u型場地冰雪技巧運動生物力學分析

u型場地冰雪技巧運動生物力學分析

單帶u型林場滑雪技術是一個難以形容的技能主導的技術性項目，屬于主觀評價分類比賽項目組。運動員利用一塊滑雪板,在規(guī)定的U形場內借助滑坡助滑起跳,利用身體和雙腳來控制方向,在空中完成各種高難動作。自2003年U型場地單板雪上技巧項目引進我國以來,發(fā)展迅速。我國選手分別在2005年和2007年的第22、23屆世界大冬會上,獲得女子比賽的銀牌,為此國家體育總局把該項目列為潛優(yōu)勢項目,并制定了2010年冬季奧運會的參賽目標。在2009年世界大學生冬運會上,劉佳宇獲得女子金牌。該項目集滑行、飛躍、技巧于一體,既有競技性,又有觀賞性。在動作的構成因素中,包括飛起的高度、難度、多樣性、動作的完成質量、場地利用及著陸情況諸多因素。因為飛起的高度會對難度、多樣性、動作的完成質量產生制約作用,所以飛起的高度為諸多因素中的核心因素,是運動員進行空中技巧表演的基礎。沒有高度就沒有更長的飛行時間,沒有飛行時間的保障就無法完成高難的動作,也就無法獲得高分,而制約飛行高度的主要因素是出槽速度。那么影響出槽速度的因素有哪些?目前在U型場地單板雪上技巧項目上國內外還沒有定量的分析和研究。結合2010年U型場地單板雪上技巧技術攻關服務,筆者通過理論探討和實驗方法,對影響U型場地滑雪技巧出槽速度的因素進行分析,意在揭示此項目的內在技術特點及規(guī)律,填補該項目在國內外研究領域的空白,并為教練員、運動員備戰(zhàn)2010年冬季奧運會進行科學訓練提供參考依據。1研究對象和方法1.1研究主題以國家隊男女優(yōu)秀單板運動員為研究對象,其中男運動員3名、女運動員3名,運動員的自然情況表見表1。1.2學習方法1.2.1對u型場地面板雪上技巧的初步研究意義查閱了U型場地單板雪上技巧相關技術、訓練理論,以及備戰(zhàn)2010年冬季奧運會的備戰(zhàn)方案等,為進行U型場地單板雪上技巧的速度影因素的研究提供借鑒和理論參考依據。1.2.2理論分析根據U型場地單板雪上技巧的場地特點,從運動生物力學理論角度對影響入槽速度和出槽速度的因素進行分析。1.2.3運動影像分析2009年1月6～7日,在哈爾濱體育學院帽兒山U型單板場地舉辦的全國U型場地單板滑雪技巧錦標賽上,使用沈陽體育學院國家體育總局重點實驗室2臺Sony高清攝像機,對我國部分優(yōu)秀單板運動員的技術動作進行定點抓拍,并對抓拍的錄像資料運用美國APAS運動學影像解析系統(tǒng)進行運動影像分析,獲取相關的運動學參數,并對獲得的參數進行分析。2結果與分析2.1垂直方向上產生的垂直速度w單板U型場地雪上技巧比賽是在特定的場地進行的?！秵伟逡?guī)則》規(guī)定一般U型場地參數見表2,國內各場地的參數見表3。從場地數據看出,哈爾濱帽兒山場地各種數據符合國際雪聯(lián)關于U型場地單板雪上技巧場地的要求;哈爾濱亞布力和沈陽白清寨場地數據基本符合國際雪聯(lián)關于U型場地單板雪上技巧場地的要求;北京云佛山場地各種數據不太符合要求。通過場地的數據可以看到:該比賽在17°的斜坡上沿100多米的長度在溝槽里滑行,并出槽做各種空翻、轉體、抓板等難度動作,動作完成后會在垂直方向上產生一定的高度落差。