人体半蹲跳力量、速度以及功率测定新方法——基于两种测试的对比

郭海峰（河南科技大学　体育学院，河南　洛阳　471023）



人体半蹲跳力量、速度以及功率测定新方法
——基于两种测试的对比

郭海峰
（河南科技大学体育学院，河南洛阳471023）

摘要：运用测试、数理统计等方法，对30名体育教育专业学生进行半蹲跳（SJ）实验，比较测力台和公式法两种方式测评运动员蹲跳中的力量、速度以及功率。结果表明，本研究提出的在垂直半蹲跳（SJ）中的公式计算法与实验室测量具有相似的准确度，是一种可靠、准确、易行的测量方法，可根据体重、腾空高度及蹬地上升高度3个参数较为准确地测量半蹲跳中的肌肉力量、速度以及功率。

关键词：半蹲跳（SJ）；力量；功率；速度

伴随着我国体育学科研究范式的逐渐转型，问题间研究逐渐成为体育学科发展的一种历时态行为取向［1］，这在运动训练领域表现的尤为如此，而力量、速度及功率是运动训练中的三个核心问题。通常而言，在体育运动中身体或者身体的某个部位从静止的位置迅速移动的这种能力是非常重要的，而这种能力我们通常称之为爆发力或者是启动力量。在以往的研究中学者Hill［1］在肌肉力学模型中阐释了这种爆发力与肌肉收缩的各部分机械特性有密切的关系，特别是与最大功率关系更为密切。因此，无论是选材还是训练都需要面对测量运动员功率的问题。而在评估运动员的运动表现中测量其下肢伸肌的最大功率是一种常见的指标，以往的研究对功率的评估涉及到不同的腿部动作，可包括冲刺跑［2，3］、冲刺蹬踏［4，5］以及垂直跳［6-8］等等。但是在研究中无论是什么样的腿部动作，都涉及到的公式为功率等于力量与速度相乘，但是测量力与速度需要有针对性强、昂贵的测量器械，例如：测力板、传感器等等。但是这往往在很多训练以及评估运动员运动表现的现实中是不切实际的。因此，设计一种能够运用简单的参数便能较为准确地得出功率的计算方法显然有着更为实际的意义。

本研究针对垂直半蹲跳（SJ）进行测量，因为垂直半蹲跳除了被广泛应用于运动训练外，经常还成为检测爆发力的一种有效措施［9，10］。学者Davies等的研究中说明了蹲跳不仅仅是测量下肢爆发力能力的一种有力指标，而且与最大功率成正相关关系［11］。此外，已有许多研究通过蹲跳的高度以及质量提出了不同估计最大功率的公式，但是它们仅仅是根据基本力学规律，而忽视了体育运动中的生物模型［12，13］。如Gray的研究中假定了质点的垂直加速度在蹬地阶段是一个常数，而这种假定从理论上来说有一定的缺陷［14］；还有一部分研究提出的公式既根据了理论也考虑是生物学参数，但是其结果显示了最大功率高度依赖于垂直跳跃的高度和体重［15］，而这种预测公式的缺陷我们可以这样解释，即如果运动员具有相同的体重，同时又跳到相同的高度，这样在不考虑蹬地时间的情况下，就可以得出具有相同的输出最大功率的能力，然而，其结果未必是这样的，因为蹬地时间短者的最大输出功率能力必定会大于蹬地时间长者。虽然这些研究各有缺陷，但是它们也共同说明了以下两点：1）质量和跳跃的高度与功率有强烈的关系；2）在体育运动中，对蹲跳中运用简单的参数来估计最大功率一直以来是研究者们感兴趣的一个方面。因此，笔者也有感于此，以期推动计算公式更加具有针对性、合理性以及准确性。

1　研究对象与方法

1.1研究对象

来自河南科技大学体育学院体育教育专业的15名男大学生（无举重和跳跃项目），根据要求参与了本次的实验研究。平均年龄、身高以及重量分别为：21.1 ±3.6（岁），173.6±7.2（厘米）、和76.9±11.4（千克），并且按照要求在测试前的2～3天进行了垂直蹲跳训练，使其符合实验要求。

1.2研究方法

1.2.1测试法

1.2.1.1实验仪器

用奇石乐公司生产的测力台9281B型连接到该公司生产的一个放大系统（9861A型）来进行本实验的测量，所得数据通过滤波器（频率为30HZ）进行转换为标准的实验室数据。其测力板可以计算蹬地中的平均作用力、相应的平均速度以及平均功率。同时，还需要皮尺完成初始高度（hs）及蹬伸高度（hp0）的测量。

