影响武术旋风脚720°完成的生物力学探析*

阳家鹏 向春玉

（1.铜仁学院体育系 铜仁 554300）

影响武术旋风脚720°完成的生物力学探析*

阳家鹏1向春玉1

（1.铜仁学院体育系 铜仁 554300）

转动惯量的大小、分布和转轴的位置是决定720°旋风脚顺利完成的关键。好的身体姿态能促进转动惯量和角速度的调整。腾空高度是影响720°旋风脚空中转体与落地稳定性的重要因素，空中转体的速度能弥补运动员腾空高度的不够。在720°旋风脚踏跳时，身体已经绕纵轴拧转了一定的角度，这是因为偏心力矩存在而产生的，在适当的倾斜角度内产生的偏心力矩对完成720°旋风脚转体非常有利。

720°旋风脚；转动惯量；空中姿势；腾空高度； 偏心力矩

1 前言

720°旋风脚是武术套路中的C级跳跃类难度动作，是跳跃类难度动作中最常见且容易失误的一个技术动作，其动作完成的关键是空中转体与落地的稳定性。本文从运动学的角度即转动惯量、空中姿势、腾空高度和偏心力矩四个方面探讨影响旋风脚720完成的成因，旨在为教练员的训练提供有益的参考，从而提高武术套路运动员在比赛中完成720°旋风脚难度动作的成功率。

2 影响旋风脚720°完成的生物力学分析

2.1 转动惯量

转动惯量是转动物体的惯性，它是描述物体转动时保持原来转动状态能力的物体量。转动惯量越大，转动状态越稳定越不容易改变，它是分析720°旋风脚一个常用的基本参数。利用转动惯量对旋风脚 720°进行分析的理论基础如下：（1）人体在腾空状态时应遵循动量矩守恒定律，即转动惯量和角速度的乘积等于一个常数。（2）根据转动惯量的公式I=mr2，转动惯量I大小由物体的质量m和对于它的质点离转轴的垂直距离r确定。对于具有同样大小质量的刚体，如果对于同一转轴，即r相等，转动惯量的大小必定相等。（3）人体的转动惯量随着身体姿势的变化而发生相应的变化，因此，运动员可以根据动作的需要调节身体的姿势，改变自身的转动惯量达到完成动作的目的。由以上分析可知：（1）质量越大，转动惯量越大。（2）物体全部质量的分布情况，质量越是集中在转动轴，转动惯量越小，质量越是分布在四周，转动惯量越大。（3）转轴的位置，转轴在物体的一端，转动惯量大，转轴靠近身体中心，转动惯量小。根据决定物体转动惯量的三个因素，来分析旋风脚空中转体动作。

2.1.1 运动员的身体质量

从转动惯量可知武术运动员体重是决定旋风脚 720°空中转体时转动惯量的因素之一。体重重的运动员相对比体重轻的运动员空中转体转动惯量大，其运动状态就越稳定，难改变；反之，体重越轻的运动员空中转体转动惯量越小，运动状态易于改变。从起跳到腾空转体，体重重的运动员由于惯性比体重轻的运动员大，运动状态难以改变，所以不利于旋转，体重轻的运动员则相对易于转动。总之，理论上体重轻的武术运动员较易完成旋风脚720°高难动作，同时这也就对武术运动员提出了体重控制的要求。

2.1.2 质量的分布情况

质量集中在转动轴，转动惯量小，旋转速度快；质量分布在四周，转动惯量大，旋转速度慢。从图1中可以看出运动员起跳时，身体舒展打开，这样有利于身体质量向四肢均匀分布，增加转动惯量，保持运动状态的稳定性，有利于旋风脚空中踢腿击响动作，但是身体过分的展开不利于空中的旋转。为了增加旋转，如图2所示，空中击响后应迅速的并腿、双臂抱体等动作，这有利于把身体质量向身体纵轴线即转动轴集中，从而减小转动惯量，利于旋转。图3显示的是落地稳定阶段，运动员的四肢张开，使身体质量尽量均匀布增加转动惯量减小旋转速度，以利于落地缓冲，增加稳定性。所以旋风脚 720°身体各阶段的姿态对转动惯量的分布非常关键。

图1：运动员旋风脚720度接跌竖叉

图2：运动员旋风脚720度接跌竖叉

图3：运动员旋风脚720度接跌竖叉

2.1.3 转轴的位置

转轴在物体的一端，远离身体中心，转动惯量大，动作难做；转轴接近身体中心则动作易做。运动员之所以能改变身体的姿态即改变绕纵轴的转动半径，来调控转动惯量的大小，从而达到对角速度快慢的控制，顺利完成各种高难度空中动作。人体在腾空状态时应遵循动量矩守恒定律，即转动惯量和角速度的乘积等于一个常数。人体处于腾空状态的时候，采用任何动作使身体姿势发生改变，都只是在转动惯量I和角速度ω之间调整和变动。而转动惯量是由质量m和转动半径r决定的，当姿态改变时，绕同一转轴的半径发生了变化，则会引起转动惯量的变化。所以720°旋风脚空中的各种技术动作都是围绕增减转动惯量和角速度以促进转体顺利完成而展开的。运动员里合腿击响瞬间里合腿和身体向纵轴线即转动轴靠拢，使转动轴尽量保持在身体的中心线，减小转动半径，减小转动惯量，促进旋转。

