对跳远起跳中的不同摆臂技术原理的探析

虎攀

从目前的跳远实践看，跳远起跳中的手臂摆动技术主要存在两种方式，一种为屈肘做前屈后伸的交替摆动的自然摆臂技术；另一种为摆动腿同侧手臂屈肘外展，异侧手臂屈肘前摆的侧摆臂技术。然而，目前国内相关研究文献未对跳远起跳中的手臂摆动技术原理进行深入分析，致使多数田径教师对跳远手臂摆动技术不能客观认识。因此，为了认识跳远起跳中的两种手臂摆动技术及作用，有必要对其进行深刻审视，明确跳远起跳中的合理手臂摆动技术。

1.跳远起跳中摆臂技术的理论依据

1.1 侧摆臂技术形成的理论依据

侧摆臂技术观点是依据抛射原理，在起跳瞬间人体必须获得适宜的腾起角度，才能够使人体重心呈抛物线轨迹运动。认为人体在缓冲阶段结束蹬伸阶段开始之前，身体重心处于最低点[1]，通过摆动腿同侧手臂侧摆和异侧手臂前摆的摆动动作协调一致地完成提肩拔腰，以获得起跳离地时重心高度的极大值。有上述生物力学的有力证据，跳远起跳中采用侧摆臂的动作技术的观点是完全正确的。

1.2 自然摆臂技术形成的理论依据

自然摆臂技术观点是依据实践经验的总结和研究结论而形成的。采用自然摆臂的动作技术，人体在运动过程中髋关节横轴绕身体垂直轴在冠状面内向起跳腿一侧转动；肩关节的横轴绕身体垂直轴在冠状面内向摆动腿一侧转动，形成躯干的扭转，以保持人体在动态中的平衡。因此，这一观点符合运动生物力学原理。然而，这一观点却遭到了质疑，认为自然摆臂动作对身体重心向上的牵引距离小于侧摆臂技术；另外，认为在起跳瞬间，自然摆动技术虽然有利于保持由助跑获得的水平速度，但易使人体增加前旋动量，而不利于获得适宜的腾起角度。所以，这一观点在跳远运动的实践中有效，但理论依据尚不完善。

2.跳远起跳中不同摆臂技术的生物学和力学特点

大家都知道，跳远起跳的目的是使人体保持一定水平速度情况下，获得尽可能大的垂直速度[2]。根据跳远起跳瞬间人体所受到的垂直力和水平力冲量(mv=Ft)的特点可知[3]，人体完成起跳动作的目的是使人体的水平速度(Δvx)快速减小(减小的水平速度值保持在合理的数值范围内)，垂直速度(Δvx)快速增大。因此，起跳动作的合理性，是使人体在起跳瞬间获得垂直速度极大值的必要条件。当起跳腿在着地缓冲阶段时，合理的摆臂动作能够使起跳腿获得相对更大的额外载荷；在蹬伸阶段时，因摆动动作的角加速度值逐渐减小，起跳腿获得的额外载荷也相应减小。因此，跳远在起跳时的缓冲阶段，侧摆臂和自然摆臂状态下向上的摆动制动，必然产生向下的惯性力作用于起跳脚，使得起跳腿的肌肉由退让性收缩转为克制性收缩时获得相对更大的肌拉力，为起跳脚获得更大的支撑反作用力创造良好的起始条件。虽然，不同的摆臂技术的目的具有相同性，但是不同摆臂技术产生的摆动制动效果却不相同。

2.1 肩部三角肌工作的特点

起跳瞬间如果采用侧摆臂技术，摆动腿同侧手臂必然经体前划弧完成外展至水平位，也即是上臂外展角度为90°，从图1可知，此时在肩关节处的三角肌中部肌纤维必然进行近固定向心收缩，但该肌肉不能产生最大收缩肌力(此肌在上臂外展的角度为0°-90°)，是必在摆动制动的过程中，三角肌中部肌纤维近固定向心收缩使上臂外展向上的角加速度相对较小，起跳腿肌肉获得的载荷相对较小(起跳腿肌肉做退让性收缩)，进而减小了起跳脚获得的支撑反作用力。如果上臂摆至水平侧展时仍继续上摆，也即是上臂外展角度大于90°，虽然三角肌中部肌纤维能产生最大收缩肌力，但是整个摆动制动的时间较长，会出现起跳延时现象，使得人体腾起的高度受限。然而，侧摆的摆臂方式在侧摆完成之前，两臂是做自然前后摆动，也即是手臂屈肘做前屈和后伸的连续交替动作，而当摆动腿同侧手臂做前屈动作时，三角肌前部肌纤维近固定收缩而不能使三角肌中部肌纤维的弹性成分被预先拉长。因此，在三角肌中部肌纤维近固定收缩完成侧摆动作时未储存弹性势能，是必在摆动制动过程中三角肌中部肌纤维近固定收缩不能产生最大收缩肌力。