在國際比賽的標準場地上,通過計算可以得到U型槽的垂直高度落差h=150sin17=43.8m,即運動員在完成規(guī)定動作后要在垂直方向上產生40多米的高度落差,40多米高的落差能使運動員在垂直方向上產生非常可觀的速度增加。若以自由落體運動計算:Vy=2hg???√≈2×10×40?????????√≈20m/sVy=2hg≈2×10×40≈20m/s,而雪與板的動摩擦系數變化0.03～0.2,以最大摩擦系數及全部體重垂直作用來計算摩擦阻力f=0.2W,即摩擦阻力導致的速度較小為體重產生加速作用的0.2倍,遠遠小于重力產生的加速效果。因此場地的高度落差是運動員獲取垂直速度的重要途徑,運動員可以通過合理的技術完成垂直速度和水平速度的轉換。另外U型的寬度、U型的深度、壁的高低、場地內的平整程度也會對運動員的速度產生影響。2.2入槽速度對數據獲得的影響運動員在第一次入槽前應選擇有助滑的進槽,運動員應積極主動獲得可控的速度。如果運動員入槽前在槽沿上滑行一定距離獲得一定的速度后,而且在入槽前躍起一定高度,就會獲得一定的初始能量儲備E0,E0=E動0+E勢0(E0代表運動員的初始能量,E動0代表運動員初始的動能,E勢0代表運動員初始的勢能)。隨著入槽動作的完成,運動員完成的E勢越來越小,在重力做正功的情況下,運動員的E動會相應增加,即運動員會通過能量轉換獲得一定垂直方向的速度。在獲得一定的垂直速度后入槽,運動員就有了一定的動能儲備;運動員利用儲備的動能,在出槽時獲得向勢能的轉化,即可達到提高飛行高度的目的;飛行高度的獲得也為再一次入槽動作做好勢能儲備,為下一個動作的順利完成提供時空保證。但在運動員的動能和勢能轉換中,要達到的速度必須是可控的。如果速度不可控,就會影響運動員技術動作的發(fā)揮,嚴重時會導致意外事故的發(fā)生,所以應提倡積極主動獲得可控的速度。從表4可以看到,運動員潘蕾的正刃后腳540°動作的入槽速度最大,為14.93m/s;最小為史萬成的反刃前腳720°動作,為11.06m/s。上述動作均為成功動作,又是國家優(yōu)秀運動員,所以可以給出初步判斷:運動員在15m/s以下的速度是可控速度。2.3引起人體沖擊的原因入槽時出現(xiàn)制動現(xiàn)象將不同程度地影響速度的增加,導致能量的損失,并影響下一個動作的飛起高度。入槽后為了減小速度的損失,著陸時腿部的髖、膝、踝三關節(jié)應有適度的緩沖,增加板與槽壁的作用時間,吸收著陸時受到的地面沖擊反力,E0=E動0+E勢0+FH(F代表地面反力,H為力的作用距離,FH為反力所做的功)減小速度的損失,使人體的勢能充分轉化為動能。入槽下壁的同時身體應向槽內適度傾斜,重心最好位于板的前半部,見圖1。充分利用重力及重力矩的作用使人體加速。2.4入槽速度特征入槽后運動員控制雪板沿壁滑行,由于板的前后刃均具有剎車的作用,因此為了減少速度的損失,應盡可能使入槽時身體重心的速度與板的縱軸方向相同,以減小和雪面接觸瞬間產生的制動效果,并順勢滑出,充分利用下壁的高度差獲得加速度。通過表4可以看到板完全接觸槽的速度小于板前沿接觸槽的速度,這說明完全入槽后的人體速度有一定的損失。由于壁的阻力的存在,速度的損失是正常的。但如果使身體重心速度與用刃方向一致,速度的損失將會減小。從表4可以看出,運動員身體重心速度方向與用刃方向均存在一定的夾角,最小為1.2°,最大為5.4°,速度方向與用刃方向沒有達到完全一致。