分析立定跳遠(yuǎn)起跳、騰空與落地等環(huán)節(jié)中的生物力學(xué),運(yùn)動生物力學(xué)論文

分析立定跳遠(yuǎn)起跳、騰空與落地等環(huán)節(jié)中的生物力學(xué),運(yùn)動生物力學(xué)論文不同階段，學(xué)生的氣力、速度、耐力、靈敏和柔韌等身體素質(zhì)各不一樣，為此，老師必須在不同的階段，根據(jù)學(xué)生的身體素質(zhì)情況，選擇不同的體育項(xiàng)目，供學(xué)生練習(xí)、鍛煉。初中階段是學(xué)生氣力素質(zhì)發(fā)展的敏感期，此時，老師必須增加氣力教學(xué)和訓(xùn)練比重。各種跳躍運(yùn)動是發(fā)展氣力素質(zhì)的最好方式方法，立定跳遠(yuǎn)作為提高學(xué)生下肢氣力、爆發(fā)力的運(yùn)動項(xiàng)目，沒有太多的條件約束、簡便易行，是訓(xùn)練學(xué)生下肢氣力及爆發(fā)力的一項(xiàng)重要運(yùn)動，能夠有效地提高學(xué)生的身體素質(zhì)。因而，為了提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)的成績，本文就利用運(yùn)動生物力學(xué)原理對立定跳遠(yuǎn)技術(shù)進(jìn)行了分析，以期通過理論指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐，使學(xué)生把握正確的練習(xí)方式方法。二、研究對象與方式方法本文以立定跳遠(yuǎn)運(yùn)動為研究對象，從生物力學(xué)角度談起，就其學(xué)練法進(jìn)行了一番梳理，研究經(jīng)過中運(yùn)用到了文獻(xiàn)法、教學(xué)實(shí)踐法以及總結(jié)提煉法等。三、結(jié)果與分析〔一〕立定跳遠(yuǎn)成績的組成分析如此圖1所示，立定跳遠(yuǎn)的成績S=S1+S2+S3。S1是雙腳起跳離地霎時身體重心投影點(diǎn)至起跳點(diǎn)之間的距離，S1的大小取決于三個因素：一是身高、腿長，身高腿長在起跳角不變的情況下，重心高則S1增大；二是對于同一練習(xí)者，起跳角a的角度越小，S1越大，角度越大，S1越小，但這并不等于講起跳角a的角度越小，立定跳遠(yuǎn)成績會越好；三是起跳腳離地霎時練習(xí)者髖、膝、踝三關(guān)節(jié)及趾關(guān)節(jié)蹬伸的伸展程度，蹬伸程度越充分則S1越大。S2是起跳腳離地霎時重心在重心高度水平的拋射距離，根據(jù)拋射公式S2=V2sin2a/g，g為重力加速度是常量，由此可見，S2取決于騰起初速度和拋射角度，騰起初速度越大，則S2也越大，理論上在a=45時S2最大，但由于空氣阻力〔能夠忽略不計(jì)〕及考慮S3，實(shí)踐中a﹤45，理論證實(shí)a=42時，S2+S3有最大值，這主要是因雙腳著地霎時身體重心低于起跳腳離地霎時身體重心之故。S3是重心回落到起跳離地重心高度水平線至雙腳著地間的距離，它由身高和落地技術(shù)動作決定，盡可能收腹舉腿、雙臂后擺并使雙腿較大幅度前伸而又不至于身體后倒的落地技術(shù)能獲得較大的S3。〔二〕立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析1.起跳技術(shù)分析〔1〕關(guān)節(jié)蹬伸速度、幅度。立定跳遠(yuǎn)的遠(yuǎn)度主要由髖、膝、踝快速蹬伸及趾關(guān)節(jié)的末端介入作用而獲得，華而不實(shí)各關(guān)節(jié)的蹬伸速度、蹬伸幅度及協(xié)調(diào)發(fā)力順序是決定學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績的關(guān)鍵技術(shù)。