第16届亚运会100 m跑男、女运动员起跑反应时的差异研究

罗江南，谢洪昌

反应是指人对某一刺激做出回应所需要的最短时间，对运动员反应时间要求最为严格的莫过于短跑项目的起跑反应[10]。短跑的起跑反应时是指引起表露于外的反应开始动作所需要的时间，即从刺激到反应之间的时距[3]。对于某一刺激做出反应的时间可分为单纯反应时间与复杂反应时间。单纯反应时间的刺激与反应都是相当单纯的，即针对单一的刺激引起的最简单的反应所用的时间。100m赛跑时，运动员听到枪声再蹬腿起跑的时间是一种典型的单纯反应时间[11]。在电子起跑监测系统中，起跑反应时的判定是从运动员听到发令枪声到起跑动作施加于起跑器的压力达到设定的阈值所需的时间，这个时间也就是官方所公布的起跑反应时。人的反应可能有微乎其微的毫秒差异，这种差别对一般人关系不大，但对运动员的获胜却至关重要。国际田联所认定的短跑起跑反应时的极限是100 ms，这是生理学研究所证明的人的最为单纯的一种本能的条件反射[10]。在起跑反应时的极限上，国际田联并没有对男、女运动员做出区别对待。由于性别差异，田径运动的所有项目下面都是再分设男、女单项，这是考虑到男、女在性别上的固定差异。在运动员起跑反应时上，男、女运动员是否存在显著的性别差异?如果存在显著的性别差异，那么，造成男、女运动员起跑反应时显著性别差异的原因是什么?在男、女运动员起跑反应时存在显著性别差异的情况下，如何在国际田联100 ms的起跑反应时极限标准下保证男、女运动员在起跑反应时限上的公平性?为了回答这些问题，我们以第16届广州亚运会田径100 m跑预赛56名男、女运动员起跑后蹬时间的压力曲线为研究对象，分析不同性别的运动员起跑反应时之间是否存在显著性差异以及形成因素，为加快我国短跑运动迅速赶上国际先进水平提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以第16届广州亚运会田径100 m跑预赛时56名男、女运动员起跑后蹬时间的压力曲线为研究对象。由于短跑运动员可以参加个人赛中的多轮比赛，为了保证数据的独立性，所以，采用的数据是运动员参加预赛时的数据。其中，男运动员31人，女运动员25人。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料调研

对目前国内、外短跑运动员起跑反应时的研究情况进行资料调研与评述。

1.2.2 电子起跑监测记录

用Fairplay电子起跑监测系统对运动员起跑反应时进行监测、记录，并将获得的起跑后蹬时间的压力曲线图分成男、女两组进行比较分析。

1.2.3 逻辑推理

采用运动技术和生物力学结合方法，对影响反应时间的因素进行逻辑推理和分析。

1.2.4 数理统计

所有数据采用SPSS 17.0统计软件进行分析处理，显著性水平为P＜0.05，非常显著性水平为P＜0.01。

2 结果与分析

2.1 起跑后蹬时间的压力曲线中时间段的划分

随着科学技术的高度发展，自从电子起跑器问世后，大型运动会都是采用电子起跑监测系统来判定运动员的起跑反应时。它通过安装在运动员起跑器上的电子起跑监测器，对运动员起跑后蹬的时间-压力进行测量，以运动员起跑动作施加于起跑器的压力达到设定阈值的时间，从而间接推断运动员起跑反应时是否超限，来判定运动员起跑犯规的情况。第16届广州亚运会采用的 Fairplay电子起跑监测系统所设定压力阈值男为40 kg，女为35 kg。运动员在蹬踏起跑器到双脚离开起跑器这一过程当中，会在电子起跑监测系统中形成一个起跑后蹬的时间-压力曲线（图1）。由于每个运动员从开始对起跑器施压到双脚离开起跑器这一过程当中，对起跑器所施加的压力以及所形成的压力曲线的线形是不同的，从中可以反映出影响运动员起跑反应时的各种因素。根据起跑反应过程中时间及蹬力的变化情况，可以将起跑后蹬时间的压力曲线分成不同的时间段：1）横坐标0到压力曲线的翘起位置就是运动员的实际起跑反应时间，即运动员从听到枪声到开始蹬起跑器所用的时间，是运动员对枪声真正做出反应的时间；2）横坐标0到压力曲线的压力阈值①位置就是在电子起跑监测系统中运动员的R（起跑反应时）。电子监测系统中的起跑反应时与通常我们所熟知的起跑反应时概念是有区别的，它不是运动员听到枪声到开始蹬地的时距，而是运动员听到枪声到蹬力达到设定阈值的所用时间。电子监测系统中的起跑反应时要比实际起跑反应时间略大，包括实际起跑反应时间和蹬力达到阈值时间两个部分；3）横坐标压力曲线的实际起跑反应时间的位置到压力阈值①位置的这段时间是运动员蹬力达到阈值时间，是起跑反应时与实际起跑反应时间的差值；4）横坐标压力曲线的实际起跑反应时间的位置到运动员的蹬力达到第1个峰值②的这段时间是运动员达到第1蹬力峰值时间。