下降最高幅度達到27.5%、最小為6.8%的速度。從圖2可以看出運動員的速度損失率和速度與用刃方向夾角大小趨勢并不完全一致,可能有如下幾個方面的原因①運動員入槽時的滑行技術不十分嫻熟,對板的控制能力不強;②下一次空中動作不同,可能需要不同的滑行速度,導致運動員有意控制滑行速度;③重心的位置過于靠前,導致重力矩過大,產生阻礙作用。因此入槽的技術對入槽速度會產生重要影響。2.5出槽板及板下板下過板出槽上壁時板的受力點和速度與板縱軸的角度也是影響出槽速度、決定高度的因素。在出槽壁的一剎那,由于雪板的前沿即將失去支撐,此時受力點應離開板的中心,逐漸向板后部過渡,使板的受力點始終在臺壁上,前腳順勢滑出,后腳應逐漸用力踏板。在獲得足夠反力的同時,保持拋物線軌跡的流暢,增大出槽速度,并保持合理的出槽角度。在達到有效增加高度的目的的同時,還可以獲得適宜的轉體速度和入槽角度。在達到動作高飄的同時,減小水平速度,減小入槽阻力的效果,達到合理的入槽,為下一次的動作做好能量的儲備。2.6完全出槽”速度較小表5是我國部分優(yōu)秀單板運動員部分出槽動作的運動學參數。通過表4中的數據比較可以發(fā)現(xiàn),完全出槽瞬間速度明顯的小于板前沿出槽瞬間的速度。通過圖3可以看出有5名運動員的速度和用刃方向夾角與速度損失率成正相關,說明速度和用刃方向夾角越大速度損失率越大,因此在滑行中要控制好板的方向,使其長軸的方向盡可能與人體速度方向一致。2.7異常平均速度從圖4可以看出運動員的出槽速度均小于入槽的速度。二者相差最大的是史萬成,二者相差最小的是曾小曄。入槽時的平均速度11.69m/s,出入槽時的平均速度9.75m/s,平均下降1.94m/s。出槽速度的下降會導致飛行高度的下降,而使后續(xù)動作的入槽速度受到影響,進而影響下一次的飛行高度,制約了運動員動作難度的提高和運動技術水平的發(fā)揮,也會使動作的質量大打折扣,因此運動員在完成連續(xù)動作時應注意下肢肌群的發(fā)力,2.8改善動作飛起后運動員將沿著拋物線飛行。如果想增加滯空時間,在出槽速度不變的情況下,應該盡量向胸部方向收大腿,并防止身體或手臂產生的晃動、搖擺。因為身體的晃動、搖擺會打破人體的平衡系統(tǒng),使運動員的自我控制能力減弱,空中的動作質量標準降低,并影響運動員的入槽動作。運動員在飛行中最好保持身體的自然、放松,并減少多余的動作,以保證空中動作的順利完成;另外,向胸部收大腿的動作還有利于空中抓板動作的完成。在運動員騰空后,遵守動量矩守恒I1W1=I2W2,在動量矩守恒的條件下,向胸部收大腿的動作能帶動上體的下壓,在重心軌跡不變的情況下有利于抓版動作的完成。向胸部收大腿的動作還提高了身體在空中的滯留時間,能提高入槽時身體的速度。3結論和建議3.1可控速度分析1)場地的高度落差對滑行適度產生一定的影響,運動員應充分利用高度落差來增加速度儲備。2)運動員在第一次入槽前應選擇有助滑的進槽,積極主動,獲得可控的速度和適當的能量儲備。優(yōu)秀運動員可控速度的上線約為15m/s。3)理論上速度和用刃方向夾角越大,速度損失率越大,多數運動員符合該規(guī)律,但個別運動員并不符合該規(guī)律,這可能和運動員的自我控制有關,需要進一步分析研究。4)入槽下壁的同時身體應向槽內