摆臂影响纵跳成绩的作用机制与理论假说

赵西堂

摆臂影响纵跳成绩的作用机制与理论假说

赵西堂

摆臂能有效地提高纵跳成绩这一现象已为人所共知，为解释这一现象，国内、外学者提出了一系列的理论假说，包括力的传递说、蹬伸时间延长说、动量增加说、拖拽说、关节力矩增大说，这些理论假说分别从不同的角度对摆臂提高纵跳成绩这一现象进行了解释，对人们深入地认识摆臂影响纵跳成绩的科学机制具有一定意义和价值。但从大量文献研究结果的一致性较差可以看出，这些理论假说的解释力明显较弱，甚至还存在一些明显的不足和缺陷，可以结合这些理论假说的优缺点，取长补短，更加深入地展开实验研究，进一步推进摆臂影响纵跳成绩的科学机制理论发展。

摆臂；纵跳；影响机制；理论假说

纵跳是体育运动的基本动作之一，是人体在中枢神经系统的控制下，依靠身体各环节的协调配合，发挥下肢肌群最大爆发力，以达到最佳纵向起跳效果并有效落地的技术动作。由于纵跳测试方法简单方便且与多项体育运动密切相关，常常用来评估人体下肢的肌肉力量和功率或用来预测许多项目(排球、田径、足球、篮球等)运动员运动潜力[8]。在很多体育项目中，快速摆臂是影响纵跳成绩的关键技术之一，相关的理论研究与实践经验均证明了摆臂对纵跳成绩具有重要意义，从已有的文献可以看出，专门对摆臂是如何影响纵跳成绩的这一问题进行研究的文献研究已有50多年的历史，相关研究文献较多，但是研究观点分歧较大，以至于人们难以解释摆臂是如何影响纵跳成绩这一基本问题。

理论假说是人类认识世界的重要思维形式，也是科学研究活动的重要内容，它依据已有的科学知识和原理对经验事实做出试探性的解释与预测，并通过验证对预测不断进行修改、补充和更新，达到更准确地反映客观世界的目的，理论假说对每个学科领域都有着重要意义[1]。通过对已有摆臂影响纵跳的生物力学相关研究和基本力学原理进行整理与分析，归纳总结出摆臂影响纵跳的基本规律，有利于深入地认识摆臂影响纵跳成绩的生物力学机制，在认识和把握规律的基础上更直接有效地提高纵跳成绩。

20世纪50～60年代，学者们开始研究纵跳相关问题，摆臂作为影响纵跳成绩的一个重要因素，自然也成了研究的重要内容，自此，人们开始探索摆臂影响纵跳成绩的生物力学依据。对此，国内、外学者进行了广泛的解读和争论，主要提出了解释“摆臂是如何提高纵跳成绩”的5个假说：力的传递说、蹬伸时间延长说、动量增加说、拖拽说和关节力矩增大说。

1 影响纵跳成绩的其他因素

对于纵跳成绩的影响因素前人做了诸多研究，结合相关文献，本文对影响纵跳成绩的其他因素总结如下：1)疲劳影响纵跳高度，疲劳前后纵跳成绩相差6 cm，右脚跖屈肌肌电峰值降低至少35%，腘绳肌减少20%[10]；2)不同(项目)的训练背景纵跳成绩也不尽相同。有研究表明，相对于排球、手球、篮球和体育教育系学生，田径项目的运动员纵跳成绩最好，主成份分析表明，纵跳成绩的主要影响因素是蹬伸力量和时间；纵跳成绩与下肢肌肉活性和由近及远的能量协调传递有关系，与下肢肌肉力量有关，但是最终发现，身体的最大功率才是影响纵跳高度的最重要影响因素[26]。也有研究持有不同的观点，认为个人项目女子运动员和集体项目女子运动员在身体素质方面存在着差异，集体项目运动员下肢爆发力、灵敏性和上肢力量相对较好[27]；3)纵跳高度与肌纤维类型有关，快肌纤维多的运动员会更好地运用超等长收缩，膝关节移动幅度较少。慢肌纤维多者需要较慢的蹬伸速度和较大的膝关节角度来募集更大的力量[17]；4)6周的超等长收缩训练能有效地提高排球运动员的纵跳成绩[18]；5)不同的测试(纵跳离地瞬间速度、最大质心速度、摸高、运用录像数据估计离地时质心速度和离地前重心高度、运用测力台数据估计离地时重心速度和离地前质心高度)方法对纵跳成绩也会有一定的影响，并指出前两种测试方法误差相对较大(与运用3D测试重心高度的方法相比)[8]；相似的研究也表明不同测试方法测试误差大小不同[22]；6)指出计算纵跳高度不宜利用运动学方法(腾空时间)计算,而利用动力学方法(冲量)计算更准确[2]；7)年龄也会影响到纵跳成绩，13～15岁的女子排球运动员纵跳成绩13岁的最差，14与15岁之间差距不具有显著性[14]；8)对100多名女子运动员的测试表明：纵跳高度与体重存在低度负相关(R=-0.26,P=0.001)，但与廋体重(r=-0.11)和身高(r=0.04)的相关不具有统计学意义[26]；9)口头提示(如“尽力高跳快跳”)影响最大转化率，进而影响纵跳高度[4]。