立定跳遠(yuǎn)起跳經(jīng)過可分為下蹲和蹬伸兩個環(huán)節(jié)，前一環(huán)節(jié)是后一環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備和基礎(chǔ)，動作質(zhì)量的好壞對后一環(huán)節(jié)有著重要的影響。起跳的任務(wù)是使人體獲得最大騰起初速度及最佳騰起角。根據(jù)公式V=2H/t可知，加大起跳時工作距離H，縮短起跳時間t，能夠增大騰起的初速度。良好的下蹲動作能為蹬伸創(chuàng)造條件，而下蹲動作能使下肢三關(guān)節(jié)處于最佳的發(fā)力角度，為蹬伸環(huán)節(jié)做好必要的準(zhǔn)備。最大下蹲時下肢三關(guān)節(jié)角度的不同，會直接影響蹬伸效果，進(jìn)而影響起跳效果。而最大下蹲過后，下肢關(guān)節(jié)在短時間內(nèi)迅速伸展，給地面以爆發(fā)性氣力蹬離地面的經(jīng)過稱為蹬伸環(huán)節(jié)。此時，肌肉的工作形式經(jīng)過下蹲階段的離心收縮、等長收縮、迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛐氖湛s。下蹲階段伸膝肌群被動拉長，這樣，一方面大腿伸展肌群能儲存大量的彈性勢能，另一方面肌絲也有了一定的初長度〔假如是最適初長度那當(dāng)然是最好〕，這就能夠使起跳腳對地面施加更大的作用力，進(jìn)而產(chǎn)生較大的垂直作用力。除此之外，適宜的下蹲幅度，也能使下肢肌處于最適初長度，產(chǎn)生最快的收縮速度及最大的收縮氣力，提高起跳效果。研究資料證實(shí)，120-140是膝關(guān)節(jié)的最佳發(fā)力角度，立定跳遠(yuǎn)準(zhǔn)備起跳時，膝關(guān)節(jié)角度小于最佳發(fā)力角度，對于成績的提高是有利的，一般都從90左右開場蹬伸發(fā)力，且蹬伸經(jīng)過中，膝關(guān)節(jié)的角度必須超過135，有研究顯示膝關(guān)節(jié)角在135以上的范圍進(jìn)行發(fā)力時，屈膝肌群〔股二頭肌、半腱肌、半膜肌、腓腸肌〕積極介入伸膝活動，其發(fā)揮的氣力較大，而且隨著膝關(guān)節(jié)角度的增加而增大。當(dāng)然，雙腳起跳腳離地霎時，理想的下肢姿勢是髖、膝、踝三關(guān)節(jié)完全伸直，這樣既能充分發(fā)揮三關(guān)節(jié)的肌肉氣力，使力的作用點(diǎn)通過身體重心，又能增大力的做功距離，使雙腳離地霎時有較高的身體重心。踝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)相比是小關(guān)節(jié)，但在立定跳遠(yuǎn)項(xiàng)目中卻有著非常重要的作用。起跳階段踝關(guān)節(jié)的屈伸能力決定起跳階段的蹬伸程度，踝關(guān)節(jié)在跳高起跳經(jīng)過中起著關(guān)鍵作用。踝關(guān)節(jié)的柔韌性和肌肉氣力是影響立定跳遠(yuǎn)成績的兩個重要指標(biāo)，因而在立定跳遠(yuǎn)練習(xí)中我們應(yīng)對學(xué)生的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行有針對性的柔韌性和氣力訓(xùn)練，采用多種方式方法與手段以提高學(xué)生的踝關(guān)節(jié)氣力與伸展幅度。