我国优秀男子跳远运动员起跳过程下肢摆动技术的三维运动学分析

李雪梅，杨合适

(1.电子科技大学，四川 成都 610054;2.中原工学院，河南 郑州 450007)

在世界跳远运动迅速发展的同时中国的跳远项目也取得了令人瞩目的进步与发展，经过几代教练员、运动员及科研人员的艰苦实践和不懈努力，不断的总结和探索，训练水平得到了明显的提高，运动成绩也有了新的突破，我国跳远运动员多次打破亚洲纪录，多名运动员在世界大赛中进入前8名。我国男子跳远最好水平是8.40m(劳剑峰)。然而，我们也清醒地看到，我国男子跳远距世界水平仍有很大差距，仍然面临着如何“逐步走向世界，快速缩短差距”的问题。

长时间以来，许多专家学者对跳远起跳技术做出了程度不一的研究。多数是孤立、片面的只对某一环节的技术，且多数停留在二维研究水平，真正采用三维技术对起跳技术进行研究的寥寥无几。因此，本文采用美国Ariel Dynamics三维运动录像解析系统、瑞士DartFish DartTrainer现场录像分析系统对近三年来参加全国田径锦标赛8名男子跳远运动员的摆动技术进行录像解析。主要从摆动这一技术环节对整个起跳过程的影响及之间相互关系出发，针对不同运动员个人技术特点，研究我国优秀男子跳远运动员起跳过程中的摆动技术，旨在揭示起跳过程摆动技术的特征与规律，及摆动技术环节对起跳技术的影响与作用，找出与世界优秀男子跳远运动员之间的差距与不足，为今后的教学和训练提供定量化的参照指标与依据，进一步推动我国跳远运动的向前发展，同时也弥补这方面研究的不足。

1 研究对象

样本选取近三年来参加全国田径锦标赛8名男子跳远运动员，运动水平均为国家级健将，代表了现阶段我国男子跳远最高水平。运动员基本情况见表1。

表1 8名男子跳远运动员基本信息

2 研究方法

2.1 录像拍摄法

采用索尼190P型摄像机对近三年来参加全国田径锦标赛8名男子跳远运动员进行现场定点拍摄，记录跳远起跳前一步至腾空过程。两摄像机主光轴约成90度，与摄像机主光轴垂直放置25个标志点的PEAR框架，为3D－DLT运动学分析系统定标。(见图2)。

图1 现场拍摄机位图

2.2 三维运动录像解析法

采用美国Ariel运动生物力学三维运动录像快速反馈分析系统，选用苏联扎齐奥尔斯基人体模型，进行图像分析和数据计算，用三维标准DLT测量，采用低通数字滤波法对原始数据进行平滑处理。获数平滑处理截断频率为8.0。手工标记最后一步助跑和腾空起跳过程中运动员全身17个标志(身体双侧的腕、肘、肩、髋、膝、踝、脚尖和头部)［1－2］。

图2 三维peak框架

3 结果与分析

3.1 跳远起跳阶段时相划分

为了研究需要将起跳过程的阶段和时相进行定义和划分，完成起跳的时间在0.1－0.3秒之间，整个起跳过程可以分作着板、缓冲和蹬伸三个阶段。

3.1.1 着板阶段

着板阶段是助跑与起跳结合的关键性技术，是由跑向跳过渡的转换动作。着板动作正确与否直接影响起跳效果，正确的着板放脚动作应该是:在最后一步助跑中，起跳腿膝关节抬得较低，起跳脚应积极，主动地着地，这既可减少着地时的冲撞力，又为着地后快速前移身体做好准备。为了加大上板速度，获得较大的冲击力，应有一个适宜的着地角。起跳脚着地时，足跟与足掌几乎同时接触地面(见图3)。上体角度为90－107°，小腿与地面夹角约为65°左右，膝关节为175－178°。

3.1.2 起跳缓冲阶段

起跳脚着地至膝关节的弯曲程度达最大时，这一动作过程为缓冲阶段。缓冲阶段作用主要在于减缓起跳的制动力，迅速改变身体重心的运动方向，分解支撑运动器官强大的冲击性惯压负荷，保证身体积极前移，为蹬伸创造有利条件。优秀跳远运动员在缓冲时膝关节弯曲角度是138－145°。如刘易斯是140°，鲍威尔是 148°［3］。

图4 缓冲过程

3.1.3 起跳蹬伸阶段

起跳蹬伸阶段是起跳腿膝关节达到最大弯曲至起跳脚蹬离地面瞬间之间的动作过程。在蹬伸时，运动员的身体重心应位于较高的位置，起跳腿髋、膝、关节充分伸直，上体和头部保持正直姿势。摆动脚大腿接近水平，小腿自然下垂，双臂前后摆动，并注意提肩、拔腰。优秀运动员这时所形成的蹬地角为75°左右，腾起角为20－24°，腾起速度9.5－9.6米/秒。刘易斯蹬地角为171°，腾起角为18.3°，腾起速度为 9.72 米/秒，鲍威尔蹬地角为 171°，腾起角为 23.1°，腾起速度为9.09 米/秒。