1.2.1.2测试过程

实验的基本要求为初始位置时，膝关节弯曲90°，测量右腿大转子到地面的距离称之为h；5分钟的热身后，每个参与者的双臂交叉于躯干之前（避免由于摆臂的动作提高下肢的功率，这样导致结果可能比以往研究的下肢参数偏低［16］，但是更能反应下肢的力量、速度以及功率），然后尽最大能力的垂直蹲跳；受试者站在测力板上要求腿部弯曲要达到初始高度h；在初始位置保持2 s后，他们开始尽最快的速度跳到最大高度，并且在着陆时与起跳时具有相同是姿势；如果蹲跳中没有满足以上要求，则要进行重新蹲跳，而两次蹲跳中间隔3分钟。本研究根据实际蹲跳动作以及三个关键位置，绘制了图1。

图1　垂直蹲跳动作（SJ）示意图

1.2.1.3相关变量

表1　本研究计算中所设计到的变量一览表

1.2.2力板方法

理论上来讲，垂直加速度通过对时间的积分可以得到瞬时的垂直速度，在蹬地过程中质点的加速度公式可以表示为：

由于其初始速度为零，因此积分常数下线设为零。其瞬时垂直功率由瞬时垂直速度和力量的乘积来计算。力板测量的地面反作用力的平均力量、平均速度以及平均功率可以作为相应的质点的平均垂直力量、垂直速度以及垂直功率。

1.2.3公式方法

表2　理论分析以及根据的计算公式计算过程一览表

1.3数理统计法

力板测量的数据和计算所得的数据均输入spss13.0进行统计学处理。

表3　速度、力量以及功率的计算公式结果一览表

在两种方法中，本研究分别对蹬地上升阶段的平均力、平均速度以及平均功率的平均数±标准差珋± s）、相关性、线性回归以及Bland-Altman图进行了分析与比较。运用柯尔莫诺夫-斯米尔诺夫参数检验其符合正态分布，进而对两种方法进行了t检验。本研究为了量化两种方法之间的差异，采用了绝对偏差，其公式为：绝对偏差＝（计算方法-力板方法）／力板方法*100。同时用变异系数来评估两种方法的数据的离散程度及可靠性。在所有的数据中，其P＜0.05则可认为具有显著性差异。

2　结果

表4　两种方法蹬地阶段的珋和的均值、绝对偏差、相关性和回归分析一览表

表4　两种方法蹬地阶段的珋和的均值、绝对偏差、相关性和回归分析一览表

注：计算方法与力板方法相比，*P＜0.05，**P＜0.01，***P＜0.001，下同。

变量（单位）　　力板方法　　计算方法　　绝对偏差%　　相关系数r　　线性回归斜率　　线性回归的y 截距珔F（N）　1283±137　1279±130　1.71±1.19　0.96***0.96　10.48 珋v（ms-1）　1.05±0.14　1.09±0.17　2.81±2.07　0.94***　0.97　0.03（珔p）（Js-1　1408±223　1406±227　2.27±1.93　0.96***0.91　0.25

但是相关分析并不能代替一致性的检验，因此，用Bland—Altman分析来测量两种方法一致性。用Spss13.0绘制了两种方法的平均力量、速度以及功率的Bland-Altman差值法分析图（见图2～4）.

图2　两种方法的平均力量使用Bland-Altman差值法分析图

图3　两种方法的平均速度使用Bland-Altman差值法分析图

图4　两种方法的平均功率使用Bland-Altman差值法分析图

Bland-Altman图能够提供两种方法的一致性界限并能直观的加以反映，从而验证所研究的两种方法是否具有一致性。图（2～4）中横坐标代表了两种测量方法的平均值，纵轴代表了两种方法之间的差值。中间实线代表了差值的均数，上下两条水平虚线代表了95%的一致性区间，从2～4图中可以看出，所有的数值均在95%的一致性区间内，也没有出现极端值的情况，因此，可以判断这两种方法之间具有很好的一致性，可以相互替换使用。另外，由于相关性分析是回答两种方法之间所测量的结果的密切程度如何的问题，而配对t检验回答的是这两种方法的结果差值是否等于零的问题，这是不同的两个问题，因此，我们进行了t检验（P＞0.05），从而说明了两种方法之间没有显著性差异。