2.2 空中姿势

根据人体在腾空状态时遵守动量矩守恒定律，好的身体姿态能促进转动惯量和角速度的调整，使空中转体720°顺利完成，且落地的稳定性好。旋风脚720°空中姿态在旋风脚的腾空至里合腿击响增大转动惯量阶段, 具体的身体姿势应是右腿的里合与反方向的左手尽量拉开[2]。击响至并腿旋转阶段,运动员双手应尽量靠近身体, 两脚并拢，尽量使肢体靠近垂直轴，减小转动惯量, 增大转动角速度。[2]击响后摆动腿下压积极,迅速与左腿并拢,更快地减小转动半径,减小转动惯量,使空中旋转速度更快。[3]在里合击响腿结束时，两臂快速向身体垂直轴靠拢。右腿也快速向身体靠拢。[9]

根据人体的状态反射，头部空间位置的改变能反射性地引起四肢肌张力的重新调整。头部拧转时能引起同侧上下肢伸肌紧张性加强，而对侧伸肌紧张性减弱。[10]因此运动员完成旋风脚击响后,应迅速用力左转,以头带动躯干转动720°。头部左转时能引起左侧上下肢伸肌紧张性加强，而对侧伸肌紧张性减弱，有利于身体在空中的旋转。同时当头部拧转到一定角度后，由于动量矩转移，促进了身体其它部位的旋转。不良的身体姿势对空中转体与落地稳定性都会产生不良的影响，比如运动员在空中完成动作时坐髋,这就增大了身体的转动惯量,不利于身体的自身旋转。

落地时如果身体姿势没调整好就会出现落地后身体继续旋转或是前倾、后倒等一系列问题。经研究表明运动员在落地时上体都会略向前倾，腰背肌处于高度紧张的状态，其目的是为了使身体的总重心能够维持在支撑面内。但由于男女运动员腰背肌的力量方面的差异造成女运动员上体躯干角偏大。[6]而两臂的各种动作目的是为了调整重力作用线，使之通过支撑面，以保持落地时身体的平衡。[5]

2.3 腾空高度

腾空高度对旋风脚 720°空中转体与落地稳定性的影响是一个有争议的问题。一般认为，腾空高度越高，腾空时间越长就越有利于旋风脚720°的顺利完成。不可否认，没有一定的腾空高度那也就称不上腾空跳跃动作了，所以有人认为身体重心上升的高度是完成旋风脚720°的前提。[7]

有研究表明从腾空时间来看，男运动员的腾空时间高于女子，同时发现落地稳定性女运动员低于男运动员。腾空高度高对于旋风脚720°的完成时好处是毋庸置疑的，重心高度增量增大,腾空时间延长,使空中转体更充分；里合腿击响后积极下压有利于身体重心继续升高,有利于加速身体的转速，落地前能更好地调整身体姿态加强落地的稳定性，并且高飘的动作更能体现武术跳跃动作高、难、美的特点。

弹跳能力取决于运动员的相对力量和肌肉的快速力量（爆发力），它是完成跳跃类项目的一项基本能力。跳跃能力强的武术运动员完成旋风脚720°又高又飘，动作潇洒优美。然而，弹跳能力的好坏是决定旋风脚720°完成的关键因素吗？这是一个值得探讨的问题。在现实训练和比赛中，往往一些弹跳并不出众，特别是女运动员同样也能完成旋风脚720°动作，取得优异的成绩。这些现象说明，旋风脚720°的完成并不取决于腾空的高度。有研究表明跳跃高度不一定影响旋风脚720°的完成率, 通过加大起跳时的旋转速度和减少空中的转动惯量可以实现加快空中旋转速度的目标。通过提高运动员身体在空中的转动速度能弥补运动员腿部力量差,起跳速度小的不足。也就是说在有限的高度内只要身体在空中的旋转速度足够，一样能完成旋风脚720°，很多优秀的武术运动员通过实践证明了这是可行的。

2.4 偏心力矩

在完成旋风脚720°时偏心力矩的作用少有人提及，根据生物力学知识我们可知，旋风脚720°踏跳腾空后，人体在空中的状态是既是平动又是转动的复合运动。

这是因为旋风脚720°助跑踏跳时，起跳腿给地面一个向下作用力F，同时获得一个向上的反作用力F’，向前制动的同时又获得一个向后的摩擦力Q,而这两个力不能正好通过总重心点O，那么这两个力为偏心力，它们与重心之间的力矩就形成了偏心力矩即F′a和Qa；又因为偏心力矩具有方向性，只有使身体呈逆时针方向转动的力偶矩F′a才是促进旋风脚720°旋转的根本原因所在，也就是向上的反作用力F＇与垂直轴形成的偏心力矩。向后的摩擦力Q所产生的偏心力矩Qa促使人体向后上方翻转，这也是侧空翻绕矢状轴翻转的原因之一。

