难度动作的条件之一,还必须使身体绕横轴翻一周半的空间内完成转体900°的动作,并做好落地前的准备动作。根据力学原理,人体进入腾空后,身体重心抛物线轨迹不可能改变,但人体可以通过内力改变身体的各部分位置,以便加快身体的翻转速度和转体速度。因为该动作完成的是直体后空翻转体900°,在空中必须以直体的姿势来完成,因此,大幅度缩短横轴半径以加快身体翻转速度的可能性较小,只是在空中翻转过程中两臂靠近横轴有可能缩短一点半径加快一点翻转速度,主要的翻转动力应该来自推手前的几个阶段,特别是助跑水平速度和踏跳推手力量,对完成好第2腾空的身体翻转有重要的作用。根据计算,D1和D2两次动作横轴翻转速度分别为9.39rad/s和9.67rad/s(表3)。该动作的难度价值主要体现在转体度数上,直体后空翻转体900°就比直体后空翻转体720°难多了,前者10分起评,后者9.8分起评。因此,在有限的空间和身体绕横轴翻转速度的条件下必须加快身体绕纵轴转体速度,此阶段做好转体技术显得格外重要。根据材料和图片分析,开始转体的时间是从推离马一瞬间开始的。主要转体动力是推离马后,头肩带动主动向左转体,同时两臂由上举迅速向胸腹前屈抱,根据动量矩守恒定律,缩短纵轴半径能加快身体的转体速度,转体过程中要求梗头,身体伸直,对加速和保持转体速度至关重要。身体重心轨迹升到最高点,身体大约翻转1/2周上体直立同时转体270°,后面的身体翻转和转体都是在重心抛物线轨迹下降的过程中完成的。当身体转到大约800°的时候,两臂由屈抱身体向两侧伸开,以增加纵轴半径减小旋转速度,做好落地动作。根据计算从推离马开始转体至转完900°,D1和D2两次动作的转体速度分别为17.45rad/s和17.85rad/s,平均为17.65rad/s,可见,转体速度比横轴翻转体速度要快得多(表3)。第2腾空是评定该动作质量的主要标志,从腾空高度、翻转速度和转体速度等指标比较来看,第2次动作(D2)比第1次动作(D1)完成得稍好一点。第2腾空高度稍高一点,分别为2.66m和2.59m;翻转速度稍快一点,分别为9.67rad/s和9.39rad/s;转体速度稍快一点,分别为17.85rad/s和17.45rad/s。3.5落地阶段动作仿真落地阶段是从两脚触地至直立站稳的运动过程,落地前第2腾空的高度和转体到位是做好落地动作的必要条件,程菲基本上具备了这两个条件。该动作落地背向地面,增加了落地稳定性的难度,运动员靠前庭分析器和肌内的本体感觉来判断落地时机和落地角度,快落地前要梗头立肩,用眼睛余光判断落地位置。由于落地瞬间身体重心还具有2.58m/s左右的水平速度,因此,落地前两脚要向前下方向伸,落地瞬间落地角为58°,髋角为166°,膝角为149°,踝角为160°(图8,表4),这样才能形成一定的制动力矩平衡向前的水平力矩。另外,落地瞬间重心垂直速度较大,平均为4.68m/s,这样给地面的冲击力就比较大,为了避免人体受伤并创造站稳的条件,除了利用垫子缓冲外,下肢各关节要及时弯屈做退让性的工作,根据动量定律,延长作用时间能减小对地面的冲击力。在下肢各关节弯屈缓冲的同时两臂向侧上侧下运动,一方面降低重心,另一方面加大纵轴旋转半径,减小旋转速度。下蹲缓冲不能太低,根据D1和D2两次研究材料,膝角减小到107°左右,髋角减小到132°左右,大约缓冲0.08s后,立即蹬腿站立两臂侧上举整个落地动作结束。从电视录像分析,D1、D2两次落地动作基本完成,但还站得不够稳,第1次(D1)后退一步,第2次(D2)向前跳一步,说明落地角和落地时机选择不够理想,没有使落地瞬间的各种力达到平衡。因为,该动作是程菲刚登陆时拍摄的,还需要进一步熟练。4身体反应及转体速度程菲完成的两次踺子后手翻直体后空翻转体900°动作基本上是成功的,主要结论如下:1.踺子踏跳既不能向里贯腿又不能过份向外踹腿,用前脚掌踏板,踏板角约54°,然后快速有力蹬腿,充分蹬直腿,直至脚尖离板,踏跳时间为0.10s;离板时身体略后屈稍抬头,蹬离角约为81°。2.离板后身体迅速向后翻转,同时向后甩臂积极撑马,腾空时间很短,只有0.12s,第1腾空身体重心抛物线轨迹是逐渐上升的。3.两手撑马瞬间身体呈反弓