我国优秀男子铁饼运动员旋转技术中肩髋线角度与身体重心移动速度的三维运动学分析

王广楠

(华侨大学体育学院,福建泉州 362000)

我国优秀男子铁饼运动员旋转技术中肩髋线角度与身体重心移动速度的三维运动学分析

王广楠

(华侨大学体育学院,福建泉州 362000)

运用三维摄像方法对我国 6名优秀男子铁饼运动员 (右手掷铁饼)的旋转技术进行研究,利用三维运动快速解析系统获取数据,分析获得旋转阶段各个环节与铁饼成绩相关密切的指标。分析认为:不同阶段的肩髋俯视角度与重心的移动速度能影响到铁饼旋转技术完成过程中的节奏、时间分配和爆发性。

铁饼;旋转;肩髋线角度;身体重心;运动员

Abstract:It hasmade a discussion of the revolving technique of six elite men discus-throwing athletes(right-handed)applying three-dimensional shooting technique.Itmakes use of three-dimensional sports to analyze the system fast to get the statistics,which will be analyzed to obtain the nor ms closely related with the discus score in the revolving process of discus-throwing of elite men athletes.Itwas drawn a conclusion that the shoulder-hip cord angle and themovement rate of body centroidis at differentphaseswill influence the rhythm,time-share and fulminating of rotating throwing discus technique.

Key words:discus;rotation;shoulder-hip cord angle;body centroid;athletes

现代掷铁饼技术的特点是以提高出手速度为核心,旋转技术更简单而有实效,动作幅度大,速度快,更注重各技术环节的最佳组合而发挥的综合效益。[1]掷铁饼技术中旋转的目的有两个:为最后用力积累人体转动的动量,使铁饼产生一定的预先速度;为最后用力形成大幅度加速用力的身体预备姿势。而这些特点是通过最后的出手角度、出手高度、出手速度来体现的。优秀运动员通过旋转可以使铁饼获得 10m/s左右的速度,旋转投比原地投能提高 10～15M,这个差值往往是衡量旋转技术质量的重要标志之一。那么在掷铁饼的旋转过程中各个环节技术对于最后的掷铁饼成绩有哪些影响因素呢?本文通过对2007年全国田径锦标赛男子铁饼前六名运动员进行三维摄像解析,对掷铁饼技术环节中与成绩相关密切的指标进行了研究,以期回答这一命题。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

2007年全国田径锦标赛获前六名男子铁饼运动员,以 6次试掷中成绩较好的 3次作为技术样本,共计 18人次;2007年8月日本大阪举办的世界田径锦标赛中男子铁饼冠军来自爱沙尼亚的坎特 (Gerd Kante)。研究对象比赛成绩见表1

表1 国内外选手成绩情况

1.2 研究方法

1.2.1 三维摄像解析法

为了便于分析,作者将完整的铁饼旋转技术分为几个时空步骤:双腿支撑预摆时空;起转时空 (预摆结束至右脚离地,左臂挥摆至投掷方向);单腿支撑旋转时空 (右脚离地至左脚离地);旋转腾空时空 (左脚离地至右脚落地);衔接时空 (右脚落地至左脚落地);最后用力时空。

使用两台带有电子快门的松下M9000摄像机,分别置于投掷圈中线的后方偏右和偏左各 45°角的位置,两台摄像机的主光轴夹角约为 90°;对运动员现场比赛的全部情况及数据,采用北京爱捷三维运动摄像解析快速反馈分析系统进行分析,并针对这 6名运动员的俯视横面与正面的肩线和髋线在完成从预摆至铁饼出手的完整技术动作时的变化,以及两线在投掷圈内的走位的变化进行观察分析,获得了运动员完整技术原始数据。

肩线:左肩与右肩之间的相对直线。

髋线:左髋与右髋之间的相对直线。

1.2.2 文献资料法

查阅了国内外关于铁饼研究的文献,并对其进行分析、归纳、综合,为本文的研究提供理论依据。

1.2.3 调查访问法

对长期从事该领域教学、训练的专家、教授以及教练员进行了咨询,并对整个训练过程中教练员的训练安排进行了详细的记录、分析、归纳、总结。

1.2.4 数理统计法

使用 SPSS 12.0统计软件对数据进行计算和分析,获取所需的指标数据。

2 结果与分析

旋转的主要目的是使铁饼获得一定的预先速度,并为最后用力作好准备。[2]为了给最后用力做好准备,就必须在旋转阶段中使髋和肩保持合理的技术,所以在旋转的开始阶段就应注意肩、髋以及重心的速度变化。

表2 中外优秀名运动员完成六投技术中肩髋线角度变化的平均值

图1 中外优秀铁饼运动员肩髋线角度对比曲线

表3 6名运动员完成六投技术过程中重心移动速度 (m/s)平均值

图2 中外优秀铁饼运动员旋转重心移动速度平均值对比曲线

2.1 双腿支撑预摆

预摆结束时,身体重心移向微屈的右腿,右脚全脚掌着地,持饼臂向右后方充分扭转,使身体成扭转拉紧状态。双腿支撑起转初始,根据力矩原则:

