短跑“高重心”起跑技术的力学分析

汪广茂

（韶关学院 体育学院，广东 韶关 512005）

多年来，为了能够迅速提高短跑运动员的运动水平，全国各级科研所在总结前人经验的基础上，做了很多努力，为提高我国短距离跑做出了应有的贡献.起跑技术是获得短跑比赛胜利的第一步.起跑的好与坏能够为加速疾跑段创造有利条件，保证在极短时间内使身体获得加速运动，并急速获得最高速度.它的前提条件是，必须有力作用于运动员本身，来促使它完成这一系列的连贯动作.这个力就是起跑时腿的后蹬力与附加力的反作用力［1］.

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

通过对韶关学院体育学院等12位短跑运动员的研究，重点选中选邹远乐（15.5 s）、谭明建（10.8 s）作为重点对象进行了列表分析.

1.2 研究方法

（1）采用高速摄像机从人体侧面水平方向拍摄照片，拍摄时在人体各主要关节以及腿部取出比例数据标尺，通过图片解读分析仪分析，叠合成重心法，测定每位运动员身体重心、关节角度、丈量出实际数据与世界优秀运动员进行对照比较.

（2）依据力学原理，进行模拟动作，用测力台测出各相关部委的受力部分，对稳定角及重心的影响，进行运算推导，求出百米跑“高重心”起跑器的安装方法.

（3）对12名运动员进行起跑30米的实验，分别加摆臂、摆腿，伸驱干的不同姿势跑，用模拟试验，依次求得身体各部位的数据，来论证起跑后蹬力与附加力的关系.

2 研究结果

依据照片、图片以及数据的分析，结合研究对象的基本情况，发现合理的起跑姿势与身体重心的高低，力的分布与起跑器的安装及附加力有着重要关系.

表1 研究对象基本情况

2.1 静力学分析

（1）测定人体重心.依据矩合成原理，通过坐标从原点至手的支撑点为50 cm左右，在人体中线上找出重心（预备姿势），邹远乐和谭明建两人重心的垂直高度分别为58.32 cm和56.68 cm，与李辉、李晨、史密斯等3人的重心高度接近（用相同照片），通过解析仪分析认定，误差为1.2~2.6 cm（见表2）.

表2 与标准重心及臂肩差距的比较

（2）确定动作时的关节角度.通过对照片的测量取得关节角度的数据，下肢三大关节（髋、膝、踝）都处于最佳的发力角，前膝夹角95°~98°，后膝夹角119°~128°，他们的伸肌处于适宜的拉长和放松状态，在蹬伸腿时可使前膝（主力腿）进入135°左右的良好角度之内，属于标准摆动范围.这样做能尽可能使重心位置前移，身体前倾较大，手、足的支撑力也不一样.在起跑一刹那，尽快地破坏静平衡状态，进入动态过程，而下肢三大关节伸屈，为肌肉作爆发式工作创造了最有利条件，是“高重心”起跑的最大优点（见表3）.

表3 与标准关节角度比较

对12名学生运动员进行30米起跑测试，采用两种不同姿势各练习6次，取平均数，进行T检验.验证“高重心”起跑姿势是否优越.

计算 T 值：Z1＝ΣZ1／n1，Z2＝ΣZ2／n2；S1＝；S＝（S1＋S2）／2；t＝

表4 两种起跑姿势成绩比较

从表4可知，起跑距离为30米时“高重心”起跑姿势比一般姿时平均快0.1 s，其中两人成绩相等.三人差0.01 s，进一步说明高重心起跑姿势对提高运动成绩起着明显的作用.

（3）起跑器的确定.通过对照片和实际测量分析，两手臂与地面约成80°~85°，背部自然屈臀部高于肩部平均为17.5 cm，身体重心前移，两手负担约为体重的64%~65%，都在标准范围.这样向前的较大冲击量，前稳定角度小，容易破坏平衡.这种姿势难度较大，要求手背有较强的支撑力量，而且在一定极限内使身体前倾，既不会造成肌肉紧张，又能保证腿部肌肉进行爆发式收缩（见表5）.

表5 全身重力分布情况

通过确定重心关节角度后，用正弦定理：a／sinA＝b／sinB＝c／sinC 和余弦定理：a2=b2＋c2－2bccos A 求出前、后起跑起与起跑线的距离，并适合运动员身材高矮推导出起跑器安装的方法.起跑线至前起跑器的距离是：BH≈L1·1／3（±3）；起跑线至后起跑器的距离是：B′H≈L1·1／2（±3）.

2.2 动力学分析

对12名试验对象依次进行30米竞速得模拟试验（动量距原理）求出平均数据看“附加力”与后蹬力的关系（见表6）.

表6 附加力对后蹬力影响的平均值

由表6可知“附加力”对后蹬力的影响是很大的，后蹬力的反作用力是推动人体向前的动力，人体由于受后蹬力的反作用力而产生的动量变化，决定于后蹬力的大小和方向，同时还决定人体受后蹬力作用的时间.研究表明，前腿所具有的蹬力仅占全身力量的50%~60%左右.而“附加力”（摆臂、摆腿、申躯等）所增加的后蹬力也是重要因素之一.