下肢三關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)用力能力對立定跳遠(yuǎn)成績也起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)大關(guān)節(jié)先運(yùn)動原理，立定跳遠(yuǎn)首先應(yīng)當(dāng)是髖關(guān)節(jié)進(jìn)行發(fā)力，其次是膝關(guān)節(jié)，最后是踝關(guān)節(jié)進(jìn)行用力。這種協(xié)調(diào)用力能力就好像加速度逐步減小的變加速運(yùn)動，加速度逐步在減小，但速度卻不斷增大。三關(guān)節(jié)完全伸直后，就能使作用力通過身體重心，提高力的利用率，進(jìn)而提高起跳效果。〔2〕兩臂擺動速度及幅度。在起跳階段，當(dāng)兩臂加速上擺時，身體會產(chǎn)生一個方向向下的作用力，此力通過起跳腿傳遞到地面，進(jìn)而增大了人體對地面的垂直作用力，同時地面也會給人體一個大小相等而方向相反的作用力。這樣，在起跳結(jié)束霎時，運(yùn)發(fā)動就可獲得一個較大的垂直速度，進(jìn)而跳到更高層次的高度。在起跳霎時，手臂的擺動對起跳效果有著非常重要的作用。從生物力學(xué)角度來講，手臂的擺動速度應(yīng)越大越好，當(dāng)雙腿下蹲緩沖時，兩臂由身后較高位置加速向下擺動，能夠減小起跳腿對地面的作用力，避免起跳腿受力過大而過度屈曲，影響起跳效果。而在起跳蹬伸階段，兩臂加速向上擺動，會對軀干施加向下的作用力，這種作用力通過起跳腿傳至地面，進(jìn)一步增加了起跳腿對地面的垂直作用力，根據(jù)牛頓第三定律，此時地面也會給人體一個大小相等、方向相反的反作用力，與不擺臂或擺臂速度很小相比，將引發(fā)地面作用于人體更大的反作用力。這樣在運(yùn)發(fā)動起跳結(jié)束霎時，由于力的增加便能產(chǎn)生更大的垂直速度。另外，雙臂擺動后上舉，可以以提高人體重心的位置。有研究顯示，雙臂及擺動腿完全向上伸直，能夠使重心提高約身高的1/10。當(dāng)起跳結(jié)束霎時，雙臂快速制動，其慣性力的方向是向上的，能對起跳腿起到減壓的作用，對起跳腿的三關(guān)節(jié)快速蹬伸，十分是對氣力較弱的踝關(guān)節(jié)快速大幅度伸展有著重要作用，對快速拔腰、提肩，帶動身體重心快速上升有積極作用。理想的手臂動作，應(yīng)是下蹲結(jié)束霎時，兩臂在體后盡可能高的位置；在蹬伸階段，兩臂應(yīng)該向下、向前和向上快速有力地擺動。在擺動時，肘關(guān)節(jié)不應(yīng)太彎曲，理想的角度大約在90與完全伸直之間。我們能夠用雙臂向上擺動的平均垂直速度和擺動幅度來評定擺動效果。在起跳經(jīng)過中，雙臂擺動的平均垂直速度當(dāng)然是越大越好，還應(yīng)有較大的擺動幅度。這對于提肩拔腰動作和雙腳離地霎時的身體重心高度都有影響。需要注意的是，臂的擺動幅度并非越大越好，但一般雙臂的肘關(guān)節(jié)不應(yīng)低于肩關(guān)節(jié)，這樣才能構(gòu)成有力的擺動和制動，提高起跳效果。2.騰空階段技術(shù)分析當(dāng)雙腳離地霎時起跳動作完成，人體便以初速度V進(jìn)入斜拋的騰空階段。當(dāng)人體重心到達(dá)最高點(diǎn)開場下降時，上體要積極下壓，同時雙臂也應(yīng)迅速向前下方擺動，并同時收腹舉腿，同時為落地動作做好積極的準(zhǔn)備。這不僅要求學(xué)生有積極的落地意識，還要求其有較強(qiáng)的腰腹肌氣力。3.