以支撑脚为参考系的轮滑双蹬技术外刃蹬地动作力学分析

刘 锋 关汝华

(1.吉林大学 体育学院，吉林 长春130012;2.长春大学 旅游学院，吉林 长春130061)

轮滑运动的双蹬技术自出现以来在轮滑运动教练员、运动员中备受推崇，在专业体育期刊和书籍中也有大量运用运动力学分析、评论的文章，一致认为双蹬技术“将传统技术中减速的自由滑进阶段改变为一次利用轮外沿的蹬地，一个单步中增加了一次积极的加速阶段。”［1-4］但我们从“人体内力不能直接引起人体整体运动，人体与外界物体接触并相互作用时，内力可以引起外力。只有外力才能引起整个人体运动状态的变化”的基本原理出发［5］，根据轮滑运动蹬地方向与支撑腿滑行方向相垂直的特点［1］，以支撑脚为参考系，运用最基本的力学知识分析运动员在外刃蹬地时支撑腿与地面相互作用力的关系，以及支撑反作用力的水平分力方向上身体重心移动的步长、速度、做功和动能变化情况，认为轮滑双蹬技术的外刃蹬地动作在“一个单步中增加了一次积极的加速阶段”的力学方面理论学说还值得商榷。

1 轮滑运动正确的蹬地方向与支撑腿滑行方向相垂直

轮滑运动最基本的技术是运动员的支撑腿向侧蹬地，正确的动作是蹬地方向与支撑腿滑行方向相垂直，这是由轮滑鞋的几何形状特点不便向后蹬地和向前滑行速度大于支撑腿蹬伸速度决定的［1］。运动力学原理是由支撑腿蹬地的支撑反作用力使身体重心产生向侧移动的加速度后在某一时刻把身体重心推到新的支撑腿上，使身体重心具有了向侧移动的速度，身体重心向侧移动的速度与身体重心在惯性滑进方向的速度合成一个新的速度(所谓“惯性滑进”是指在轮滑运动中运动员的身体重心由于运动而具有动能，当身体重心在运动的方向上不再受到支撑反作用力的时候，利用已有的动能克服运动方向上受到的阻力继续滑进。支撑腿滑进的方向代表着身体重心具有的动能克服阻力运动的方向)，身体重心沿着新的速度方向前进(见图1、图2)。传统的直道滑行是这样，弯道交叉步滑行是这样，双蹬技术也不能违背这个基本原理。根据运动的合成与分解的平行四边形定则:

图1 轮滑直道前滑运动力学基本原理图

图2 右脚内刃蹬地动作结束一瞬间受力示意图

2 以支撑脚为参考系

在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的物体叫做参考系。在研究双蹬技术的外刃蹬地动作的支撑反作用力是否使运动员的身体重心运动的速度增大时要设一个参考系。选择不同的参考系来观察同一个运动，观察的结果会有不同。力是物体之间的相互作用，只要有力发生，就一定有施力物体和受力物体。在轮滑运动中施力物体是运动员、受力物体是地面。力相互作用的位置即支撑面是运动员的支撑脚(轮滑鞋的轮子)和瞬时支撑脚接触的地面。双蹬技术的外刃蹬地动作的支撑面只由一个支撑点构成，即外刃蹬地动作的支撑脚和地面之间的相互接触点，平衡的类型是下支撑不稳定平衡［5］。所以外刃蹬地动作的支撑脚同时起着两个作用，一个作用是承载着身体重心，另一个作用是人体肌肉工作时骨杠杆的最终支点。运动员外刃蹬地时下肢肌肉远端固定快速收缩使下肢各关节伸展，给地面施以力量，其中对地面的正压力使得支撑脚与地面之间因静摩擦力在蹬地力方向相对静止不动，使得运动员外刃蹬地时支撑腿有了一个牢固的支撑点，地面反过来以弹力、摩擦力的合力给予运动员支撑反作用力，施力的效果是随着下肢各关节伸展推动身体重心远离支撑点。因此，研究外刃蹬地时身体重心在支撑反作用力方向的速度是否增大，应该以支撑点为参考系。但是支撑脚承载着身体重心，在整个外刃蹬地动作时间段，虽然在支撑腿惯性滑进方向上身体重心没有受到支撑反作用力，身体重心相对于支撑点在支撑脚的脚尖方向上速度为零，由于惯性滑进在支撑脚的脚尖方向上身体重心相对于地面上的某一点仍然是向前运动的，支撑脚接触地面的点不停地在改变，所以，不宜以支撑点做参考系。外刃蹬地动作是一点下支撑平衡、肌肉远端固定，在蹬地力方向支撑脚与地面之间的静摩擦力足够大的情况下，施力的效果绝不是推动支撑脚远离原来接触的地面上的某一点，更不是推动支撑脚承载着身体重心在脚尖方向远离原来接触的地面上的某一点，以地面上的某一点做参考系更不合理。而作为构成支撑点的两者之一的支撑脚在整个外刃蹬地动作时间段却始终在身体重心受到的支撑反作用力的反方向上与地面之间因静摩擦力相对静止不动，所以，支撑脚可以代表支撑点，以支撑脚为参考系比较合理。在支撑脚的脚尖方向上身体重心相对于地面上的某一点有惯性滑进速度，设支撑腿惯性滑进方向为y轴。外刃蹬地时支撑反作用力的水平分力的方向与支撑腿的惯性滑行方向相垂直，以支撑反作用力的水平分力的方向为x轴。