表5　两种方法的、和之间差异的变异系数（CV）一览表

表5中我们进一步分析了两种方法的各变量的变异系数，从表中可以看出，公式方法的变异系数大于力板方法的变异系数，而和的公式方法均小于力板方法，这可能一定程度地说明其公式方法的离散程度小于力板方法，但是这两种方法没有发现具有统计学意义上的显著性（P＞0.05）。

3　讨论

本研究从基本的力学规律，首先提出了力量、速度以及功率的基本公式，进一步证实了功率、体重、蹬地高度以及腾空高度之间密切的关系（公式9）。这也印证了单独测量跳跃高度是不能有效地计算功率的。例如，如果两个不同体重的运动员能够跳到相同的高度，但是体重大的一个相应地应该产生了更大的功率，而体重小的一个相应地产生的功率则小。如果不考虑生物因素，只考虑腾空高度，那么在测试或训练中必将导致某种程度的偏见，而本研究在一定程度上减少了这种偏见的产生。由于平均值在肌肉力量分析中更具有普遍的代表性，因此，本研究采用了均值代替瞬时值作为垂直蹲跳中的参数，表4中的力板方法和公式方法的力量、速度以及功率的均值均不存在显著性差异（P ＞0.05），从而说明了两种方法具有研究一致性的条件；表4中也展示了珔F、珋v和珔p的绝对偏差分别为（1.71 ±1.19）、（2.81±2.07）和（2.27±1.93），同样没有显著性差异，且数据偏低，在一定程度上说明了公式方法的有效性；从两种方法的相关系数来看，无论是平均力量、速度还是功率，两种方法均具有高度相关性；从线性回归分析来看斜率以及y截距也没有显著性差异；最后也对其两种方法进行了t检验，其结果P＞0.05，从而说明了两种方法没有显著性差异，表明公式方法能够在一定程度上测量出力板方法的精确度。

但是由于无论是相关系数还是t检验都不能代替Bland-Altman分析，因此在本研究中分别对蹬地过程中的平均力量、速度以及功率的平均偏差进行了Bland-Altman分析，并用spss13.0绘制了Bland-Altman图（图2～4），图中数据均符合95%的一致性区间以及其绝对偏差值低于3%，从而证实了其在半蹲跳中和的精确度，以及与力板测量方法的一致性。需要指出的是，由于体重是最大化输出功率的最佳负荷［18］，因此，该方法能够预测在半蹲跳中最大输出功率。另外，此方法的有效性以及准确性也可以通过改变测量的腾空高度以及蹬地提高的高度来提高，例如，腾空的高度可以用空中时间估计出来；蹬地提高的高度可以通过腿部长度的改变来估计，这是几种比较简单的估计方法。当然，每种方法都有各自的优势和缺点，在研究中需要综合运用。

4　结论

4.1本研究设计公式可以准确、可靠地简单估计下肢伸肌肌肉力量、速度以及功率的方法，这种方法通过分析比较，与实验室的仪器测量具有相似的准确度，可以方便用于在没有测量条件的情况下半蹲跳（SJ）中力量、速度以及功率。

4.2研究中提出的公式仅仅涉及到三个较为容易测量的参数：体重、蹬地提升高度以及腾空高度，同时，需要指出的是，该公式的使用仅限于半蹲跳（SJ）动作的测试。

4.3通过多个评价指标评价了计算公式的准确性、有效性以及适用性，各个指标均说明了此方法可以代替力板方法来测量其力量、速度以及功率。

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A determination of strength，speed and power in human body squat jump
—Based on the comparison of two tests

Guo Hai-feng
（School of P.E.，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471023 Henan，China）

Abstract：By using test and mathematical statistics method，30 students of physical education major were analyzed with squat jump（SJ）experiment，the comparison of force platform and formula two ways of evaluating the athletes＇squat jump in strength，speed and power.The results show that the equation proposed in the vertical squat jump（SJ）with similar accuracy calculation method and laboratory measurement formula，thus，it is reliable，accurate and easy，according to the measurement of body weight，height of jump and squat ground rising height can calculate strength，speed and power.

Key words：squat jump；strength；power；velocity

中图分类号：G804.62

文献标识码：A

文章编号：1009-9840（2016）02-0069-05

收稿日期：2015-11-20

基金项目：河南省哲学社会科学规划项目：竞技体育体能训练核心问题研究（编号：2015BTY015）；河南省科技发展计划：河南省奥运项目成绩特征及突破发展研究（编号：152400410452）。

作者简介：郭海峰（1977- ），男，河南信阳人，副教授，硕士，研究方向竞技体育理论与实践。