我国女子自由式滑雪空中技巧队三周台腾空高度与落地冲击力的关系

娄彦涛,闫红光,吴松林

(沈阳体育学院运动人体科学系,辽宁沈阳 110102)

我国女子自由式滑雪空中技巧队三周台腾空高度与落地冲击力的关系

娄彦涛,闫红光,吴松林

(沈阳体育学院运动人体科学系,辽宁沈阳 110102)

为提高我国女子自由式滑雪空中技巧队动作的整体水平,通过运动学的定点解析、动力学的足底压力鞋垫和测力平台同步比较和理论分析等方法,研究女子三周台腾空高度和落地冲击力之间的关系。旨在分析女子运动员在正确技术下完成三周台动作落地时的冲击力是否能造成人体受伤。为备战 21届冬奥会,降低女子运动员和教练员的心理负担提供理论支持和科技保障。

自由式滑雪空中技巧;腾空高度;落地冲击力

目前,随着科学训练和女子运动员整体实力的提升,自由式滑雪空中技巧项目女子金牌之争逐渐演变为三周台之争。因为在冬奥会比赛中,要想获得高分的前提条件是动作的难度系数要高。我国女子当家明星李妮娜是目前世界上二周台最高选手,她的主打动作 FDF和 DFF完成质量绝对是世界一流的。但是在 2006年第 20届都灵冬奥会上之所以没拿到金牌,主要原因则为不能上三周台导致难度系数较低所致。目前我国能做三周台动作的女子运动员有郭心心、徐梦桃、赵姗姗和代爽飞四人,其中徐梦桃和赵姗姗分别在训练时做三周台动作时受伤。三周台在完成动作时腾空高度相对于二周台要高,所以落地时对人体的冲击力也较二周台大,很容易使运动员受伤,这使很多女子运动员对上三周台具有一定的恐惧心理。由此,很有必要通过实验的方法来检测出女子运动员三周台腾空高度和落地时所受冲击力的数值,本文通过定点解析,得出大量平台、一周台和二周台腾空高度和落地冲击力单位体重均力的数值分布区间,运用SPSS数理统计进行数据的曲线拟合和回归,通过线性回归方程推算出三周台的腾空高度和落地冲击力的数值分布范围,检验运动员所受冲击力的负荷是否达到人体所承受冲击力的极限负荷。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取国家女子自由式滑雪空中技巧二队运动员 6人,研究对象基本情况见表 1。

表1 研究对象情况表(平均数 ±标准差)

1.2 研究方法

1.2.1 运动学定点拍摄 使用日本索尼摄像机,采样频率为 50Hz/s,在内蒙古阿尔山和长春莲花山滑雪现场进行多次现场定点拍摄,运用美国APAS图像解析系统进行图像解析,来获得一周台和二周台腾空的绝对高度数据。

绝对高度L是指运动员在空中的最高点到落地点的距离,是根据运动学图像解析求得运动员在空中最高点到台上沿的距离L1和出台上沿到落地点的距离 L2,故绝对高度

1.2.2 足底压力分布测试 采用比利时生产的足底压力分布测试系统 (Foot scan inso le system),采样频率为 500Hz/s,测量时长 8s。每只压力鞋垫装有 199个压力传感器,可以记录足底不同部位的压力、压强等相关数据 (图 1)。数据通过foot scan insole 2.40分析软件进行处理。提取在整个测试中的测量数据,在整个动作中,分别找出左右脚受到的最大压力数值 (以合成结果最大值为依据)。

图 1 足底压力测试系统

1.2.3 三维测力平台 采用中国合肥智能研究所荣事达科源三维测力平台系统一台,其有效测试区域为长度 600mm×600mm的面积范围,抗过载能力达 200%,采样时间 10s,采样频率 1000Hz/s(图 2)。

图 2 三维测力平台测试系统

1.3 实验过程

实验前,将测力鞋垫平整地放置到鞋中,为了使运动员适应鞋垫,首先安装好鞋垫不带雪板试跳,进行热身练习。适应后进行正常动作试跳,运动员听到口令后,以正常训练的要求来完成动作,操作人员掌握遥控器,在运动员将要出台时打开鞋垫测试系统,分别在测试平台、一周台、二周台上做动作,要求每个动作做三次。每次以动作成功完成为采用标准。每次实验后测力鞋垫数据从储存卡中转存到笔记本电脑中进行数据保存 (图 3、图 4)。