综上所述，除纵跳动作自身的因素外，疲劳、训练、肌肉类型、肌肉力量、年龄、性别、身高、体重、测试方法以及语言提示等都是纵跳成绩的影响因素。

2 摆臂影响纵跳成绩的作用机制

对于摆臂对纵跳成绩的影响研究，较为常用的研究范式是：1)受试者以半蹲姿势作为开始姿势，对抱头纵跳(或掐腰纵跳)与摆臂纵跳进行比较分析；2)受试者以直立姿势开始，经下蹲一定角度后起跳，采用抱头(或掐腰)纵跳的方法与摆臂纵跳进行比较。第1种方法主要是为了排除下蹲缓冲对纵跳的影响而设计，限制了下蹲过程，这样可以对摆臂的作用进行研究，在竞技运动中也会出现这种情况；但是在许多情况下，下蹲和摆臂动作会同时运用，因此，采用第2个范式对摆臂的贡献进行研究应用范围会更广泛。另外，无论是双手抱头还是双手掐腰纵跳，都是为了限制摆臂，但是相对而言，抱头纵跳可能更有利于减小起跳前的重心相对位置，因为上肢放在较高的位置会提高重心的高度，这一动作更接近于摆臂对起跳前重心的影响，因此，如果单纯地研究(抛开项目自身的特点)摆臂对纵跳成绩的影响，抱头纵跳比掐腰纵跳的动作方式效果会更好。

研究范式不同和限制摆臂的方法不同也会影响到研究结果，这无疑是诸多研究结果存在较大差别的重要原因之一；另外，不同的摆臂方式影响纵跳成绩、蹬伸时间特征[25]和腾空初速度[28]；摆臂速度[5]、幅度[24]也是影响纵跳成绩的因素。

根据经验事实和相关理论研究，摆臂对纵跳成绩的影响主要表现在两个方面(图1)：1)提高了腾起瞬间的重心高度；2)提高了净腾空高度。

图 1 纵跳高度影响因素示意图Figure 1. Influencing Factors of the Vertical Jump Adapted from Feltner (依据Feltner，等改编)

有研究对足球守门员摆臂纵跳成绩和不摆臂纵跳成绩进行了比较研究，结果表明，摆臂提高纵跳高度5.01 cm，摆臂提高纵跳高度约11.1%[29]；这一研究结果与Domire基本一致，他的研究指出，摆臂提高了纵跳成绩5 cm，但摆臂提高的纵跳高度约18.5%[13]。刘卫国等的研究结果表明，摆臂对实测高度贡献率仅为6%[2]，Payne研究指出，摆臂提高了5%(7.6 cm)的纵跳高度；另有研究结果显示，摆臂提高纵跳成绩13 cm，提高了27.08%[6]。朱国生研究指出，摆臂相对于下肢蹬伸速度影响纵跳的贡献率，他认为：当手臂向上摆动的速度与蹬地腿向上初速度的倍数关系为1、1.5、2倍时,那么,摆臂对纵跳高度贡献分别为12%、23.5%、35.3%[5]。

Harman等研究表明，摆臂提高自由纵跳高度11 cm，提高了27%，指出摆臂提高纵跳成绩的原因是提高了起跳前重心高度4.7 cm和腾空高度6 cm。并指出，无论是半蹲纵跳还是自由纵跳，摆臂提高纵跳高度10～11cm贡献率分别为14%和27%[17]。