在起跳瞬间如果采用自然摆臂技术，也即是手臂屈肘做前屈和后伸的连续交替动作。当手臂做前屈动作时(摆动腿同侧手臂)，其三角肌前部肌纤维(如图2)近固定收缩必然预先拉长后部肌纤维(做退让性收缩)的弹性成分，当手臂做后伸动作时，三角肌后部肌纤维由退让性收缩转为近固定克制性收缩的时间间隔(Δt)相对较短，因此该肌肉的弹性势能利用率较高且能产生最大收缩肌力。

图1 三角肌起止点示意图[4] 图2 三角肌前部(右侧)示意图 [4]

2.2 摆臂制动形成的力矩特点

在跳远起跳时，如果采用侧摆臂技术摆动制动起跳，摆动腿异侧手臂向前屈肘摆动必然产生绕人体垂直轴的动力矩，同侧手臂屈肘外展摆动必然产生绕人体矢状轴转动的动力矩。因该摆臂动作必然形成一个向后的翻转动力矩和一个相对身体对侧的翻转动力矩。根据力矩平衡条件可知，该二力矩的代数和不为零，即侧摆臂的两个动力矩不能相互抵消。同时，在摆动腿迅速高摆带动骨盆绕躯干纵轴向摆动腿同侧转动时，侧摆臂中形成相对身体对侧的力矩，未能使躯干上下肢同时绕躯干纵轴的反向转动[5]，即肩轴与髋轴的转动不能促进躯干的扭转，致使人体不能保持动态中的平衡，进而影响起跳蹬地的发力，导致完成空中展体动作的效果欠佳。

然而，自然摆臂技术在完成摆动制动起跳瞬间，双臂绕人体垂直轴做自然前后摆动必然产生向前和向后的两个方向相反的动力矩。从如图3可知，M1是起跳瞬间摆动腿和摆动腿异侧手臂快速上摆制动获得的方向向后的动力矩；M2是起跳瞬间摆动腿同侧手臂的后摆和起跳脚制动人体固有的惯性力而形成的方向向前的动力矩。动力矩M1产生向后翻转的角动量能够抵消动力矩M2产生向前翻转的角动量，人体在起跳进入腾空阶段时不会产生任何向前或向后旋转的现象。另外，当摆动腿迅速高摆带动骨盆绕躯干纵轴向摆动腿同侧转动时，自然摆臂形成的两个方向相反的力矩，让肩轴与髋轴的转动促进了躯干的扭转，使得人体能够在动态中保持相对平衡，获得相对大的支撑反作用力。

图3 自然摆臂技术手臂摆动制动所产生的力矩示意图

2.3 摆臂制动获得的转动惯量特点

在起跳时采用侧摆臂的摆臂技术，摆动腿同侧手臂必然由前屈经体前划弧至水平位外展完成快速摆动制动，是必使手臂绕肩轴摆动的半径增大，手臂在同等收缩肌力条件下的转动惯量(I=mr2)增大，使手臂在完成摆动制动过程中的角加速度相对减小。由于加速度向上惯性力向下，人体获得的垂直向下的惯性力必然作用于地面，使人体获得垂直向上的支撑反作用力相对减小，动力腿完成克制性工作的时间延长，因而人体在起跳结束瞬间获得的垂直速度相对减慢。然而，自然摆臂的起跳方式，摆动腿同侧手臂是以肩关节为轴由前向后小半径的快速转动，因此在同等收缩肌力条件下的转动惯量减小，使手臂在完成摆动制动过程中的角加速度相对增大，使人体在起跳结束瞬间获得的垂直速度相对增大。

