不同等级的两名攀岩运动员窜跳技术动作的生物力学分析

汪海军

不同等级的两名攀岩运动员窜跳技术动作的生物力学分析

汪海军

武汉体育学院体育科技学院，湖北 武汉430205

摘要：窜跳技术属于高难度攀岩技术，经常出现在难度、抱石、速度竞赛中具有一定的研究价值。本文运用文献资料、三维摄像解析、专家咨询、比较分析等研究方法,通过对不同等级的两名攀岩运动员的窜跳技术动作生物力学对比分析、全面、系统分析研究影响运动员窜跳技术动作的核心因素。

关键词：攀岩运动员；窜跳技术；生物力学分析

前言

攀岩运动起源于欧洲的阿尔卑斯山脉,具有一定的时代性与传承性。我国培养的优秀攀岩运动员钟齐鑫连续蝉联四届攀岩世界锦标赛速度赛冠军,但是攀岩运动进入全新发展阶段,在难度、抱石项目我国的竞技水平属于亚洲二流，与日本、韩国、欧美国家的水平差距越来越大, 每次世界大赛几乎无缘下一轮。但在本人进行文献查阅中，文献资料及其匮乏。为促进我国攀岩运动的发展，提高专业运动员的水平，有必要对攀岩技术动作进行科学化研究。所以应用运动生物力学去对攀岩技术动作的研究分析是必要的。

1研究对象和研究方法

1.1研究对象

本文选取全国攀岩锦标赛冠军1名与1名优秀男子攀岩运动员作为研究对象，其中国家级健将一名(陈睿智)，国家2级一名(方盛虎)，具体情况见表1。

表1　两名攀岩运动员基本情况

1.2研究方法

1.2.1文献资料法

在中国期刊网、万方论文数据库等电子资源数据库，同时在国际攀联联合会网站查阅运动生物力学在攀岩运动中的应用等方面的资料。

1.2.2专家访谈法

咨询中国登山协会攀岩队教练、运动生物力学、运动训练学等方面的专家，采集数据的最佳方法、三维高速摄像误差减小的途径、攀岩运动三维摄像拍摄注意事项。

1.2.3三维摄像解析法

1.2.3.1实验设计

用三维测试系统对2名攀岩运动员所完成的窜跳技术动作进行拍摄，并对其进行运动学参数的分析与测试。

1.2.3.2实验仪器与设备

采用Arieal公司APAS三维录像解析系统对动作技术进行拍摄解析。实验设备包括：两台日产松下NV-MD9000数码摄像机，频率为50帧/秒。摄影框架为爱捷009-D，并设23球13球为X轴，平滑系数设定为8。注：X轴为水平方向、Y轴为代表空间范围、Z轴为垂直方向。

1.2.3.3实验过程

攀岩窜跳技术动作的生物力学实验测试于2012年7月14日在中国地质大学(武汉)室内攀岩馆抱石场地进行。根据拍摄现场的条件，采用定点、定焦、定距的方式进行同步(外同步)拍摄，对2名男子攀岩运动员的窜跳技术动作进行同步拍摄,两机的主光轴夹角72度，镜头相对地面高度1.1米，两机间距9.20米。右机：拍摄距离8.60米；左机：拍摄距离7.65米；岩壁高度：3-4米，岩壁倾斜度135度；同步灯 ●：拍摄参考点。实验场地的布置如下图一：

图一　实验布置图

1.2.3.4影片解析与数据处理

实验结束后，分析数据包括身体重心、各关节点速度以及位移、各关节和躯干的角度和各时段的时间等数据。本研究中选取的主要指标有重心位移与速度，踝、膝、髋、肘关节角度与速度变化。

2实验结果与分析

2.1两运动员窜跳动作过程中的膝关节角度、速度

2.1.1两运动员窜跳过程中膝关节角度的特征分析

陈窜跳过程中准备阶段重心是处于最低点处，右膝最大屈曲角度为41.516度，左膝最大屈曲角度为20.848度；左膝最小屈曲角度为13.323度;当两运动员摆动到最右边时，陈的左膝最大屈曲角度为55.368度，右膝最小屈曲角度为89.499度；方的左膝最大屈曲角度为18.041度，右膝最小屈曲角度46.345为度;当两运动员处于蹬离阶段时，陈的右膝蹬伸角度为114.21度，左脚蹬伸角度为145.75度；方的右膝蹬伸角度为108.03度，左膝蹬伸角度为125.89度。通过表明陈从预备阶段重心位置都要比方低，为预摆阶段以及蹬离阶段获得更大的动能而准备；预摆阶段陈摆动幅度比方大，为了获得更大惯性冲量，从而让动作衔接更加顺畅，蹬离阶段陈膝关节角度比方较大说明蹬离重心高度较大，从而让运动员身体更加舒展贴近岩壁，为抓握住岩点所需高度做准备。膝关节角度—时间3D曲线的共性特征：在预摆阶段，右膝关节角度θ小→大→小→大；蹬离阶段，θ由小→大；抓握阶段，θ由大→小→大。