Michael及其同事通过对不摆臂的半蹲纵跳和摆臂的半蹲纵跳进行比较得出：摆臂提高纵跳高度14.3 cm；其中，提高起跳前重心高度6.1 cm，对提高纵跳成绩的贡献率为43%，提高净腾空高度8.2 cm，对提高纵跳成绩的贡献率为57%[23]；另有研究指出：摆臂提高纵跳高度8.6 cm；摆臂提高自由纵跳起跳前瞬间重心高度2.4 cm，对摆臂提高纵跳成绩的贡献率为28%，提高净腾空高度6.2 cm，对摆臂提高纵跳成绩的贡献率为72%[7]。摆臂提高纵跳成绩13 cm，起跳前重心提高6 cm，对总高度的贡献率为46.2%，提高腾空高度7 cm,对总高度的贡献率为53.8%，下蹲最低点较不摆臂纵跳高8 cm[6]。

有学者同时对摆臂对半蹲纵跳和自由纵跳的作用进行研究，结果表明：摆臂提高半蹲跳腾空前重心高度3.8 cm，提高了26.2%，摆臂提高半蹲纵跳腾空高度8.1 cm，提高了18%(摆臂提高纵跳高度12.9 cm)；摆臂提高自由纵跳腾空前重心高度3.4 cm，提高了19.2%，摆臂提高自由纵跳成绩8.7 cm，提高了17.6%(摆臂提高纵跳高度12.1 cm)[15]。

有研究者利用机械模型模仿没有摆臂的半蹲纵跳和摆臂半蹲纵跳，排除了受试者纵跳熟练程度差异难以控制的干扰因素，结果表明：摆臂提高纵跳成绩12.5 cm，提高离地瞬间身体重心高度3.4 cm，对总成绩的贡献率为38%，提高净腾空高度9.1 cm，对总成绩的贡献率为62%[11]。

研究者所能检索到文献可以看出，摆臂提高纵跳成绩在5～15 cm之间，对纵跳成绩的贡献率在5%～35.3%之间，摆臂提高重心高度和提高净腾空高度之间的比例大致在3∶7至5∶5之间，摆臂纵跳下蹲最低点较不摆臂纵跳高3～8 cm。

造成研究结果差距较大的原因，除前文所述的研究范式等因素外，不同的高度计算方法[8](纵跳离地瞬间速度、最大质心速度、摸高高度、运用录像数据计量离地时质心速度和离地前重心高度、运用测力台腾空时间估计离地时重心速度和采用髋关节高度计量高度)误差的大小不同，这当然也会对纵跳成绩产生影响，这也是研究结果存在较大差别的又一重要原因。

总之，无论是采用半蹲纵跳还是自由纵跳，无论是采用人体实验还是机械模仿，也不论采用哪种方法来计算高度，在体育学界，摆臂能有效地提高纵跳成绩已是一个不争的事实，并且对于摆臂提高腾空前重心高度这一观点也得到了一致的认可，其理论机制主要是从上肢的位置变化引起重心位置的相对变化来解释，这一点已达成了共识；对于摆臂提高纵跳腾空高度的机制或者原理这方面的阐述尚且未有定论。自20世纪50～60年代以来,许多国内、外学者前赴后继地对摆臂提高净腾空高度的机理进行了广泛的关注、解读与争论，至今也未有定论，归纳总结前人的理论观点，前人对摆臂提高净纵跳的机制研究主要提出了以下5个假说，即力的传递说、蹬伸时间延长说、动量增加说、拖拽说和关节力矩增大说。

3 摆臂影响净腾空高度的理论假说与实验依据

3.1 假说一：力的传递说

3.1.1 依据

Payne等认为，加速向上摆臂，得益于肩关节、肘、腕关节向上的力，根据力的相互作用原理，这一向上摆臂的作用力会在肩关节部位产生一个大小相等、方向相反的反作用力通过肩部作用于躯干，并通过髋、膝、踝连续向下传递，最终传递到地面(或者测力台)增大了蹬伸力量，进而提高了纵跳高度；首次提出了力的传递说。