（1）摆臂的作用.摆臂不仅能维持平衡，还能增加后蹬力和步幅，摆臂的速度与摆腿是一致的.试验证明，人站在磅秤上迅速向上摆臂，磅秤的指针上升.从起跑静止状态到动态过程中摆的速度越大，动量矩也就越大.因此，产生的“附加力”即增大了后蹬力.试验结果，原地单足跳远加摆臂后，可增加14 cm，提高了8%.

（2）摆腿的作用.摆腿动作直接影响后蹬力量，后蹬角度，重心的平衡以及髋、腰的伸展，在摆腿过程中有两个力（力矩）作用到人体上，一个力沿身体纵轴转动，促使身体的一侧向前转动，另一个力沿人体的横轴转动，使人体后仰，促使后蹬推的蹬力加大，而前摆的动量则更直接地促使后蹬力量加大.在单足原地跳远实验中，固定摆动推和放松摆动腿两者比较，前者平均少12 cm，约占7%［2］.

（3）躯干伸展的作用.躯干采取弓的形式，有利于加大起跑的“附加力”，加大了加速运动的幅度，从二队跑进有利.同时，由此而带来的重心前移更是结果期望的，其作用是减小前稳定角，有利于快速起跑.实验证明，申躯后可增加11 cm，提高了6%.因此，“附加力”的产生增加了后腿支撑的反作用力，从而加大了推动人体前进的动力.

2.3 两种起跑姿势的动力学特点

（1）两足离起跑线距离的长短.采用测离台对50名学生进行实验，每人练习3次，求出平均数，看不同姿时期跑时两腿所产生蹬力的大小进行比较（见表7）.

表7 两种不同姿时期跑时

由表7可知，两足与起跑线距离的长短和两腿蹬力起跑器的力量是相关的.在标准范围内，两腿蹬力是随距离加长而增大的.因为距离加长时，两腿膝关节开放角度较大，能使蹬起跑器时发挥出较大的蹬力，同时两足离起跑线距离大时，可使人体重心更多的前移，器跑时后蹬角度小，能产生较大的水平分力.

（2）两腿膝关节开放角的大小.一般姿势，膝关节开放角度小，前腿膝关节开放角度约90°，后腿膝关节开放角度约120°.后蹬力较小，同时伸直膝关节时所需要的时间较长，而产生蹬力起跑器时间也较长，较费力，使步频减慢，但两臂较省力.

而“高重心”姿势两腿膝关节开放角度大，前腿膝关节开放角度约90°~100°，后膝关节开放角度约130°~140°，伸膝动作幅度小，蹬地时间短，便于提高频率，但是要有强有力的臂腿力量作前提.

（3）臀部位置的高低.一般姿势起跑时重心较低，蹬离起跑器时重心上升幅度较大，过多的损失了推动人体向前的力量.发挥水平速度较慢，不利于提高速度.

“高重心”姿势起跑时重心上升幅度较小，可使运动员在起跑时蹬力挤中在推动人体向前运动上，发挥水平速度较快，同时减少两腿不必要的负担，起跑时省力，对提高动作频率有利［3］.

从两种起跑姿势的力学特点看，“高重心”姿势优越于普通姿势，能够从技术上保证在极短时间内快速运动，使身体由静止状态过渡到动态，并形成正常、合理的疾跑要求［4］.

3 结论与建议

3.1 结论

短跑的起跑技术是在大脑高度统一支配下，使身体各环节按指令所进行的活动.其产生的内力，按一定的时间、方向、速度、幅度等要求，集中作用于后蹬腿上.后蹬腿的角度、速度、幅度所处的时空位置越趋于合理，人体才越能获得地面给人的反作用力.通过实地测量计算和照片图片分析，证实“高重心”起跑姿势是短跑特别是100米的一种符合力学结构特点的最佳姿势.

3.2 建议

（1）在实际操作过程中，“高重心”起跑的难度大于普通起跑姿势，要求先不作起跑的蹬离起跑器动作，而反复练习静姿，并调试前后起跑器的距离直至达到最佳姿势状态.

（2）在练习过程中，先由学生自己体会，待掌握好最好的姿势后蹬离起跑器跑出.反复试验至熟练后，再统一听信号作完整起跑30米距离的起跑.直至蹬出的第一步自然衔接整个加速过程而不失误到熟练为止.

［1］张卫红.振动训练对肌肉力量和爆发力短期效应的研究［J］.吉林体育学院学报，2010，26（4）：65-66.

［2］汪广茂.几种不同姿势的跳远教学流程特点及分析［J］.田径，2010（10）：46-49.

［3］汪广茂，历祥英.程序控制模式在挺身式跳远教学中的运用［J］.韶关学院学报：自然科学版，2012，33（2）：61-64.

［4］宋德海，巢晓春.力量训练方式发展研究［J］.贵州体育科技，2011（3）：50-54.