2.1.2两运动员窜跳过程中膝关节速度的特征分析

在保证窜跳动作成功为前提的情况下，两运动员膝关节速度—时间3D曲线的共性特征：在蹬离阶段，右腿膝关节速度v由小→大，左腿膝关节速度V由大→小；在抓握阶段左右膝关节速度由大→小→大，出现周期性多峰值；在预摆阶段陈的膝关节速度比较稳定的周期运动，峰值比较均匀变化；在抓握瞬间陈左右膝关节速度分别为：5.5734m/s、5.4828m/s;方左右膝关节速度分别为：4.1703m/s、5.0803m/s.说明方的左右膝关节速度不平衡，身体稳定性差，重心容易外倾容易从岩壁上脱落。

2.2两运动员窜跳动作过程中的髋关节角度、速度

窜跳动作髋关节角度—时间3D曲线图的特征分析：在准备阶段，陈的右髋关节度为67.947度，左髋节角度为56.321度，方的右髋关节角度为84.878度，左髋关节角度为166.83度；预摆阶段，陈左、右髋关节角度变化都比较稳定，方的左右髋关节角度变化从大→小→大的趋势形成V字形变化，蹬离阶段——抓握阶段：两运动员形成共性特征：左右髋关节角度都是从小→大的趋势变化，最大右髋关节角度分别为178.38度、176.72度；最大左髋关节角度分别为168.1度、167.31度；由于蹬离与抓握阶段身体充分伸展为抓握目标岩点做准备，所以髋关节角度肯定会达到最大而且两运动员无明显差异。

窜跳动作髋关节速度—时间3D曲线图的特征分析：在预摆阶段：陈的右髋关节速度变化区间为0.1942m/s——3.5752m/s,方的右髋关节速度变化区间为0.5019m/s——2.7952m/s,呈现共性特征就是：髋关节速度变化为小→大→小→大周期性的变化；呈现共性特征就是：髋关节速度变化为小→大→小→大周期性的变化；髋关节速度都出现多峰值。在蹬离阶段；抓握岩点时刻两运动员共性特征：髋关节速度都呈急速下降趋势：陈左右髋关节速度分别为：1.9597m/s、1.8837m/s；方左右髋关节速度分别为：2.1494m/s、1.7688m/s。由此可看出陈在预摆阶段髋关节的速度明显大于方，而且成周期稳定性变化；从而可看出陈在预摆阶段、蹬离岩点时刻、抓握阶段的髋关节速度要大于2级运动员。

2.3两运动员窜跳动作过程中的踝关节角度

两运动员窜跳过程中踝关节角度变化都有共同特征：在预摆与蹬离衔接时踝关节角度从小到大变化。在预摆阶段；陈的左踝关节角度变化区间为19.22度——28.89度，右踝关节角度变化区间为38.835度——155.02度。方的左踝关节角度变化区间为21.25度——47.58度，右踝关节角度变化区间为51.59度——125度。蹬离时刻，陈的左脚踝关节角度为120.94度，右脚踝关节角度为105.41度；方左脚踝关节角度为112.78度，右脚踝关节角度为99.45度；两运动员踝关节角度的蹬伸会影响到抓握阶段的效果。预摆阶段踝关节变化对蹬离阶段影响大，通过脚与岩点接触面形成角度，踝关节角度越小越有利于蹬伸以及岩点接触面大摩擦力量而增大，蹬伸更加充分。

2.4两运动员窜跳动作过程中的肘关节角度、速度

2.4.1两运动员窜跳过程中肘关节角度的特征分析

通过对窜跳动作肘关节角度—时间3D曲线图的特征分析：在准备阶段：陈左右肘关节角度分别为161.24度、145.04度，方左右肘关节角度分别为153.93度、102.62度；在预摆阶段：两运动员左右肘关节角度共性特征是：θ由大→小→大→小出现多峰值：在蹬离阶段：手离开岩壁时陈的左右手肘关节角度分别为：106.40度、55.675度；方的左右手肘关节角度分别为：143.91度、91.682度；在抓握阶段：抓住岩点时陈的左右手肘关节角度分别为：120.30度、119.01度；方的左右手肘关节角度分别为：143.04度、150.51度。如表3-2各时间角度

2.4.2两运动员窜跳过程中肘关节速度的特征分析

通过对窜跳动作肘关节速度—时间3D曲线图的特征分析，得出两运动员共性：在预摆阶段：速度v由大→小→大→小；蹬离阶段：速度v由小→大；抓点阶段：速度v由大→小；当手臂离开岩点到手脚都离开岩点时，陈左右肘速度变化为：1.0156m/s——7.9397m/s，

4.0350m/s——5.2929m/s；陈抓住岩点时左右肘速度分别为：1.0155m/s、1.2264m/s；方抓住岩点时左右肘速度分别为：0.7369m/s、0.8829m/s.可以看出两者整个窜跳动作过程中肘速度是有一定的差距，但两者最后抓点肘速度都差不多。此因素会导致动作成功率降低。