Harman及其同事们(1990)认为，加速向上摆臂势必增大地面反作用力，并指出，在髋膝关节周围肌肉处于最佳发力位置时，向上的加速摆臂通过肩关节给人体施加了向下的力量，这使股四头肌和臀部肌肉处在一个能产生较大力量的位置却减缓了其收缩速度。也有研究从肢体的相对运动原理阐释了肢体间力的传递：部分肢体的升高可以通过降低另一部分肢体来实现；部分肢体旋转加快可以通过降低另一部分肢体的旋转速度实现[17]。推出了摆臂会增加地面反作用力，进而提高了运动员纵跳高度[12]，这些均为力的传递说提供了间接证据。

有研究表明，摆臂提高了最大蹬伸力量且提高幅度较大，Dapena1993年的研究表明：根据肌肉收缩过程中力的速度曲线，减缓下肢肌肉收缩速度会增加肌肉张力而获得更大的蹬伸力量；肩部发力获得了较大的向上摆臂加速度，同时躯体在C1、C2阶段获得向下的力，减缓了躯干的转动速度，两个研究均证实了力传递现象的存在[23]，为力的传递说提供直接的实验证据。

当髋膝关节部位的肌肉处于最佳发力阶段，加速摆臂产生的向下的力导致股四头肌和臀部肌群蹬伸速度减慢，这有利于这些肌肉产生更大的力，进而提高了纵向冲量；并指出在摆臂制动阶段对躯干的拉伸作用使得髋部周围肌肉伸速加快不利于肌肉聚集力量，当然，这发生在髋膝关节几近完全蹬伸阶段，这些关节周围的肌肉也不在最佳募集蹬伸力量的范围[6]，论述了在摆臂的前期阶段增大下肢力量而最后阶段并没有增大下肢力量的原因，是对摆臂提高纵跳成绩机制的进一步探索。

3.1.2 争鸣

即便是较为成熟理论，也会有人持有不同的观点。对25名优秀足球守门员的研究表明，摆臂提高了纵跳高度，摆臂纵跳蹬伸阶段最大力量(2 210.00±307.39 N)有增大的趋势，但是，与不摆臂纵跳蹬伸最大力(2 173.48±187.49 N)相比并不具有统计学意义，原因可能是运动员体重(最大98.4 kg，最小75.7 kg)悬殊较大所致[29]。另有研究指出，虽然摆臂增大了蹬伸力量，但是，最大蹬伸力与纵跳高度不存在线性相关关系(r=0.34,P=0.16)[4]；Miller认为，摆臂不是增大而是限制了最大蹬伸力量，摆臂导致了最小蹬伸力量增大，总体上增加了纵跳高度[18]；这充分说明，蹬伸力的峰值最大者,其纵跳高度并不一定最高,优秀纵跳者较大的力峰值可能是必要条件,但不是充分条件。

另外的实验通过测试肩关节部位的受力得出了肩关节的受力并没有因为摆臂而增加的结论[7]；摆臂纵跳动作中下肢各关节肌肉确实做了较少的功，摆臂增加的纵跳高度应归功于肩部肌肉组织的做功，并指出肩部做功是提高摆臂纵跳高度的关键点，而不是其他原因[13]；类似的研究还指出，地面反作用力与肩部产生的摆臂力量并没有直接的联系[11]。这些研究结果并不支持力的传递说。

3.2 假说二：蹬伸时间延长说

3.2.1 依据

蹬伸时间延长说认为，身体部分肢体的反向运动导致了下肢蹬伸速度减慢，整个蹬伸过程延长，蹬伸作用时间的延长为下肢力量的充分发挥提供了条件，进而导致了纵跳高度的增加。该学说与蹬伸力量增大说较为接近，试图从蹬伸力的时间曲线来解释摆臂提高纵跳成绩的原因。

实验数据表明，摆臂延长了整个纵跳过程中的总蹬伸时间(摆臂纵跳0.96±0.14 s，不摆臂纵跳0.86±0.14 s)且差异具有统计学意义；并指出摆臂纵跳中在纵跳总时间的78%～95%阶段，下肢三关节均体现出较小的角速度[19]；另有研究也得出相似的结果，摆臂显著地提高半蹲跳的蹬伸时间(摆臂0.35±0.11 s，不摆臂0.31±0.07 s)，在大约蹬伸的2/3时间段，肩部运动导致了髋关节伸展的加速度降低，延长了蹬伸时间[13]；为蹬伸时间延长、蹬伸过程放慢学说提供了直接的实验数据支撑。