图1 运动员起跑后蹬时间的压力曲线示意图

2.2 男、女运动员起跑反应时3个时间段的对比

2.2.1 起跑反应时的对比

从表1可知，在电子起跑监测系统中，运动员的起跑反应时，男运动员比女运动员所需时间要短，两者具有显著性差异（P＜0.05）。这说明，在电子起跑监测系统中，第16届广州亚运会田径100 m跑男、女运动员之间，起跑反应时存在着显著的性别差异。据Brown等人的研究显示，2008年北京奥运会的短跑以及2004年奥运会100/ 110 m栏短跑比赛中，男、女运动员的起跑反应时均存在显著的性别差异[12]。董胜利等人研究显示，第8届全运会决赛阶段田径短跑比赛当中，男子110 m栏与女子100 m栏预赛起跑反应时也呈显著性差异[1]。与本研究的结果相同。2.2.2 实际起跑反应时间的对比

表1 起跑反应时平均值对比一览表 （ms）

从男、女运动员实际起跑反应时间来看（表2），男运动员是116.97 ms，女运动员是119.96 ms，两者没有显著性差异（P＞0.05）。这说明，在电子起跑监测系统中，第16届广州亚运会田径100 m跑男、女运动员之间，实际起跑反应时间不存在显著的性别差异。据张力为等人的研究显示，男、女大学生之间的视简单反应时无显著性差异[10]。傅士华研究显示，优秀男、女运动员之间的声简单反应时无显著性差异[2]。许实德研究显示，男、女运动员之间声、光简单反应时均无显著性差异[8]，这与本研究的结果相符。生理学的研究表明，耳朵听到枪声，经过大脑再到运动器官发生动作，大约需要0.12s的时间[11]。这与本研究的统计结果相一致。Mero和 Komi的研究表明，芬兰国家级男子短跑运动员在起跑时从枪信号到10％蹬力产生时的平均反应时间为119 ms[15]。通过样本统计，第16届广州亚运会田径100m跑男运动员从枪信号到10％蹬力产生时的平均反应时间为123.5 ms，如果扣除枪声从喇叭传到运动员耳朵所需的3 ms[14]，时间为120.5 ms，与芬兰国家级男子短跑运动员反应时的数据十分接近。

表2 实际起跑反应时间平均值对比一览表 （ms）

2.2.3 蹬力达到阈值时间的对比

从表3可知，在电子起跑监测系统中，男运动员的压力阈值是40 kg，女运动员是35 kg，男运动员要比女运动员高5 kg，但从运动员的蹬力达到阈值时间来看，男运动员是34.25 ms，女运动员是46.92 ms，男运动员却比女运动员所需时间要短，两者具有显著性差异（P＜0.05）。这说明，在电子起跑监测系统中，第16届广州亚运会田径100 m跑男、女运动员之间，蹬力达到阈值时间存在显著的性别差异。

表3 蹬力达到阈值时间平均值对比一览表 （ms）

2.3 男、女运动员起跑反应时存在显著性差异的原因

2.3.1 男、女运动员在反应动作时间上的显著性差异

目前，大部分反应时间的测试都包括了反应动作，要求受测试者对信号做出相应的动作。反应时的测量值是从刺激开始到反应结束之间的时间长短，它比真正要测量的实际反应时间长。反应时的测量值（总反应时 TRt）等于刺激出现到反应开始之间的时间间隔（实际反应时间Rt）和肌肉完成按压反应键的反应动作时间（运动时 M t）之和，即：TRt=Rt+M t[9]。因此，动作速度的快慢就会影响反应时间的测试结果。例如，健康成年女性与男性相比较，当他们快速举起手来直接打击他们面对的泡沫球时，女性的反应时间明显就比男性长[13]。翁锡全等人的研究显示，运动员从开始做出反应到按压后停止信号刺激的时间，即反应动作时间，男性运动员快于女性运动员，其原因可能与男性运动员的快肌纤维较发达，因而快速移动的素质更强有关[6]。