落地階段技術(shù)分析當(dāng)雙腳與地面接觸霎時，身體各相應(yīng)關(guān)節(jié)應(yīng)進(jìn)行積極的屈曲緩沖，雙臂積極向后下方擺動并積極制動。當(dāng)人體通過下肢與地面互相作用時，下肢各關(guān)節(jié)肌肉雖積極收縮，但由于重力的作用，仍被拉長作離心收縮，完成退步忍讓工作。由沖量定理可知，△Ft=△mv，F(xiàn)=△mv/t，mg為人體體重是定量，因而若想減小人體落地時對地面的沖擊力，就必須延長力的作用時間。這種緩沖動作對于動作的順利完成及人體保衛(wèi)有重要的作用?！踩沉⒍ㄌh(yuǎn)的學(xué)、練法分析1.踝關(guān)節(jié)的氣力及柔韌性學(xué)、練通過力學(xué)及技術(shù)分析，我們可知道踝關(guān)節(jié)固然相對于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)是小關(guān)節(jié)，但它的氣力及柔韌性對立定跳遠(yuǎn)同樣有著非常重要的作用。〔1〕僵尸跳：這主要是用來發(fā)展踝關(guān)節(jié)、小腿和足弓肌群的肌肉氣力。雙手叉腰或自然下垂，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)伸直，主要以踝關(guān)節(jié)的屈伸來完成動作。要求：兩腳左右開立、平行向前，等于或略小于肩寬，起跳時踝關(guān)節(jié)盡最大幅度伸展，落地時用前腳掌著地屈踝緩沖，接著再跳起，每次練習(xí)50-60次，練習(xí)4-5組?！?〕單腳僵尸跳：發(fā)展小腿、腳掌和踝關(guān)節(jié)氣力。上體正直，膝部伸直，單腳向上跳起。跳時主要是用踝關(guān)節(jié)的氣力，用前腳掌快速蹬地跳起，離地時腳面繃直，腳尖向下。原地跳時，不規(guī)定跳的次數(shù)，以踝關(guān)節(jié)發(fā)酸為準(zhǔn)，然后換腳。每次練習(xí)重復(fù)4-5次?！?〕跪膝：此項(xiàng)練習(xí)在游泳初級訓(xùn)練中較為多用，主要用來發(fā)展踝關(guān)節(jié)柔韌性。要求雙膝、雙踝靠攏跪于地面，臀部坐于雙腳后跟之上。每次練習(xí)3-5分鐘。2.膝關(guān)節(jié)技術(shù)、氣力及擺臂配合學(xué)、練膝關(guān)節(jié)是人體大關(guān)節(jié)，其氣力的強(qiáng)弱直接影響著學(xué)生的立定跳遠(yuǎn)成績?！?〕蹲跳起：主要發(fā)展腿部肌肉和踝關(guān)節(jié)肌肉氣力。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲〔膝關(guān)節(jié)角度最好等于90〕，肘關(guān)節(jié)角度約120，兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖等離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用前腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，接著再跳起。每次練習(xí)2530次，重復(fù)34組。〔2〕連續(xù)蛙跳：主要發(fā)展下肢肌肉氣力、起跳技術(shù)及上下肢的協(xié)調(diào)蹬擺能力。