也有研究从运动学方面进行阐释，摆臂使躯干前倾角度增加5°，增加了髋关节工作范围[7]，这从另一个方面为蹬伸时间延长说提供了必要的依据。

3.2.2 争鸣

摆臂对蹬伸过程的各个时间阶段影响不大，摆臂纵跳蹬伸时间(从重心最低点到离地瞬间)为0.32±0.04 s，不摆臂纵跳蹬伸时间为0.33±0.04 s，两者之间的差异不具有统计学意义，因此，净冲量的增加主要是因为纵向作用力的增加所致[23]。也有研究认为，摆臂纵跳确实增加了蹬伸后半段时间，但是，纵跳的总蹬伸时间(不摆臂1.14±0.14 s，摆臂0.96±0.16 s)却明显地减少，主要原因是由于摆臂纵跳明显缩短了缓冲时间和蹬伸前段时间[4]。相似的研究指出，纵跳成绩可以通过增加起跳功率和缩短踏跳时间来实现[19]。

上述实验结果提出了蹬伸时间延长说的反例，对蹬伸时间延长说提出了挑战，但也为后续研究提供了新的思路，即在讨论蹬伸时间特征时要注意划分时间阶段，这样或许更有利于探讨摆臂对纵跳的影响机制。

3.3 假说三：动量增大说

3.3.1 依据

该理论假说认为，摆臂通过肩、肘、腕关节周围肌肉的做功提高了上肢的摆动速度，增加了上肢动量，在腾空之前部分肢体动量增加会导致整体动量增大；同时，摆臂通过延长纵跳时间，为下肢肌肉募集肌肉产生更大力量提供了条件，减缓摆臂纵跳的髋关节最大角速度，增加了纵跳的冲量(I=Ft)，有利于纵跳成绩的提高。

直接的证据：部分肢体对纵跳起跳速度的贡献主要是因为其在蹬伸过程中产生了正向冲量所致，摆臂对正向动量的贡献率为12.7%[20]；相似的研究还有：摆臂纵跳提高了离地瞬间身体重心移动速度12.7%[23]；摆臂纵跳重心速度明显提高，摆臂纵跳离地速度为2.75±0.3 m/s，不摆臂纵跳则为2.44±0.23 m/s[23]；与不摆臂纵跳2.65±0.1 m/s相比，摆臂纵跳2.84±0.09 m/s离地时重心速度提高7.17%[6]；摆臂提高离地时髋关节速度10.7%[3]，纵跳成绩提高的60%是由于起跳速度的提高造成的[7]。纵跳成绩最重要影响因素是离地瞬间重心速度，两者之间的相关系数为0.842[6]。腾空高度主要是由于起跳前净纵向冲量增加导致起跳速度的增大所致[6,17]，而起跳的冲量大小对腾空高度具有决定作用[6]。

另有证据表明，加速度分析表明，在纵跳2/3时间处肩部力矩导致了髋关节弯曲，肩部运动有利于膝关节和踝关节在纵跳最后阶段的伸展。最后摆臂的相对(肩部)速度足以增加身体的动能，这也是提高纵跳高度的原因[13]。摆臂延长了纵跳时间，这有利于下肢肌肉集聚力量，有研究指出，摆臂纵跳的蹬伸后半段蹬伸力量明显增加[17]，加之后半段蹬伸时间的延长[4]，两方面原因共同导致冲量增加，并因此提高了纵跳成绩。

3.3.2 争鸣

有研究表明，摆臂纵跳导致冲量的提高(摆臂纵跳233.61±21.35 Ns，不摆臂纵跳218.95±19.02 Ns)不具有统计学意义，冲量与最大高度之间相关系数也不高，仅为0.483[6]；相似的研究表明，净冲量并不是预测纵跳高度的最佳指标，较大的冲量并不能很好地预测纵跳高度，因为纵跳冲量的大小还与身体质量大小有关[4，17]。但是，摆臂导致的冲量增加相对于个人而言，无疑将会提高离地时重心的速度，也一定会提高纵跳成绩。