在电子起跑监测系统中，运动员的起跑反应时是一个测量值，它由实际起跑反应时间和蹬力达到阈值时间（反应动作时间）两个时间段组成。实际起跑反应时间能真正反映出运动员起跑反应速度的快慢，是判断运动员起跑反应速度快慢的重要指标。运动员对枪声信号应答的快慢会直接影响运动员的实际起跑反应时间。运动员的实际起跑反应时间是在运动员做起跑反应动作之前的生理延迟时间，是信号在神经中的传导时间，与运动员的技术动作以及后蹬力量无关。蹬力达到阈值时间虽然包含在运动员的起跑反应时当中，但它与起跑反应时之间为不相关关系[9]，它不是运动员对枪声信号应答时间，而是运动员起跑反应动作的一部分，是运动员的反应动作时间，反应动作的快慢会直接影响运动员起跑反应时。由上述研究结果可知，组成起跑反应时的两个时间段当中，男、女运动员的实际起跑反应时间没有显著性差异，而运动员的蹬力达到阈值时间（反应动作时间）具有显著性差异，这是造成男、女运动员起跑反应时具有显著性差异的重要原因。

2.3.2 男、女运动员在力量及爆发力上的显著性差异

从表4可知，男运动员达到第1个蹬力峰值的时间是66.9 ms，女运动员达到第1个蹬力峰值的时间是 84.8 ms。男运动员比女运动员能更快地达到自己的第1个蹬力峰值，且两者之间具显著性差异（P＜0.05）。从男、女运动员第1个蹬力峰值来看，男运动员的第1个蹬力峰值是96.6 kg，女运动员的第1个蹬力峰值是62.1 kg，女运动员第1个蹬力峰值为男运动员的65％，男运动员的力量明显比女运动员要强，两者之间存在着非常显著性差异（P＜0.01）。此结果也符合女子的肌肉绝对力量仅为男子的60％～80％的生理特点[4]。

运动员达到第1蹬力峰值时间以及第1蹬力峰值的情况，反映的是运动员爆发力的大小。爆发力是速度力量的表现形式，是力量与时间结合在一起的能力，它的特点是肌肉收缩前纤维预先被拉长，造成肌肉拉伸预应力，使肌肉增大收缩幅度的同时提高收缩速率，从而增大肌张力时间梯度[7]。因此，爆发力应用力的时间梯度加以评定，即爆发力是指机体在克服一定阻力的条件下，在极短时间内发挥出最大的肌张力，是一种力量的加速度。它的主要指标为爆发力指数=达到的力值（△F）/达到力值所需时间（△T）[5]。

表4 达到第1蹬力峰值时间及第1蹬力峰值的平均值比较一览表

根据上述公式，以运动员的第1蹬力峰值为△F，运动员的达到第1蹬力峰值时间为△T，通过计算，男运动员爆发力指数是1.44 kg/ms，女运动员爆发力指数是 0.73 kg/ms，女运动员的爆发力指数只是男运动员的50.7％，明显小于男运动员。此结果符合女子爆发力约为男子的42％～54％的生理特点[4]。在电子起跑监测系统中，男运动员设定的压力阈值是40 kg，女运动员是35 kg，男运动员比女运动员高5 kg；但从压力阈值占第1蹬力峰值的比重来看，女运动员是56.3％，男运动员是41.4％，女运动员的明显大于男运动员。因此，在达到阈值时间上，女运动员是46.92 ms，明显多于男运动员的34.25 ms。