雙腳左右開立，腳尖平行，等于或略小于肩寬，屈膝向下半蹲，當(dāng)膝關(guān)節(jié)下蹲至90時開場蹬伸發(fā)力準(zhǔn)備起跳，肘關(guān)節(jié)角度約120，下蹲時兩臂自然后擺，起跳時兩臂迅速有力地向前上擺，擺動幅度為肘關(guān)節(jié)不低于肩關(guān)節(jié)，當(dāng)腳尖蹬離地面時迅速制動，起跳時兩腿迅速蹬伸，使髖、膝、踝三個關(guān)節(jié)充分伸展，身體成一直線，最后用腳尖蹬離地面向上跳起，落地時用全腳掌著地屈膝、曲踝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)緩沖到90時，雙臂擺至身體后下方，接著再跳起。每次練習(xí)10跳，重復(fù)3組。開場對遠(yuǎn)度不提出太多要求，主要以練習(xí)上下肢的協(xié)調(diào)技術(shù)為主，由于動作技能的構(gòu)成是一個復(fù)雜的、鏈鎖的、本體感受的經(jīng)過，只要在技能構(gòu)成后，才能逐步提高強(qiáng)度，打破動作平衡，重新建立動作平衡。〔3〕跳伸練習(xí)：主要發(fā)展大腿肌肉退步忍讓性工作能力。雙腳平行站立于約50cm的臺階上，向前下方跳出，雙腳落于小墊子上屈膝緩沖，當(dāng)膝關(guān)節(jié)被動屈曲至90時雙臂由前上方擺至身體后下方，同時快速蹬伸、擺臂向前上方跳出，要求下肢三關(guān)節(jié)完全伸直，肘關(guān)節(jié)擺至肩關(guān)節(jié)上方，忽然制動。每次練習(xí)68次，重復(fù)34組。膝關(guān)節(jié)這種退步忍讓性工作能力加強(qiáng)，能夠提高起跳時下蹲的速度，使退步忍讓性工作肌群產(chǎn)生更大的彈性勢能，縮短起跳時間，進(jìn)而獲得更大的初速度，提高學(xué)生立定跳遠(yuǎn)成績?！?〕啞鈴擺臂：主要發(fā)展上肢及肩帶氣力。手持啞鈴肘關(guān)節(jié)成120，雙腳成左右前弓步前后擺臂，要求擺動幅度要大，每組練習(xí)5060次，重復(fù)45組；兩腳尖平行等于或略小于肩寬左右開立，雙手持啞鈴從體側(cè)至雙臂水平再至兩臂肩上舉，每組練習(xí)30次，重復(fù)3組。〔5〕手持啞鈴雙腳左右開立跳：主要發(fā)展踝關(guān)節(jié)、肩帶氣力及上下肢協(xié)調(diào)能力。兩腳開立至少大于肩寬，開立時雙臂擺至水平，并攏時擺至體側(cè)，要求動作連貫，節(jié)拍感強(qiáng)。每次練習(xí)3040次，重復(fù)34組。3.起跳角度及落地技術(shù)練習(xí)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生起跳角度幾乎沒有過大而都是偏小，為了糾正學(xué)生的這一錯誤動作，老師可利用小墊子來提高學(xué)生的起跳角度，如此圖2所示。小墊子斜面與地面成42角，要求起跳時身體成一直線與墊子平面平行，當(dāng)身體重心到達(dá)最高點(diǎn)時收腹舉腿，積極準(zhǔn)備落地動作。為了能夠更好地完成收腹舉腿動作及意識，我們應(yīng)盡量讓學(xué)生采用跳遠(yuǎn)中的滑坐式落地方式，有小墊子的保衛(wèi)，這種落地方式已成為可能。四、結(jié)束語通過立定跳遠(yuǎn)的生物力學(xué)分析，我們得知影響立定跳遠(yuǎn)成績的主要因素是下肢三關(guān)節(jié)肌肉氣力及蹬伸幅度、起跳角度及上肢擺臂技術(shù)。有了理論指導(dǎo)，我們便能夠有針對性地進(jìn)行學(xué)、練，進(jìn)而提高練習(xí)效果。以下為參考文獻(xiàn)：1.運(yùn)動生物力學(xué)編寫組.運(yùn)動生物力學(xué)[M].人民體育出版社，1981.。2.VD克拉澤夫等，王巧玲譯.世界優(yōu)秀女子跳高選手技術(shù)的生物力學(xué)分析[J].體育科研，1992，〔1〕.。3.〔美〕賈薩斯戴佩納，王學(xué)峰譯.背越式跳高的生物力學(xué)分析〔1〕[J].山東