出现上述反例的原因可以通过冲量的计算公式来推导，在实验数据采集的过程中，多数研究采用的是I=Ft积分的方法得到纵跳的冲量；在分析冲量与纵跳高度的关系时却采用I=M(V1-V0)来解释，认为冲量越大离地瞬间速度也越大(一般情况下V0=0)，腾空初速度越大纵跳成绩越好。在对一个群体进行分析时，仍采用这一推理方法，忽视了群体中人体质量差异的存在，导致相关分析结果显示纵跳成绩与冲量大小相关不显著或相关程度不高。分析时如果将I=Ft积分数据剔除人体自身体重的影响，纵跳成绩与冲量大小的相关分析结果肯定会让人满意。不可否认的是，该学说给出的解释是从力的时间曲线的角度出发，通过增大作用和/或延长力的作用时间来实现，从两个方面来分析摆臂提高纵跳成绩的原因，也是一种进步。3.4 假说四：拖拽说

3.4.1 依据

Harman等在1990年较早地提出拖拽说，该假说认为，在摆臂纵跳的最后阶段，快速上摆时上肢突然减速会对躯体以及下肢各环节产生拖拽，加快了股四头肌和臀部肌肉的收缩速度，并导致了摆臂纵跳成绩的提高。

Lees等丰富并发展了该假说并给出了直接的证据，他们通过对肩关节受力分析表明：当摆臂前摆至水平高度的时候，肩关节部位确实有一个向上拖拽躯干的拉力，这个力减少摆臂的动能，增加了身体其他部位的动能。起跳瞬间摆臂相对于肩部有一个垂直向上的速度，这一运动对整体纵向动能有一定贡献，进而提高了纵跳高度。起跳前摆臂相对(身体)速度为2.68±0.90 m/s，贡献41.9±23.9 J的能量，这足以提高纵跳4.7 cm[7]。类似的研究得出了相似的结论，即摆臂最后阶段的相对于上体的速度增加了上体的动能，这必然会导致纵跳成绩的提高[5]。Lees等另一篇研究论文将摆臂的作用分为3个部分，即抬高上肢、集聚下肢能量、对身体产生拖拽，并指出随着纵跳高度的增加，摆臂对身体的拖拽作用越大[21]；Lees等的研究将摆臂提高纵跳成绩的机制研究提高至一个新的台阶。

另有研究从运动学的角度指出，摆臂纵跳下肢关节整体运动幅度减少[3]，这为拖拽说提供了一定的数据支持。

3.4.2 争鸣

机械模型研究表明，肩关节所产生的纵向力主要是通过地面传递的，也就是说上肢上摆的力大都是躯体提供[11]；另有研究证实，摆臂促使纵跳成绩的增加主要是由于摆臂促使了下肢做功量增加所致[16]。根据动量守恒定理，对于整个人体来说，部分肢体的相对运动并不能改变整个身体的动量，摆臂对纵跳成绩的作用必然要通过下肢作用力的增加所致，因此，单纯地摆臂难以提高整个身体的净腾空高度。

3.5 假说五：关节力矩增大说(做功说)

3.5.1 依据

关节力矩增大说于20世纪末由Feltner提出，该学说试图从各环节做功的角度来解释摆臂提高纵跳成绩的机理，该学说认为，躯干因摆臂动作而产生的反作用力减慢了髋、膝、踝三关节的伸展速度，优化了相关肌肉的力量速度曲线和关节力臂等生理条件，为上述三关节的肌肉产生较大的作用力提供了条件，加之良好的关节角度更有利于纵跳蹬伸力做功，下肢肌肉做功增大导致纵跳高度增加。

Feltner和他的同事们于1999提出该学说时，便提供了直接的证据，他们认为，摆臂促使纵跳蹬伸阶段髋关节和膝关节的转矩增加是纵跳成绩提高的关键。摆臂促使髋关节伸肌群处于良好的生理状态，即有利于募集较大肌肉力量和良好的关节转矩；在蹬伸的前1/3阶段(从0到重心最大速度阶段)，不摆臂纵跳髋关节转矩较大，之后摆臂纵跳通过降低躯干伸展的比率、使髋关节伸肌向心收缩减慢以便于产生较大的力和力距来增加髋关节伸肌转矩，在蹬伸的前2/3阶段，摆臂还将膝关节伸肌力矩增加28%，但是具体原因尚不明确[23]。