3.2 跳远起跳过程摆动技术分析

跳远起跳技术中一重要的要求和特点是“蹬与摆的协调配合”。摆动动作对于减少着地时的制动力，加大动作幅度，提高起跳速度，增强起跳效果等有着十分重要的作用。蹬与摆的协调配合是掌握和完成正确技术动作的基本前提和保证，它直接影响起跳技术的动作效果和运动成绩的好坏，是起跳技术中最为重要的动作环节［4－5］。从某种程度上来说，摆动动作的作用比蹬地的作用更为突出和重要，积极快速的摆动为起跳创造更有利的条件，同时摆动技术也贯穿起跳过程，动作是否合理直接影响到起跳技术与跳远远度。

3.2.1 下肢摆动技术对腾起角度影响的分析

跳远起跳过程中摆动腿的摆动速度与角度时刻都在发生着变化。摆动腿的角速度在起跳腿着地后至最大缓冲阶段不断增加，直到起跳腿接近最大缓冲时摆动腿摆动角速度达到最大值，在蹬伸阶段角速度则不断减小至零。由表2看出，在最大缓冲阶段，腾起角度与起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿髋关节角度相关系数R=0.670，与起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿膝关节角度相关系数R=0.489，与离板瞬间摆动腿膝关节角相关系数R=0.768，说明在跳远起跳过程中摆动腿的摆动角度与腾起角的角度呈显著相关，也就是说在跳远起跳过程中摆动腿摆动角速度越大起跳时的腾起角度也就越大;在离板瞬间，腾起角度与起跳腿髋关节角度之间的相关系数R=0.797，与离板瞬间摆动腿膝关节角相关系数R=0.768。说明在跳远起跳过程中离板阶段摆动腿的摆动角度大小与起跳腾起角呈显著相关，且摆动角度越大腾起角度越大;在蹬伸阶段，腾起角度与起跳腿髋关节蹬伸角速度相关系数R=－0.635，腾起角度与蹬伸时间相关系数为R=－0.579呈负相关。

表2 8名运动员腾起角与摆动腿相关性参数统计

另外，从角速度与腾起角相关性来看，腾起角与起跳腿髋关节缓冲角速度相关系数R=0.360;与起跳腿髋关节蹬伸角速度相关系数R=－0.635;与摆动腿大腿前摆角速度相关系数R=－0.575;说明腾起角度与摆动速度呈显著相关，摆动腿摆动速度值越大，加速度越大，给起跳腿施加的力就越大，相对于身体重心在垂直向上方向上的速度也就越大。8名运动员起跳瞬间的腾起角度，蔡鹏23°、丁杰22°接近世界优秀运动员起跳腾起角度。而翁永锋、王敏生腾起角度分别为18°、19°相对较小，这除了与运动员助跑绝对速度较低有关，还与起跳过程中摆动腿前摆速度慢、摆动幅度小有很大相关性。

3.2.2 摆动腿髋关节角度分析

跳远起跳过程中从最后一步助跑摆动腿离地瞬间开始，到起跳腿着板这一过程，摆动腿髋关节角逐渐增加，在起跳腿着板瞬间时刻角度达到最大值。以高宏伟为例，助跑最后一步摆动腿离地瞬间髋关节角度为163°，着板瞬间摆动腿髋关节角169°达到最大值，起跳腿最大缓冲瞬间摆动腿髋关节角138°，离板瞬间摆动腿髋关节角113°。我国跳远运动员着板瞬间摆动腿髋关节角度平均值为168.34°，与国外优秀运动员相比数值较大。说明摆动腿侧以髋带腿的向前摆动不够积极，这样就导致着板角度小，同时，身体重心在地面的投影点与支撑点的距离就大，从而导致支撑反作用力的水平分力增加，水平速度的损失也增加。这主要是以髋为中心的身体核心肌群力量对身体的控制能力不足，尤其是身体处于不稳定状态下的自我控制能力差导致［6－7］。