图4 旋风脚720°踏跳力学分析简图

根据人体转动动作不同，偏心力矩方向也随之变化。如向前做空翻动作时，必须在蹬地起跳的瞬时形成向前的偏心力矩，此时蹬地的力量向后下方，动支撑反力向前上方，从人体重心的后方通过，这时所产生的偏心力矩促使人体绕额状轴翻转。720°旋风脚是人体处于腾空状态下绕纵轴旋转同时向前平动的复合运动，这就产生一个呈逆时针方向的偏心力矩，与向前空翻不同的是它绕纵轴翻转。从上分析我们得知要顺利完成720°旋风脚空中转体必须充分利用偏心力矩的作用。因此，要完成旋风脚720°这样的高难度动作，必须要在腾空前尽可能获得较高动量矩。运动员获得足够的动量矩后，在起跳脚与地面支撑时，通过动量矩的转移，将动量矩转移到身体其它部分，并储存起来，待身体腾空后，促进身体旋转。根据力矩的公式M=Fr。加大偏心力F或是力臂r，即可加大偏心力矩M，就能使人体在空中完成一定的翻转动作。通过对高水平武术套路运动员所完成的旋风脚720°调查证实, 女运动员起跳前的最后一步在步幅上大于男运动员,这是由于起跳脚需要更大的角度制动, 从而获得向上的垂直力。当地面给人体起跳的反作用力F一定时，要想加大偏心力矩M就只能增加作用线与转轴的距离r。

3 小 结

3.1 转动惯量是分析720°旋风脚空中转体与落地稳定性首要参数，转动惯量的大小、分布和转轴的位置是决定720°旋风脚能否顺利完成的关键。

3.2 空中姿势是影响720°旋风脚空中转体与落地稳定性又一关键因素，好的身体姿态能促进转动惯量和角速度的调整，使空中转体720°顺利完成，加强落地的稳定性。

3.3 腾空高度是影响720°旋风脚空中转体与落地稳定性的重要因子，腾空高度越高，腾空时间越长就越有利于旋风脚720°空中转体的完成。而空中转体的速度能弥补运动员腾空高度的不够，促进720°旋风脚的顺利完成。

3.4 偏心力矩是运动员能够在空中完成720°转体的重要因素， 在 720°旋风脚踏跳时，身体已经绕纵轴拧转了一定的角度，这正是因为偏心力矩的存在而产生的，在适当的倾斜角度内产生的偏心力矩对空中完成 720°旋风脚转体非常有利。

1 杨乃静，林小美，尹燕强，张再昂，竞技武术套路中腾空摆莲B和C级跳跃落地稳定性的研究【J】.天津体育学院学报，2008,23(3)：259-262

2 朱东、郭志禹，竞技武术C 级跳跃难度的运动学特征研究【J】.体育科学2006 , 26 (9)：48-50

3 魏新换1、崔景辉2、杨洋3，对高水平女子武术套路运动员旋风脚720°难度动作的技术分析与诊断【J】.北京体育大学学报，2008,31(8)：1139-1146

4 林北生,竞技武术套路跳跃难度动作旋风脚720度训练方法研究[J].成都体育学院学报，2008,34(12)：76-77

5 韩涛，竞技武术套路运动员旋风脚720度接马步动作的生物力学分析【J】.北京体育大学(毕业)学位论文，2007.5.30

6 张红，武术套路中C级跳跃难度动作旋风脚720°的三维运动学分析【J】.河北师范大学硕士学位论文2006.6

7 李玉刚,严发本,肖红征,梅汉超，我国优秀武术运动员旋风脚720°三维图像特征分析【J】.武汉体育学院学报，2006,40(2)：39-42

8 朱东,郭志禹，武术套路跳跃中旋风脚及连接难度动作分析【J】.上海体育学院学报，2008,32(1)：84

9 高丽，武术套路优秀运动员旋风脚转体720°接马步动作的运动生物力学分析【J】.体育学刊，2008 ,15 (8 )：106-111

10 王瑞元，运动生理学[M] . 北京：人民体育出版社,2002

11 全国体育学院教材委员会编，运动生物力学【M】.人民体育出版社，2000

Analyses the Factors That Influence Tornado kick Turn 720 °

Yang Jiapeng，etal.
(1.Department of P.E., Tongren University, Tongren ,Guizhou,554300 )

Tornado kick turn 720 °,is the one of difficult WUSHU jump movements of C grade and WUSHU difficult movement of the C grade is the key to win WUSHU contest. To enhance the ability of finishing WUSHU jump difficult movement is very important to WUSHU trainer and athlete. Based on the literature and the biomechanics, the paper analyses the causes that influence the turning and stability of Tornado kick turn 720 °from four aspects including movement of inertia, posture in air, height of jumping, eccentric moment.

Tornado kick turn 720 °；movement of inertia；posture in air； height of jumping； eccentric moment

贵州省教育厅立项课题，课题编号：11ZC153。

阳家鹏（1979 - ），男，湖北荆州人，硕士，讲师，研究方向：民族传统体育学。