2 结果与分析

2.1 合压力及单位体重均力的计算

合压力是指整个人体的左右脚最大压力之和,即左右脚的最大压力求和 (以合成结果最大值为依据)。单位体重均力是指人体单位体重的压力,即人体合压力除以人体体重所得的数值。目的是为了把体重不同运动员的指标放在一起进行比较,以便消除体重的影响,计算出人体单位体重的力。

2.2 测试结果的统计

由于在运动员完成动作中存在腾空高度的差异及动作过程的差异,因此运动员在落地时受到的冲击力不是一个固定不变的常数,则是以一定的区间分布,因此引用了几个范围:①腾空高度范围,即人体整个动作中绝对高度的最小值与最大值的取值范围。②落地冲击力范围,即人体整个动作中合冲击力的最小值与最大值的取值范围。③单位体重平均冲击力,即人体单位体重所受合冲击力的平均值。

2.3 测试结果

2.3.1 腾空高度和落地冲击力之间的关系研究 由表 2数据可以看出,自由式女子运动员在做平台、一周台和二周台动作落地时,其绝对高度和单位体重均力数值基本呈正增加。所以可以运用 SPSS统计学应用软件的曲线拟合和回归建立曲线回归方程。因为这里的自变量绝对高度和因变量压力并不是完全呈正相关,所以,在曲线拟合的模型选择中分别进行了复合模型、增长模型、指数模型和二元线性回归模型四种进行拟合。从拟合结果得出,复合模型、增长模型和指数模型里的相关系数 R和估计值的标准误均相同,其均方根、标准误和标准化系数等数据均变化不大。但是以上这些数据指标与二元线性回归模型变化均较大,且二元线性回归模型的标准误和均方都很大,即说明它的精确度不如前三个模型。故选用复合模型进行曲线的拟合和回归 (表 3)。

表2 腾空高度与落地冲击力的关系表

表3 复合模型

表4 ANOVA

表5 系数

R表示相关系数,其绝对值越接近 1,其相关性越显著。拟合成曲线见图 5。

然后再进行回归得到回归方程为指数函数:Y=c×bxlny=lnc+xlnb(其中系数 b=1.069,c=27.938)。

再依据定点解析出的三周台绝对腾空高度最小取值范围为 13.59M,最大绝对高度为 15.71M。计算如下:

图5 腾空高度与单位体重压力曲线拟合

由计算结果得出三周台落地时运动员所受冲击力的单位体重均力为 69.183～79.707N/kg。再把冲击力的单位转换成千克力,转换后三周台的单位体重均力大约是人体体重的 7.06～8.13倍。

2.3.2 测力鞋垫和测力平台力值之间的关系研究 通过以上计算可以得出女子自由式滑雪空中技巧三周台落地时运动员测力鞋垫所受的单位体重均力大约是人体体重的 7.06

～8.13倍,因为在此项目中,运动员在落地过程中是由滑雪板直接和着陆坡向接触的,运动员在落地时所受的外界冲击力来自着陆坡。所以,我们有必要对来自外界的冲击力—测力平台上的冲击力和测力鞋垫的冲击力进行研究比较。以实验中运动员穿测力鞋垫跳到测力平台上两者数据比较见表 6。实验测量的动力学数据由三维测力平台以 EXCEL显示,足底压力数据通过 foo t scan inso le 2.40分析软件进行处理。

表6 足底压力鞋垫和测力平台数据关系表(压力单位:N)

由表3可知,人体落地过程中,鞋垫最大压力 (1624.87±102.32)N,平台最大压力 (1202.34±77.21)N,足底压力鞋垫数据为测力平台数据的 1.35倍。因为人体在下落着地过程中,由于鞋底的缓冲作用,导致人体的压力、压力变化率、缓冲时间等存在差异性的变化,即鞋垫的最大压力大于平台。