由于采用侧摆臂的起跳动作，两臂在摆动制动过程中形成的二力矩不能相互抵消，易破坏人体在起跳结束时的相对平衡性。如果从作用效果的片面观看，侧摆臂的起跳动作，虽然也能增大人体在起跳结束瞬间获得的垂直速度，但是从起跳过程中人体获得的支撑反作用力的大小和旋转特点的整体观看，该摆臂的作用效果是在人体获得转动惯量的增大和支撑反作用力减小基础上的增大，使人体获得的垂直速度相对较慢。因而，侧摆臂的起跳动作，必然是转动惯量相对大、支撑反作用力相对小、动力腿的工作时间相对增长，使人体克服阻力产生的有效力值相对小，但采用自然摆臂的起跳动作就具有相反的情况[6]。

3.跳远起跳摆臂技术在教学中的客观性认识

3.1 不同摆臂技术的教学效果

对分别采用自然摆臂和侧摆臂技术的教学效果进行比较，需从运动能力水平的两个阶段性予以认识。首先，分别采用侧摆臂和自然摆臂动作的技术教学在低水平运动能力阶段，其运动能力效果没有显著性差异，原因在于低水平运动能力阶段,机体工作肌肉的收缩肌力小、完成动作在时间和空间上都不精确[7]，造成摆动制动完成瞬间的突停时间长和动量矩传递值相对小，使后续完成动作的空间相对受限，因此在获得远度成绩方面，采用两种摆臂技术的教学效果没有明显的区别。其次，分别采用侧摆和自然摆臂动作的技术教学在高水平运动能力阶段，其运动能力效果具有显著性的差异，原因在于随运动训练水平的提高，虽然机体工作肌肉的收缩肌力在增大、完成动作在时间和空间上精确程度逐渐提高，但是侧摆臂动作的技术教学发展空间随运动训练水平的提高而受到局限，主要表现在在摆动制动完成瞬间人体获得的垂直速度相对较慢，腾起初速度较小，造成腾空展体动作完成时间相对缩短，继而缩短S2的距离。而自然摆臂动作的技术教学发展空间随训练水平的提高而无限增大，该摆臂方式符合人体运动属性和力学原理，小半径的摆动不仅提高了肌肉收缩做功的效率，而且增大了腾起初速度为获得S2的极大值提供了有利条件。因此，在高水平运动能力阶段，侧摆和自然摆臂两种技术教学方式存在显著性差异。

3.2 在教学中应注意的问题

从前面的分析可知，为了获得较好的摆动制动效果，必须做出合理的摆动制动动作。因此，在起跳时获得最大垂直初速度的起跳动作为：摆动腿大腿高摆至水平位制动、小腿与大腿呈90°角和踝关节背伸，起跳腿克制性收缩呈直立和踝关节最大背屈，摆动腿异侧手臂为上臂体前水平制动和肘关节呈直角状、同侧手臂为上臂最大后伸和肘关节呈直角状制动。鉴于该起跳摆臂动作，在技术教学中需注意以下问题：首先，手臂的摆动制动时机能够与摆动腿的制动时机协调配合，充分利用摆臂制动所产生的作用；其次，在摆动制动结束时起跳腿同侧臂的上臂必须为水平制动，如果上臂摆至水平位仍然继续上摆，三角肌前部肌纤维继续收缩必然出现肌纤维滑行空间受限，产生粗肌丝上的横桥重叠使其与肌动蛋白上的活性位点相结合数目减少，导致肌力迅速下降，虽然三角肌前部肌纤维的肌力迅速下降也能使手臂继续上摆，但是手臂的继续上摆延长了制动的时间，使得起跳腿获得的支撑反作用力不能满足起跳腿起跳动力的需要，所以在摆动制动过程中必须控制好手臂摆动的幅度；第三，在教学中不能一味地只注重空中展体动作的教学，而忽视起跳的手臂动作，这样的做法容易造成“顾此失彼”的现象，不能取得较好的教学效果。

4.结论

4.1 自然摆臂技术能够动用三角肌后部肌纤维的弹性成分，使其在近固定收缩时能产生最大收缩肌力。

4.2 自然摆臂技术能够绕身体纵轴产生向前和向后的两个力矩相互抵消，保持人体在动态中的平衡。由于自然摆臂技术的转动半径小，转动的角加速度大，能够为起跳腿提供足够的起跳动力。

4.3 在低水平运动能力阶段分别采用侧摆和自然摆臂技术，其运动能力效果没有显著性差异，但在高水平运动能力阶段具有发展空的差异，其差异表现在S2的距离上。

4.4 只有对跳远起跳中的摆臂技术原理进行深入的认识，才可能在教学中选择适合该项目摆臂技术教学的系统方法。