综上所述，男、女运动员在力量以及爆发力的显著性差异直接影响着运动员蹬力达到阈值时间（反应动作时间），从而最终造成男、女运动员起跑反应时具有显著性差异。

2.4 男、女运动员合理的压力阈值

由于男、女运动员在力量和爆发力上的显著性差异，电子起跑监测系统在设定压力阈值的时候应当要充分考虑到男、女运动员在性别上显著差异。首先，第16届广州亚运会采用的Fairplay电子起跑监测系统所设定压力阈值男为40 kg，女为35 kg。从压力阈值占第1蹬力峰值的比重来看，男运动员是41.4％，女运动员是56.3％，男运动员的明显小于女运动员，女运动员所设定的35 kg的压力阈值标准相对男运动员偏高；其次，男运动员爆发力指数是1.44 kg/ms，女运动员爆发力指数是0.73 kg/ms，女运动员的爆发力明显小于男运动员。因此，在达到阈值的时间上，女运动员的46.92 ms明显多于男运动员的34.25 ms。在第16届广州亚运会100m跑预赛当中，男运动员共有3人次起跑反应时超限犯规，而女运动员没有起跑反应时超限犯规。电子起跑监测系统所设定压力阈值没有充分考虑到男、女运动员在力量以及爆发力上的显著性差异是造成男运动员犯规的数量明显比女运动员多的一个重要原因。

为了竞赛的公平原则，保证男、女运动员蹬力达到阈值时间的基本一致，女运动员的压力阈值标准应下调。首先，通过爆发力指数来计算：女运动员爆发力指数是0.73 kg/ms，以男运动员达到40 kg阈值的平均时间34.25 ms为△T，根据公式△F=爆发力指数×△T，在相同时间△T里，女运动员达到压力阈值△F是25.1 kg；其次，通过压力阈值占第1蹬力峰值的比重来计算：女运动员的第1蹬力峰值是62.1 kg，压力阈值占第1蹬力峰值的比重是56.3％，按男运动员压力阈值占第1蹬力峰值的41.4％比重来计算，女运动员的压力阈值是25.7 kg。综上所述，电子起跑监测系统中女运动员合理起跑的压力阈值应设定为25 kg。

2.5 电子起跑监测系统中合理的起跑反应时限

国际田联所认定的反应时间的极限是100 ms，这是生理学研究所证明的人的最为单纯的一种本能的条件反射。实验证明，条件反射的时间也就是100 ms。例如，人听到一声巨烈爆炸的轰响后会不假思索地收缩肌肉或做出逃跑的动作，这就是一种条件反射，这个本能的反应时间大约100 ms，但不会低于100 ms。根据这种本能的条件反射时间，体育比赛中把抢跑的时间定义为从发令枪响到脚蹬起跑踏板快于（低于）100 ms。因为，几乎没有人能达到100 ms的起跑时间，而一般人的反应时间也不过是介于200 ms～300 ms之间。训练有素和天生反应快的运动员的反应时间也介于100 ms～200 ms之间。所以，如果从发令枪响到运动员的脚蹬起跑器的时间少于100 ms的话，就判定为抢跑[11]。

根据国际田联关于起跑反应时限的规定，人的起跑反应时间极限是100 ms。这个反应极限是指发令枪响到运动员的脚蹬起跑器的时间，即电子起跑监测系统中运动员的实际起跑反应时间，这当中不包括运动员的蹬力达到阈值时间。目前所使用的电子起跑监测系统，起跑反应时的判定是从运动员听到发令枪声到起跑动作施加于起跑器的压力达到设定的阈值所需的时间，这个时间也就是官方所公布的起跑反应时。这个起跑反应时当中包括了运动员的实际反应时间和蹬力达到阈值时间。第16届广州亚运会100m跑预赛当中，男、女运动员的起跑反应时分别是151.22 ms和 166.88 ms，明显多于100 ms，以国际田联起跑反应时限100 ms的规则来判定电子监测系统中运动员的反应时，显然过低。合理的起跑反应时限应该是在国际田联起跑反应时限100 ms基础上加上运动员蹬力达到阈值所用时间。以第16届广州亚运会100m跑预赛为例，男、女运动员蹬力分别达到40 kg、25 kg的压力阈值所用时间是34.25 ms，加上国际田联起跑反应时限的100 ms，电子起跑监测系统中合理的起跑反应时限应该是134.25 ms。

3 结论

1.男、女运动员起跑反应时具有显著性差异，男运动员比女运动员短；

2.蹬力达到阈值时间（反应动作时间）是造成男、女运动员起跑反应时具有显著性差异的重要原因；

3.力量、爆发力是造成男、女运动员蹬力达到阈值时间（反应动作时间）显著性差异的重要因素；

4.相对于男运动员40 kg压力阈值，女运动员合理的压力阈值是25 kg；

5.电子起跑监测系统中，合理的起跑反应时限应该是在国际田联起跑反应时限100 ms基础上加上运动员蹬力达到阈值所用时间。

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