通过相关文献资料和近两年来的近千例实验,可知在人体受到冲击力作用时,健康的青年可以承受的安全载荷约为人体体重的 15～16倍。闫红光、张樯在《体育运动中一定高度自由下落人体受冲击力的实验值与理论值比较分析》中运用能量守恒和动量定理,对一定高度自由下落人体受冲击力的实验值与理论值比较分析得出:人体在一定高度下无缓冲落地所受的冲击力最大可达人体体重的 15.58倍,即人体受到的冲击载荷在小于人体体重的 16倍以下是不容易受到损伤的。

结合表 2和以上研究结果可以得出,运动员穿着压力鞋垫在完成 3周台的动作时,所受到冲冲击载荷大约是人体体重的 7.06～8.13倍,转化为测力平台时所受的冲击力为5.22～6.02倍,没有超出人体所能承受的正常载荷,故可得出,女子自由式滑雪空中技巧在以合理的技术完成三周台动作落地时,人体的下肢是安全的。

3 结论与建议

3.1 结论

1)通过平台、一周台和二周台动作落地冲击力曲线,算出女子运动员三周台落地时测力鞋垫所受冲击力大约是人体体重的 7.06～8.13倍,测力平台所受的冲击力为 5.22～6.02倍。

2)当足底压力鞋垫和测力平台同步测量时,足底压力鞋垫数据为测力平台数据的 1.35倍。

3)女子自由式滑雪空中技巧在以合理的技术完成三周台动作落地人体下肢是安全的。

3.2 建议

女子自由式滑雪空中技巧运动员在以后的训练中,只要以合理的出台技术和空中动作去完成三周台动作,其落地时是不会造成损伤的。教练员和运动员在以后的训练中可以克服这种恐惧心理。

[1]自由式滑雪空中技巧项目备战第 20届冬奥会科技攻关服务内部技术反馈报告[R].

[2]戈炳珠.自由式滑雪空中技巧探究 [M].北京:人民体育出版社,2003.

[3]王 姣,戈炳珠.备战温哥华冬奥会中外女子空中技巧重点选手实力比较研究[J].沈阳体育学院学报,2008(8):9-11.

[4]李妮娜,戈炳珠,刘伶燕,等.我国自由式滑雪空中技巧女队备战第 21届冬奥会形势与对策[J].沈阳体育学院学报,2008(4):18-19.

[5]马 毅,郑 凯,常 波,等.自由式滑雪空中技巧项目备战2006年冬奥会综合攻关研究[J].体育科学,2007(2):5.

[6]自由式滑雪空中技巧项目备战第 21届冬奥会科技攻关服务内部技术反馈报告[R].

[7]闫红光,张 樯.体育运动中一定高度自由下落人体受冲击力的实验值与理论值比较分析[J].沈阳体育学院学报,2006,25(4):52-54.

Relation ship Between Triple Platform Vacated Height and Landing Impact of Chinese Women’s Freestyle Aerials Team

LOU Yan tao,YAN Hongguang,WU Songlin
(Department of Hum an Sports Science,Shenyang Sport University,Shenyang 110102,Liaoning,China)

In order to enhance the action overall level of movement of Chinese women’s freestyle aerials team,the authors of this article use the simultaneous comparison and theoretical analysis methods to kinematics of fixed-point analysis,sole pressure shoe pad of dynamics and measuring platform,and study the relationship between Chinese w om en’s freestyle aerials team triple platform vacated height and landing impact.Aiming for the purpose of analyzing under the correct of W om en’s movements technology,the impact to complete triple platform movement time landing cause the hum an body to be in juredor not,which prov ides the theory support and the technical safeguard to debase the fem ale athletes and trainers’psycho logical burden for 21Winter Olympic Games.

freestyle aerials;vacated height;landing impact

G863.12

A

1004-0560(2010)02-0015-03

2010-02-16;

2010-03-26

国家体育总局奥运攻关课题《国家队自由式滑雪空中技巧运动员出台技术、下肢肌肉力量与落地稳定性关系的研究》,项目编号为07135。

娄彦涛 (1979-),男,助教,硕士,主要研究方向为运动生物力学。

责任编辑:乔艳春

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