3 外刃蹬地动作的步长为零

图3 右脚外刃支撑受力分析示意图

左右脚着地点之间在运动方向上的距离为步长［5］。以运动员右脚外刃蹬地为例，外刃蹬地动作的支撑反作用力方向与支撑腿的惯性滑行方向相垂直，身体重心受到了向侧的支撑反作用力，并在这个侧向力的作用下产生了加速度。如果在力作用一段时间后，身体重心向侧运动的速度不为零，那么身体重心必然是在这个侧向力作用的方向上做直线运动并远离支撑脚。但是当外刃蹬地动作结束后，并没有交换支撑腿、把身体重心推到新的支撑腿上形成一步、沿着合速度方向前进，而是进入外刃支撑转变平刃支撑过程，身体重心又回到了原支撑脚正上方、由原支撑腿继续支撑身体重心进入直线滑进阶段。所以，从支撑腿开始向外侧倾斜到由向外侧倾斜转变为垂直这段时间里，以支撑脚为参考系，步长为零，身体重心在支撑反作用力的水平分力方向上的位移为零，在支撑反作用力的水平分力作用的方向上身体重心的速度为零(见图3)。

4 外刃蹬地动作所做的功

一个力对某一物体做了功，这个物体必然在力作用的方向上有位移，位移是用来表示质点的位置变动，设质点由初位置A运动到末位置B，从A指向B的有向线段AB，就可以用来表示质点在这次运动中发生的位移。以运动员右脚外刃蹬地为例，双蹬技术外刃蹬地时运动员的身体重心在右脚上，因为没有把身体重心从右脚沿着支撑反作用力的水平分力的方向推到左脚上，也就是没有交换支撑脚，从运动员的支撑腿开始向外侧倾斜到由向外侧倾斜转变为垂直这段时间里，以支撑脚为参考系，身体重心在支撑反作用力的水平分力的方向上相对支撑脚步长为零，位移为零，外刃蹬地动作在支撑反作用力的水平分力的方向上做的功也就为零。

5 外刃蹬地时动能的变化

要增加动能，质心运动的速度就要提高，Ek=1/2mv2。双蹬技术外刃蹬地时的支撑反作用力是向侧的、与支撑腿惯性滑进方向相垂直，双蹬技术外刃蹬地动作因为没有交换支撑脚，以支撑脚为参考系，身体重心在支撑反作用力的水平分力的方向上相对支撑脚位移为零，步长为零，速度为零。在惯性滑进方向上，假设各种阻力为零，因为身体重心没有受到支撑反作用力，相对支撑脚速度为零，相对地面上的某一点速度大小也没有变化，动能没有改变。身体重心在支撑反作用力的水平分力的方向上速度为零，在惯性滑进方向上速度大小也没有变化，双蹬技术外刃蹬地时身体重心运动的合速度没有增大，没有增加动能。

6 结论

在假设各种阻力为零的条件下，以支撑脚为参考系，运动员外刃蹬地时身体重心在支撑反作用力的水平分力方向上位移为零，在支撑反作用力的水平分力作用的方向上身体重心的速度为零，支撑反作用力的水平分力所做的功为零，身体重心在支撑腿滑进方向上的速度大小没有变化，动能没有增加。以地面上的某一点做参考系，运动员外刃蹬地时身体重心在支撑腿滑进方向上的速度是利用已有的动能克服身体重心在运动方向上受到的阻力继续滑进。

［1］于立强，孙维民，王焕.轮滑教育［M］.长春:吉林科学技术出版社，2008:46，32.

［2］孙显墀，孙一.对速度轮滑直道双蹬技术的探讨［J］.冰雪运动，2006(6):29-31.

［3］常莉彬.对速度轮滑双蹬技术结构的分析［J］.吉林体育学院学报，2006，22(1):58-59.

［4］刘静春，费瑛.对速度轮滑双蹬技术的认识［J］.吉林体育学院学报2008，24(6):45-46.

［5］体育学院通用教材运动生物力学编写组.运动生物力学［M］.北京:人民体育出版社，2007:53，97，285.