3.2.3 下肢摆动技术中膝关节角度分析

从起跳过程中各特征时刻摆动腿膝关节角度看出，我国运动员从助跑最后一步到起跳着板、缓冲及蹬伸这一过程，摆动腿膝关节角度在缓冲阶段有所减小(40°)，随后角度不断增加(63°)，说明我国运动员起跳过程膝关节技术基本符合助跑到起跳的自然过渡，起跳动作基本上是在快速平稳、流畅的情况下完成，并且有一定范围的身体重心下降，这样能够保证产生垂直速度这一机制的需要。从角度的变化上来看，在缓冲阶段膝关节弯曲程度与国外运动员相比有些偏大，明显表现出摆动腿向前摆时有些滞后。这也是我国多数运动员没能把握好摆动腿膝关节合理的发力角度和最有利的蹬伸时机。因为，只有摆动腿积极快速的蹬伸，才能有效地推动身体重心向前向上移动，即所谓的“屈蹬式”技术。以膝、髋关节的伸展推动髋关节迅速向前向上移动，从而达到加速上板的技术要求，使助跑与起跳动作衔接更加紧密，由助跑进入起跳动作要求快速、连贯、平稳、流畅、自然过渡，这样才符合现代跳远技术发展的趋势［8－9］。

跳远起跳过程中摆动腿膝关节的角度对摆动效果有重要的影响。摆动过程中通过膝关节的明显弯曲以减小摆动半径，减少摆动腿的转动惯量，若摆动腿大小折叠不够，摆动半径过大，会加大摆动腿的转动惯量，是影响摆动速度的主要原因之一。由我国运动员起跳时摆动腿离地瞬间膝关节角度来看，其平均值较世界优秀运动员偏大。我国跳远运动员这一动作结构特点不符合专项要求，在相当大程度上是由于相关肌群力量不够或不符合专项均衡性造成的。

3.2.4 摆动腿摆动技术与着板速度、身体重心腾起初速度、起跳垂直分速度和水平速度、离地瞬间身体重心高度等之间关系的分析

从表3可以看出，运动成绩与着板瞬间摆动腿髋关节角之间的Pearson相关系数为－0.621，即|r|=0.621，表示两个变量是微弱相关的，而两者之间的不相关的双尾检验(Sig.2－tailed)为0.006，否定了二者不相关的假设。运动成绩与摆动腿前摆角速度之间的Pearson相关系数为|r|=－533，即|r|=0.533说明两个变量是低度相关的，而两者之间的不相关的双尾检验值(Sig.2－tailed)为0.017，摆动小腿伸展角速度与运动成绩相关性为|r|=－0.688 sig.(2－tailed)=0.000，呈显著相关。

表3 起跳过程中各参数与运动成绩相关性统计结果

摆动腿在体前折叠与大小腿缓慢展开的加速向前上方摆动时，由于摆动腿的大小腿绕身体重心都是作向前上方加速运动，所以摆动腿的大小腿作向前上方加速运动的惯性反作用力为向后下方，有助于提高支撑腿肌肉产生相对更大的收缩力。摆动腿在体前作制动动作，摆动腿绕身体重心要受惯性效应的影响，其惯性运动方向向上，能相对减小人体的重力产生的负功。由表4所示，着板瞬间摆动腿髋关节角度与身体重心合速度相关系数r=0.669呈高度相关，与身体重心水平速度相关系数r=0.690呈高度相关，与水平速度利用率相关系数r=0.813呈极度相关。因为评价起跳技术合理与否最重要的指标之一就是水平速度利用率，摆动腿摆动技术好坏直接关系到着板瞬间身体重心速度、水平速度、水平速度利用率及身体重心腾起高度的大小。所以摆动腿摆动技术影响水平速度利用率，也是决定起跳成功与否的关键。

表4 着板瞬间摆动腿髋关节角度与着板时身体重心合速度、分速度及身体重心腾起高度之间相关性统计结果

实践证明，为了取得更好的成绩，合理掌握摆动技术，髋部动作是摆动技术的发力源。摆动时骨盆滞后，往往是髋关节伸肌群力量较差所致;而摆动腿摆动速度慢的缺点，与摆动腿侧髋关节屈肌群力量弱密切相关。发展髋关节为主的核心肌群肌肉力量是关键，只有稳固的躯干才能通过髋关节这一枢纽有效地把腿部的力量转换为垂直向上的速度，同时也不影响水平速度［10－11］。

3.2.5 摆动腿角速度与着板时身体重心合、分速度及身体重心腾起高度的分析

跳远起跳时，摆动腿的摆动是从摆动腿最后1步助跑离地面开始，加速前摆，经起跳腿的着板、缓冲、蹬伸，一直到离地瞬间摆动腿突停结束。运动员在起跳过程中，摆动腿的摆动角速度影响跳远起跳效果的好坏，摆动腿的摆动动作对减小着地时的制动、加大动作幅度，提高起跳速度有着十分重要的作用。由表5看出，摆动腿前摆角速度与着板时身体重心合速度相关系数r=0.528;与着板瞬间身体重心水平速度相关系数r=0.601;与水平速度利用率相关系 r=0.625;与垂直速度相关系数r=0.583;与身体重心腾起高度相关系数 r=0.664。