M:旋转力矩;R:旋转半径;F:人对铁饼施加的力。由此公式可以看出,为了获得较大的旋转力矩,应尽可能提高旋转半径和绕旋转轴作用力的乘积。[3]比赛数据采集中,双腿支撑预摆起转阶段的肩髋线俯视右侧夹角我国运动员大部分都在 40°～50°之间,在这个阶段,江苏选手吴 x的角度最大,达到了 48.3°,这样的预摆扭紧姿势为旋转饼的稳定与加速创造了条件,与国外选手差距不大。而辽宁选手吴 X的角度最小,是 43.1°。预摆是投掷前的一个准备动作,要求动作放松,幅度大,这样有利于后程旋转技术的节奏把握,在这点上,吴 X相对于另外 3名运动员表现相当出色。

从重心移动的速度方面看吴 X用时较短,比较追求预摆的快速移动,预摆速度约 0.32m/s,吴 x与买 xx也分别达到了 0.27m/s、0.28m/s。从重心移动速度数据可以看出,吴 X的预摆幅度不够,以及重心移动过快是主要负面影响因素。坎特在这一阶段肩髋线俯视右侧夹角达到了 48.4°,在重心移动上表现出了非凡的能力达到了 0.46m/s,将“稳”与“速”结合得恰到好处。相比之下我国选手在这一阶段上未能体现平稳、高速、放松的整体预摆特点。

2.2 起转

起转是预摆完成后开始准备左腿单支撑的动作。运动员为了获得较大的角加速度β,在旋转转动惯量一定时,技术上应采取增加下肢的作用力矩,如在保持适当的双腿支撑距离的前提下增加下肢作用力,并且在双腿支撑起转过程中保持右腿的蹬地工作时间。[4]

另外,铁饼运动员的旋转主要是让铁饼的出手速度达到最大,因此运动员在旋转过程中必须增加旋转的角加速度β,也就是提高旋转角速度的变化率,以便于增加旋转角速度ω,这样再乘以旋转半径,就使得出手的线速度得以提高。在这个阶段 6名选手的右侧夹角在 45°～54°之间,吴 x的角度最大,达到了54°,重心移动速度也是比较慢的 0.48m/s,因此,必然对他的旋转重心移动速度以及最后的衔接动作被动扭紧加速产生负面影响。吴 X角度是 48°,重心移动速度是最快的 0.75m/s,因此,他的技术相对于最后用力是积极的。而坎特在这一阶段角度达到了 55°,重心移动速度达到了 0.83m/s。从图1图2的曲线图上不难看出,坎特的速度虽然继续增加,可是并没有破坏旋转的被动扭紧姿势。而我国选手在这一阶段铁饼摆动幅度不够,重心移动过程加速欠缺,甚至有肩髋线俯视角降低的事情发生,这就严重地破坏了旋转轨迹。

2.3 单腿支撑旋转

单腿支撑转动的动作决定了腾空阶段身体结构,并具有一定的旋转角速度,为进一步提高腾空旋转角速度做好准备,要求人体在这一过程形成充分扭紧和超越器械的最佳状态。从表1、表2中看到,6名运动员在这一阶段开始明显暴露出旋转稳定性不足的缺陷。其中吴 x角度最大,达到了 53°,这说明他的超越器械相对于其他 5位运动员比较充分。可是从速度上来说他达到了 2.10 m/s,这说明他的加速不够,加速不够的表现就是最后蹬转出手的不积极。吴 X虽然角度是 49°,可是,他的重心移动速度却达到了 2.32m/s,为最后衔接阶段的被动扭紧创造条件,可是这也恰恰暴露了他旋转不够协调放松的弊病。从坎特的整个旋转过程来看,他将这一阶段看作是为旋转加速的最佳时机,其肩髋线右侧夹角迅速提升到 56.3°,为腾空落地后的上身被动扭紧创造有利条件。同时,他的重心移动速度提升明显,达到了 2.86m/s,显然是将这个阶段作为加速旋转的另一个起点,为下一个阶段的动作创造有利条件。我国选手应当学习坎特的这个优点,积极在这个阶段进行加速。只有这样才能更好地发挥自身优势,为下一个阶段的技术创造有利条件。

2.4 旋转腾空

腾空阶段始于左脚离地至右脚着地。腾空旋转过程中,依据动量矩守恒原理:

适当地减小旋转转动惯量 I,可以增加旋转角速度ω。从技术上讲,在较短的腾空时间内,左腿要积极向右腿靠拢,减小下肢转动半径,从而减小下肢转动惯量,增加下肢的转动角速度,为完成超越器械,形成大幅度的最后用力创造条件。

