影响跳马落地稳定性的生物力学因素

古福明

(成都体育学院运动医学系 四川成都 610041)

影响跳马落地稳定性的生物力学因素

古福明

(成都体育学院运动医学系 四川成都 610041)

该文从运动生物力学视角,对影响跳马落地稳定性的因素进行了分析。研究认为跳马的第二腾空时间短暂,运动员必须调整好身体姿势,控制好人体转动惯量。落地前,应降低身体重心高度,准备好触地姿势,注意落地缓冲问题,使身体重心的投影点落在在双脚支撑面内,避免出现前倾后倒现象。结果表明：运动员的转动惯量大小、落地瞬时身体重心的高度,重心投影点的位置及缓冲距离是影响跳马落地稳定性的主要因素。

跳马 落地稳定性 生物力学

体操跳马一般由助跑、趋步、踺子、踺子踏跳、第一腾空、推马、第二腾空和落地等8个动作阶段组成，跳马动作的要求是高、飘、远、美、稳。当前跳马运动不断地向着多轴的复合翻转方向发展，这无疑加大了落地稳定性的难度[1]。黄强等[2]对参加第27届奥运会的我国男子体操选手落地稳定性进行了统计与分析，结果表明落地动作完成较差，落地稳定的仅占43.19%。因此，落地稳定性是跳马比赛中获胜的关键因素之一。根据运动生物力学原理，影响落地稳定性的因素有：支撑面积、重心位置、稳定角或平衡角等，而这些因素又与跳马的第二腾空阶段紧密相关。因此，该文运用运动生物力学原理对跳马第二腾空和落地动作进行分析讨论，旨在帮助教练员和运动员更好地把握落地动作的影响因素，提高跳马训练效果。

1 第二腾空动作的影响

第二腾空动作技术是高质量完成跳马动作的关键，该阶段对运动员落地稳定性具有重要影响。优良的腾空动作技术既能促进人体翻转角速度和人体转动惯量的调整，又能为随后的落地稳定创造良好条件。根据运动生物力学原理，人体在腾空状态时必然遵循动量矩守恒定律，即转动惯量和角速度的乘积等于一个常数[3]。因此，为了完成动作目的，人体可借助空中姿态的变化和人体环节的相对运动，调整人体转动惯量的大小和方向，从而实现人体转动角速度的变化或动量矩在转动轴间的转移。

1.1转动惯量

转动惯量是描述物体转动时保持原来转动状态能力的物体量。物体转动惯量越大，物体的转动状态越不容易改变，转动惯量是分析评价腾空动作技术比较常用的运动生物力学参数之一。转动惯量是由质量和相对于转轴的质量分布这两个因素构成的，前者是不变的量，后者是可变量。身体姿势变化的本质上是改变了人体质量到转动轴的距离，当人体质量分布偏离转动轴越远，转动惯量越大，反之越小。因此，在跳马第二腾空的初始阶段，运动员应尽量使双手靠拢自己的身体，同时并拢双脚，让人体四肢尽量靠近身体，减小人体的转动惯量，增大角速度，从而顺利地完成翻转动作。而在落地的准备阶段，运动员身体要做一定程度的伸展，充分利用肢体变化调整自身姿态，尽量增大人体的转动惯量，减小转动速度，提高落地稳定性。

1.2转动轴的位置

跳马第二腾空的翻转运动是人体绕多轴转动的复合运动，因此，人体环节的相对运动或人体姿态会影响人体空中复合转动轴的位置。良好的身体姿势应使身体质量分布向转动轴靠拢，以减小身体质量到转动轴的距离，从而减小人体转动惯量，加速人体的旋转运动，在尽可能短时间内完成翻转动作，为落地准备留出时间和空间。

1.3腾空高度

跳马第二腾空的高度直接影响着运动员身体的伸展程度[4]。很显然，运动员腾空高度越高，人体在空中的滞留时间越长，就越有利于腾空动作的顺利完成。这样运动员在空中才能更好地调整身体姿态，为落地动作做好充分准备，提高落地稳定性，并且高飘动作更能体现跳马动作的特点。