另有研究表明，摆臂(半蹲跳)显著地提高了髋关节和踝关节做功(而不是膝关节)，下肢做功增加了31.4 J是上肢做功16.3 J的近两倍，因此，摆臂促使纵跳成绩的增加主要是由于摆臂促使了下肢做功量增加[16]；还有研究对不同时间阶段髋关节做功进行了研究，认为髋关节扭矩在蹬伸中间阶段两类摆臂纵跳都相对较大，并指出下蹲增加了开始阶段髋关节扭矩，而摆臂增加随后阶段髋关节扭矩，两者共同提高了自由摆臂纵跳的高度，摆臂对膝关节扭矩的作用影响不大。踝关节扭矩在整个蹬伸阶段两类摆臂纵跳都相对较大，摆臂增加了整个蹬伸过程中踝关节的做功[15]。

还有机械模型研究表明，摆臂纵跳促使髋关节力矩增加了47%，膝关节和踝关节力矩却分别减少了18%和7%，而摆臂纵跳总功的增加量，有一半的贡献由肩关节做功产生[11]。

虽然上述研究结果并不完全一致，但最终结论无论是下肢那些环节做功的增加，均为下肢做功增大说提供必要的实验证据。

还有研究通过推理得出摆臂促使下肢多做功而提高了纵跳高度这一结论。例如有研究指出，摆臂纵跳做功8.13 J/kg，而没有摆臂的纵跳做功7.31 J/kg[7]，摆臂明显提高总做功量，而做功是半蹲纵跳成绩最主要的预测变量[9]；另有研究指出，向上加速摆臂导致髋、膝、踝关节蹬伸速度减缓有利于下肢各关节产生较大的力，摆臂使躯干前倾角度增加5°，增加了髋关节工作范围[7]，由此两个方面可以推知这将加大下肢各关节的做功。

3.5.2 争鸣

研究认为，摆臂纵跳中下肢肌肉确实做了较少的功，摆臂增加的纵跳高度取决于肩部肌肉组织。因此，肩部做功是提高摆臂纵跳高度的关键点，而不是其他机制造成的纵跳成绩增加[13]。

相关实验研究表明，摆臂改变了下肢肌肉的力-速度曲线，但是并没有增加关节力矩，在80%～90%蹬伸时间阶段关节力矩较大，角速度较低导致了关节功率降低并降低了该阶段的运动表现，认为关节力矩的增大主要作用应是储备相应的能量备用。因此，关节力矩的增大主要与能量的储存有关，为后续的利用该能量打下基础，储备能量的释放最终提高了纵跳成绩，而关节力矩的增大并不直接导致的纵跳成绩提高[7]；相似的研究也得出了蹬伸的最后阶段，摆臂纵跳和不摆臂纵跳的髋膝关节伸肌力矩均有所减少，并指出这是为后继肌肉的快速收缩做准备[23]。

Lees等认为，摆臂使躯干前倾角度加大，使髋关节周围肌肉能募集更大的力量和较长时间做功，该研究指出，摆臂纵跳髋关节伸展较早且速度较快，但是髋关节(0.4 J/kg)做功并没有增加上体的能量而是转移给了上肢增加了摆臂的能量[7]。

由此可见，上述研究结果并未支持关节力矩增大这一假说。

4 现有理论假说存在的不足

国内、外学者为了科学地解释摆臂提高纵跳成绩的现象已经提出了诸多理论假说，本文根据不同的研究视角讨论并归纳了有关摆臂提高纵跳成绩机制的5个理论假说，即力的传递说、蹬伸时间延长说、动量增加说、拖拽说、关节力矩增大说；体育学界采用不同的研究范式和不同的数据采集方法对这些假说进行了实证检验。尽管上述假说分别从不同角度对摆臂提高纵跳成绩的现象作出了一定的解释，但这些理论的解释力仍显有限，甚至存在如下所述的一些比较明显的不足和缺陷。

1.理论假说还不够完善，5个理论假说都不能全面地解释摆臂提高纵跳成绩的机制。其中有些假设很不完善甚至不切实际，如前3个学说，试图通过力学公式I=Ft=M(V1-V0)的某一方面来解释摆臂提高纵跳成绩的机理：如假说一认识到力的峰值增大能够提高纵跳高度，但是不可否认，相关证据表明单纯地蹬伸力量的较大并不是提高纵跳成绩的关键，该学说忽视了纵跳过程中力的作用是一个持续的过程；假说二认为通过延长力的作用时间可以提高纵跳高度，忽视了时间延长对超等长收缩并非有利这一现象，另外，诸多反例也表明这一解释过于简单，也难以给摆臂提高纵跳成绩的机制一个合理的解释；假说三综合了上述两个观点，认为纵跳高度的增加是由于蹬伸冲量的增大造成的，能较全面地解释摆臂提高运动成绩的原因，具有一定的进步意义，最终也不能完全解释摆臂提高纵跳成绩的原因；再如，关节力矩增大说对上肢肌肉做功的影响因素考虑明显不足。