从图1、图2中可以看出,我国选手在这个阶段的空间走位起伏不大,与坎特的变化曲线基本一致。吴 x的角度最大达到了 53°,而吴 X最小,只达到了 47°,可是吴 x的速度只有 2.15m/s,而吴 X却达到了 2.27m/s。这说明,吴 X的力量、爆发比吴 x强很多,虽然在幅度上没有吴 x大,可是通过速度能力的提升弥补了自己的不足。但是,从表1、表2的数据上来看,我国选手在这个阶段的技术是前面差距的延续。坎特转腾空阶段表现出人体利用蹬转的惯力在空中完成被动扭紧的过程,他在空中滞留时间短,并且加速明显。从以上分析来看,开始蹬转腾空时,吴 x具备了身体放松,右髋关节向投掷方向送出,使身体能够完全扭紧拉伸的特点,而吴 X就欠缺了许多。根据对比分析,作者建议将这个阶段作为身体放松加大扭紧的最佳阶段,从而提高落地后的旋转力矩。

2.5 衔接动作

衔接动作要做到自然、协调,为最后的出手用力提供更多的空间。[5]衔接技术的任务可归纳为:维持良好的预摆姿势使腿部和身体的肌肉预先拉紧 (顺切线拉紧身体);维持器械在旋转中可获得的水平预行速度;形成良好的最后用力姿势;动员身体中更多的运动单位参与;集中精力最大限度地从事最后用力。

对式 (2)进行推论并进行积分,

从式 (3)可以看出,增加旋转力矩,可以得到较大的旋转角速度,因此在技术中强调右脚以前脚掌落于投掷圈中心附近。在这一技术阶段,我国选手角度变化很大,可是在中心移动速度上却没有明显变化,速度没有特点,肩髋线俯视夹角角度变化各异。观察图1、图2不难发现,坎特的速度有所下降,可是他的肩髋线俯视夹角却继续增加,这说明他在蓄势待发,随时为最后用力创造更加稳定的发挥余地与空间。因此,我国运动员,应在如何分配速度上多下功夫,多注意衔接动作的特点。

2.6 最后用力

最后用力技术其实就是以上所有技术发挥的最终体现。当运动员做到以上这些技术要领后,就会发挥出各自的最大潜力,使铁饼的出手速度达到最大。即:

其中,Vmax是铁饼的最大出手速度;ωmax为运动员的最大旋转速度;R为运动员旋转半径,对于每个运动员来说,R是确定的。从表1、表2中看到,我国运动员在出手速度上都达到了最高水平,比如吴 X达到了 6人中重心移动速度的最快速度 2.63m/s,而吴 ×也达到了 6人中肩髋线夹角的最大角度 55°。这说明吴 ×的技术是以稳健、幅度大为特点,而吴 X的技术是以加速快,能力强为特点。可是相对于世界选手坎特而言差距是巨大的,他的角度达到了 57°,而重心移动速度达到了 2.91m/s,在这两个方面都达到了极高的峰值。

3 结论与建议

3.1 我国男子铁饼运动员在旋转过程中容易出现以下几个错误:预摆动作协调不够,速度偏低,预摆幅度没有完全展开;起转阶段身体重心速度过快,与整体技术动作平衡性差且不协调;单腿支撑阶段加速不明显;腾空过程中身体不够放松,扭紧幅度小;衔接动作连贯不够。我国男子铁饼运动员整体旋转节奏不明显,时间分配模糊,体力消耗过大,没有完全利用于投掷铁饼过程中。

3.2 在完整旋转掷铁饼技术中,不同的时空铁饼和人体重心表现出与铁饼技术要求紧密相关的不同的时空和节奏特征,运动员不能破坏它,如果破坏了时空结构势必会影响完整旋转掷铁饼技术的节奏、速度和最后的成绩。

[1]范秦海,崔冬雪,刘建国,等.我国女子铁饼运动员旋转阶段环节技术指导的三维运动学分析 [J].山东体育学院学报,2005,21(4):105～112.

[2]贾文彤,李建臣.我国优秀女子铁饼运动员旋转过程中身体重心变化的三维运动学分析 [J].中国体育科技,2002,38(7):26～28.

[3]刘建国,崔冬雪,刘卫彬,等.旋转掷铁饼技术中肩、髋、铁饼及人体重心的时空特征研究 [J].中国体育科技,2004,40(4):20～26.

[4]苏开敏,许红峰.最后用力阶段非投掷臂对投掷成绩影响的比较研究[J].体育科学研究,1998,2(1):17～20.

[5]陈学华,林越南.铁饼投掷技术中的衔接技术[J].南京体育学院学报,2001,15(3):91～92.

[6]张英波,佟海青.对我国优秀女子铁饼选手最后用力技术的运动学分析[J].体育科学,2001,20(6):84～85.

[7]杨春荣,何宪台,毛德伟.栾芝丽铁饼动作技术分析 [J].山东体育科技,1997,19(2):8～10.

3D kinematic analysis of Chinese elite male discus throwers’rotating technology of shoulder-hip cord angle and the movement rate of body centroid

WANG Guang-nan
(Institute of Physical Education,Huaqiao University,Quanzhou362000,China)

G842.2

A

1009-9840(2010)01-0022-04

2009-12-12

王广楠 (1981- ),男,江苏徐州人,硕士,助教,研究方向体育教育训练学。