表5 摆动腿前摆角速度与着板时身体重心合速度、分速度及身体重心腾起高度之间相关性统计结果

运动员在适当的摆动角速度条件下，不但可以保持好身体平衡，而且还可以提高运动员起跳时的抗缓冲能力，从而达到提高起跳效果的作用。由表6看出，8名运动员摆动角速度在 a、b、c、d的平均值分别为415°、568°、721°、316°，且这 4 个时刻数值的标准差分别92、83、102、97，说明我国男子跳远运动员在各个时刻摆动腿角度的个体差异较大。摆动腿角速度最大峰值出现在起跳腿最大缓冲时，最大值为721°。整体来看从助跑最后一步摆动腿离地瞬间，到起跳腿着板瞬间，角速度呈逐渐增加趋势，起跳腿最大缓冲时达到最大值，然后快速减小，符合跳远起跳技术要求。

表6 起跳过程各时相摆动腿角速度统计结果

3.2.6 摆动腿与起跳腿两大腿夹角分析

跳远起跳过程中摆动腿与起跳腿两大腿夹角的大小，不同程度地反映出起跳技术与速度和起跳能力是否相适应。着板时两大腿夹角可用来衡量摆动腿的积极程度和摆动时机，摆动腿摆得早，摆得积极，着板时两大腿夹角自然缩小，不仅有利于起跳腿积极下压，加快上板速度，还可使身体重心在踏板瞬间处于较高的位置。摆动腿在完成最后一步蹬地时，髋关节和踝关节的蹬伸较膝关节更加充分，膝关节则不可完全伸直。这样，有利于充分向前送髋，增加摆动腿与起跳腿两腿大腿之间的夹角，形成较大的摆动距离，有利于髋关节带动大腿前摆。这样有助于提高起跳技术，以及身体重心在起跳腿着板后处于更加向前向上运动的状态。在此阶段减小了水平速度的损失，也增大了腾起角度。

研究得出，李鑫着板瞬间着板角度较小，而翁永锋与丁杰角度较大达到50°，总体上来看我国跳远运动员着板瞬间两大腿夹角约平均值为46±2°，与世界优秀运动员平均值(43°)相比偏大，说明着板瞬间起跳腿积极着板动作不够，摆动腿摆动时机与摆动速度较慢，这样不能保证起跳时更好的发挥摆动腿的摆动作用，不能为有效起跳做好准备。在离板瞬间除丁杰高宏伟蔡鹏两大腿之间夹角超过100°，其余运动员两大腿夹角均偏小，导致起跳动作幅度不够，从图像上着板起跳时的髋关节明显滞后，这在相当大程度上是由于相关肌群力量不够或不符合专项均衡性造成的。这一结果往往是由于髋关节伸肌群力量较差，不能在技术要求状态下及时合理完成动作所致。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)在跳远起跳过程中，下肢摆动技术与身体重心腾起初速度、起跳垂直分速度和水平速度、离地瞬间身体重心腾起高度等密切相关，并影响着跳远成绩。与世界优秀跳远运动员相比，我国优秀男子跳远运动员在起跳技术上尤其是下肢的摆动技术上仍有一定的差距。

(2)我国优秀男子跳远运动员着板瞬间摆动腿髋角较大，摆动腿侧以髋带腿的摆动幅度小、摆动速度慢;摆动腿侧髋关节明显滞后于腿的前摆，摆动腿侧髋关节没有起到以髋带腿的作用，导致摆动腿的前摆不能适应起跳节奏。这些技术缺陷导致了着板瞬间着板角较小、两大腿夹角偏大、躯干倾角较大，使身体重心在地面的投影点与支撑点的距离较大，从而导致支撑反作用力的水平分力增加，水平速度利用率下降而影响运动成绩。

(3)我国优秀男子跳远运动员在缓冲阶段，摆动腿只是一味强调加快摆腿而没有意识到髋关节这一发动机的重要性，忽略了以髋关节带动摆动腿的加速前摆动作。

(4)我国优秀男子跳远运动员在蹬伸阶段起跳腿侧向前送髋速度慢、幅度小、蹬地不够充分、不能将起跳时蕴积的力量凝聚在一起，与送髋、蹬地和伸膝的运动方向保持一致，协助身体重心的交换由下到向上向前转移。

4.2 建议

(1)加强核心肌群(髋关节、脊柱、骨盆及其周围的肌肉等)的力量训练，尤其是在高速或极不稳定状态下对身体自我控制能力的训练，可以保证运动员在特殊条件下充分发挥以髋关节等为主的核心肌群这一“发动机”作用，促进上下肢体的协同工作和整合用力。

(2)在训练过程中，应结合我国优秀男子跳远运动员自身的特点，合理地完善起跳技术动作，增强髋关节肌肉的力量和灵活性训练，有意识地进行髋关节动作协调用力练习，这是解决我国优秀男子跳远运动员存在问题的有效训练方法。

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