2.理论假说对摆臂提高纵跳的生物力学机制分析不够深入，虽然5个假说都有直接的实验证据来支持各自的理论假说，但是对产生这一现象的原因分析尚不够深入，也缺乏更深入的实证研究支持。如拖拽说认为摆臂在最后制动阶段对上体具有拖拽作用，并没有给出是什么原因导致这一拖拽现象的存在。

3.对摆臂提高纵跳成绩这一现象的机制进行研究，大多实验研究的注视点似乎都在下肢蹬伸方面，并没有对摆臂的阶段进行合理的划分，而这可能恰恰是分析摆臂影响纵跳成绩的关键点。如关节力矩增大说主要针对的是下肢蹬伸肌群而对上肢肌肉做功的影响因素考虑明显不足；虽然有些研究对蹬伸不同阶段进行了划分，如将蹬伸过程等分为3～4个阶段，或将蹬伸过程等分为前后两个阶段等，这些划分体现了较多的人为因素，划分缺乏必要的理论依据。

4.研究范式的不同以及数据采集方法的不同也会导致不同的研究结果(见前文)。

5.过于强调研究结果的统计学意义，而忽略了研究结果的现实意义。

5 启示

对摆臂提高纵跳成绩的生物力学机制进行探索，要注意考虑摆臂处于不同的阶段可能对纵跳的作用不同，因此，在研究过程中应考虑在相关理论指导下对摆臂的阶段进行科学地划分，深入探索分析不同阶段摆臂的作用与意义，并提供必要的实验依据，这可能是研究摆臂影响纵跳成绩的关键环节。

在探讨摆臂影响纵跳成绩的科学机制时，不宜仅从统计学角度指出摆臂提高了哪些生物力学因素，而应深入探究这些因素发生改变的内在原因。例如，采用环节做功的方式来探讨摆臂提高纵跳成绩的原因，不应仅停留各环节做功的大小和比例上，还应考虑是什么原因导致了两类纵跳下肢各环节做功的差异等。

在探讨摆臂影响纵跳成绩的机制时，不应只对下肢各环节进行探讨，还应深入谈论摆臂动作本身的变化及意义。如纵跳摆臂的最后阶段前臂的快速上摆，由水平状态突然摆至垂直状态，这一状态与立定跳远的摆臂动作肯定存在着差异，深入分析摆臂动作本身可能会为摆臂对纵跳、跳远等各类跳跃动作的影响都具有重要的意义，但是鲜见此类研究。

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The Mechanism Theories of Arms-swing in Vertical Jump

ZHAO Xi-tang

As everyone knows that arms-swing can effectively enhance the vertical jump performance.In order to explain this phenomenon,a number of theoretical hypothesis have been developed by many scholars both at home and abroad,many of them concentrating on force transfer theory,time extension theory,momentum increased theory,dragging theory and torque improvement theory.Those theories have explained how arms-swing increases vertical jump performance from different viewpoints,which have certain significance and value to understand the scientific mechanism of how arms-swing improves vertical jump performance.However,empirical tests reveal mixed results.Although no single hypothesis has received overwhelming empirical support,the usefulness of these theories in explaining the mechanism of arms-swing in vertical jump cannot be ignored,all of them can be learned to further promote the mechanism theory of how arms-swing improves vertical jump performance.

arms-swing;verticaljump;influencingmechanism;theoreticalhypothesis

1002-9826(2016)02-0115-07

10.16470/j.csst.201602017

2015-09-01；

2016-01-15

广东省哲学社会科学“十二五”规划项目(GD14TY01)；广东省教育厅青年创新人才项目(2014WQNCX157)。

赵西堂(1980-)，男，河南兰考人，副教授，博士，主要研究方向为体能训练理论与方法，排球运动教学与训练，E-mail：xitangzhao@163.com。

肇庆学院 体育与健康学院，广东 肇庆 526061 Zhaoqing University,Zhaoqing 526061,China.

G808.1

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