运动员推马离开时刻人体重心的垂直速度决定了人体第二腾空的重心高度，推马离开时刻人体重心的水平速度决定了人体第二腾空的远度，而推马离开速度又是由运动员的推马动作技术和上肢肌肉爆发力决定的。因此，在肌肉爆发力一定的情况下，运动员应通过积极地推马动作，加大推马离开的垂直速度。实验研究结果也表明，在保持推马离开时刻人体重心水平速度不减小的情况下，增加推马离开时刻人体重心的垂直速度，能产生更多的时间和空间完成第二腾空动作，并能为落地动作做积极准备[1]。

2 落地缓冲动作的影响

从运动员的脚接触体操垫到身体起立站稳阶段就是跳马落地阶段。落地阶段对跳马动作质量至关重要，落地时脚的跳动、移动，身体晃动，甚至摔倒都会影响动作效果，会被直接扣掉一定的分值。大量研究表明，跳马第二腾空的动作技术质量好坏，即第二腾空阶段身体各环节绕转动轴的转动惯量大小是否调整得当，直接影响着落地技术的稳定性[5]。因此，倾倒力矩、落地瞬时重心投影点至落地点的距离、重心高度和缓冲距离等都影响落地稳定性。

2.1倾倒力矩

落地瞬时身体受到的倾倒力矩是由于人体的旋转产生的。人体绕横轴翻转产生前后的倾倒力矩，绕纵轴的转体产生侧向的倾倒力矩；而人体重力绕落地点产生的力矩既可能是稳定恢复力矩，又可能是倾倒力矩。侧向的倾倒力矩可通过运动员落地前在空中充分地完成转体动作而消减，也可通过运动员两臂的不对称运动来调整。若落地时向左转体时，左臂由侧经体前向右挥摆，而右臂沿弧线向内经体侧下落，使双臂运动产生的合力矩抵消向左侧倾倒的力矩。前后倾倒力矩主要依靠落地前的动作调整，通过增大人体绕横轴的转动惯量，减小人体的转动角速度来减小。而人体重力是否产生倾倒力矩，取决于落地瞬时人体重心投影点是否在双脚支撑面之内，如果在双脚支撑面内，人体重力绕落地点产生恢复力矩，抵抗旋转产生的倾倒力矩；如果在双脚支撑面外，则产生倾倒力矩使人体前倾或后倒，非常不利于人体站稳。因此，落地前选择合适的落点和加大双脚支撑面，使人体重心投影点始终保持在双脚支撑面之内，对提高运动员的落地稳定性具有重要意义。

2.2落地瞬时重心高度

从运动生物力学原理可知，在支撑面不变的情况下，人体重心位置越低，稳定性就越大；反之，稳定性就越小。因此，降低落地瞬时的重心高度有利于提高落地稳定性。一般地，运动员在落地之前已有明显的屈膝、屈髋或分腿等落地前的准备动作，从而降低了落地瞬时人体的重心高度，并且增大了人体绕转动轴的转动惯量，减小了落地时的角速度，为落地缓冲做好充分准备。

2.3落地缓冲距离和缓冲时间

运动员的落地缓冲过程就是人体与垫子的弹性碰撞过程。根据动量定理，运动员落地缓冲距离越大，落地缓冲时间越长，地面对人体的冲击力就越小。在运动实践中，运动员在落地时应通过顺势下蹲和屈髋、屈膝、屈踝等动作，来增大落地的缓冲距离；同时，为了避免落地冲击力造成人体的运动损伤，运动员着地时应从前脚掌着地逐渐过渡到全脚掌着地，从而延长落地缓冲时间，减小地面对人体的冲击力，并且着地时间的延长也有利于运动员提高落地的稳定性。

3 结语

跳马的第二腾空时间短暂，运动员必须调整好身体姿势，控制好人体转动惯量。落地前，应降低身体重心高度，准备好触地姿势，注意落地缓冲问题，选择合适的落点，使身体重心的投影点落在在双脚支撑面内，避免出现前倾后倒现象。

[1]吴成亮，向家俊，徐波，等.跳马落地速度与角度对落地稳定性影响的仿真研究[J].首都体育学院学报，2015，27(5)：469-473.

[2]黄强，蒋小娟.对第27届悉尼奥运会我国男子体操选手落地稳定性的统计与分析[J].福建体育科技，2001，20(3)：16-19.

[3]陆爱云.运动生物力学[M].北京：人民体育出版社，2010.

[4]王尼.跳马落地稳定性力学分析[J].长江工程职业技术学院学报，2007，24(2)：75-76.

G832.2

A

2095-2813(2016)05(b)-0135-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.14.135