2.5身体重心的位移特征与分析

两名运动员四肢蹬离至抓住目标岩点这段时间，身体重心在Y方向的位移变化较小，位移的变化主要是体现在X方向和Z方向上，即身体重心在左右方向和垂直方向上有变化。其身体重心在上升的过程时，前后、左右方向上都必须保持较好的稳定性，否则将影响抓住岩点的时机；两运动员重心在Z方向上较大变化是从四肢蹬离瞬间开始的，两名运动员的差异性除了应考虑技术动作、训练水平、力量素质等因素外，身高也是此差异性的另一诱因，二者近6公分的身高差距，势必导致其重心的不同，方为窜跳动作获得更好的速度、力量以及腾起高度，必然会通过加大肢体的摆动幅度，加快动作核心肌肉群的收缩速度。

2.6二者身体重心的速度特征分析

由实验所得数据比较可知，在预摆阶段：方X、Y方向的速度都明显低于陈，并且方的Y方向速度大于X方向速度，垂直重心速度为负值，明显方的发力方向不对。造成更大的倾倒力矩使得方的腾起高度与速度都低于陈。陈在蹬离阶段，其各方向的重心速度都快于方。这表明方在身体蹬伸时，其核心肌肉群的爆发力尚有待提高，反观二者身体重心在窜跳阶段的运动轨迹，可以认定其不仅在X，Z轴上运动，而是在X、Y、Z方向上均有一定的移动。通过两运动员比较发现重心最大垂直速度出现在四肢蹬离瞬间。需要指出的是两运动员窜跳过程中，身体重心在Z方向上的速度出现了两次峰值，而最后一次峰值恰好是在蹬伸结束的时刻，而且身体重心在X方向上最大速度值是在蹬伸之前摆动阶段。可以判定摆动阶段X方向较大的速度是为蹬伸阶段缓冲蹬伸做准备。在两名运动员完成抓点瞬间，通过观察数据的变化可以发现，尤其是Z方向上速度减小相当明显，证明在垂直方向有很大的加速度，这就表现在两名运动员完成窜跳动作时的身体有明显的下拉倾向，需要强大的屈肘力量。

图二　身体重心速度—时间曲线图

3结论与建议

3.1结论

1．窜跳技术的合理性表现为身体摆动协调，人体重心降低更加贴近岩壁，重心产生的倾倒力矩小，蹬伸作用力主要是左右与垂直方向的结合，不会增加重力的向后倾倒力矩，身体重心呈弧线状运动避免直上直下，使得身体蹬伸速度、高度更大从而更容易抓住目标岩点。

2．蹬离瞬间时，窜跳动力真正来源于腿部肌肉推力与手臂拉力，并结合运动员自身的条件(身高较矮运动员应主动加强踝膝髋关节蹬伸幅度与速度)，利用肌肉松弛原理，最大限度的提高下肢屈曲、蹬伸幅度，以增大窜跳时的动能。

3．方在窜跳动作蹬伸过程中相对陈而言，蹬伸过程不够充分，蹬伸方向过分的强调向上与向后，使得身体直上直下，造成人体顶离岩壁增加了重力倾倒力矩，并且踝膝髋蹬伸幅度与速度有待提高，这影响了其它整体环节的能量传递效果。

4．攀岩中为了维持人体平衡抵消重力产生的重力矩需要较大的手臂拉力，因此应注重手臂肌肉与背阔肌肉的力量训练。运用合理的攀登技术节约手臂力量非常重要。

5．蹬离瞬间时陈踝关节角度小于方，岩点支撑摩擦面大从而支撑反作用力大有助于蹬伸。

3.2建议

1．建议教练员在训练时应注重对低水平运动员此技术动作垂直、左右、前后方向的力学道理指导，明白此技术动作重心正确的运动轨迹。加强身体各关节屈曲、蹬伸幅度与速度、灵敏协调性练习，以增大窜跳时的动能。让运动员能够应用最合理的技术动作攀爬。

2．对于年轻运动员，应先规范窜跳技术的各个环节发力顺序、屈伸幅度与速度，结合自身的特点开展针对性的训练。

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Biomechanical Analysis on Up Jumping Techniques between Two Rock-climbers in Different Levels

Wang Haijun

Abstract:As a high challenging technique, up jumping is often used in difficulty, bouldering and speed rock climbing competitions, and thus processes research values. By applying research methods such as literature, three-dimensional video analysis, expert consultation and comparative analysis, this paper makes overall analysis on core factors that influence up jump systematically by comparative biomechanical motor analysis between two rock-climbers in different levels.

Key words:rock climber; up jumping technique; dynamic biomechanical analysis

作者简介：汪海军(1987-)，男，江西宜春人，硕士，助教，研究方向：攀岩、户外拓展教学、训练理论与方法。

中图分类号：G804

文献标识码：A

文章编号：1005-0256(2016)06-0128-3

doi:10.3969/ j.issn.1005-0256.2016.06.058

Sport Science College of Wuhan Sport University, Wuhan 430205, Hubei, China.