跑步机坡度为4时不同跑步速度的关节角度对比分析

袁雪雪

1 前言

运动生物力学的主要研究方向就是运用力学等知识对人体在运动方面进行解剖研究，并找出最适合最有效的运动轨迹或方法来提高人的运动技术，规范人的运动轨迹。目前许多国内外著名专家、学者开始并进行利用生物力学的知识来研究体育运动的动作，找出普遍的运动规律和提高运动机能与技术，使体育项目得到更好更合理的发展和推进。本文主要通过多种科学有效的研究方法，利用生物力学的相关知识控制相同坡度、对不同速度跑步时各关节角度的大小及变化发动进行实验研究，并得出随速度的增加左右关节角度运动曲线越来越相似，希望本次研究为未来相关体育动作的研究奠定一定研究基础。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

本次研究是以我校研究生学院2017级体育研究生的某个学生为研究对象。该学生身体素质良好，身高168cm、体重61kg、心率为70次/min、肺活量3564ml，并无任何疾病或疾病史。

2.2 研究方法

2.2.1 文献资料法

通过在图书馆查阅有关跑步速度与角度的相关书籍、期刊等资料，并在中国知网、力学相关网站以及其他网站查阅相关论文、视频等资料。了解近几年国内众多学者对力学和体育方面的研究，研究力学对体育动作分析的重要作用，为以后力学在体育的研究提供一定的研究基础。

2.2.2 个案研究法

以我校研究生学院17级体育研究生的某个同学为研究对象，将其在运动过程中的关节角度变化记录，并进行分析。

2.2.3 实验法

选取进行实验的研究生在坡度为4的跑步机上进行实验。进行实验时，实验者的跑步速度分别为4m/s、5m/s、6.5m/s，进行实验时实验者现在跑步机上进行跑步，直到跑步速度为匀速后，在进行拍摄视频工作。然后运动数据软件进行处理分析。

2.2.4 数理统计法

将实验所得到的视频运用APAS进行处理并得到有关数据运用EXCLE进行统计分析。

2.2.5 逻辑分析法

把实验所得的数据进行分析后和了解到的文献资料进行逻辑分析，撰写有关研究的论文。

3 研究结果与分析

此次试验是在坡度为4度的跑步机上共分为3种不同的速度进行实验研究，并对每一种跑步速度的踝关节角度、膝关节角度和髋关节角度分别进行研究。

3.1 坡度为4、速度为4m/s时各关节的对比分析

在坡度为4、速度为4m/s时，运用APAS软件提取踝关节角度、膝关节角度和髋关节角度的相关数据，运用EXCLE处理相关数据制作成表格，并进行对比分析，见图1。

图1 坡度为4、速度为4m/s时各关节的对比分析表

由图1分析得出，在坡度为4、速度为4m/s的条件下，研究踝关节角度、膝关节角度、髋关节角度以及重心的变化。左踝关节和右踝关节的折线进行对比，右踝关节角度折线变化比左踝关节角度折线变化较为明显，说明跑步时右脚踝关节运动角度比左脚踝关节运动角度变化的比较明显，并且右脚踝关节运动角度一直远远大于左脚踝关节运动角度，以及右脚踝关角度的最小值也大于左脚踝最大值；左膝关节角度和右膝关节的折线进行对比，左膝关节角度折线变化与右膝关节角度折线变化都非常明显，说明跑步时左膝关节运动角度与右膝关节运动角度变化也是都比较大，左右膝关节在运动过程中存在着两个交叉点说明两个膝关节的运动是交替进行的，这也符合人体跑步时膝关节交替进行的原则；左髋关节角度和右髋关节的折线进行对比，左髋关节角度折线变化与右髋关节角度折线变化都有一定的变化但不非常明显，说明跑步时左髋关节运动角度与右髋关节运动角度变化都是比较小，运动幅度不大，左髋关节运动角度大于右髋关节在运动角度，且左右髋关节运动角度在一个运动周期中存在着交叉点；重心运动长度变化幅度相对较小。

3.2 坡度为4、速度为5m/s时各关节的对比分析

在坡度为4、速度为5m/s时，运用APAS软件提取踝关节角度、膝关节角度和髋关节角度的相关数据，运用EXCLE处理相关数据制作成表格，并进行对比分析，见图2。

由图2分析得出，在坡度为4、速度为5m/s的条件下，研究踝关节角度、膝关节角度、髋关节角度以及重心的变化。左踝关节和右踝关节的折线进行对比，左右踝关节运动角度的变化幅度相对较小，但左踝关节角度与左髋关节关节角度有4次的交叉点，与图1相比左踝关节运动角度有所减小但不是十分明显，而右踝关节与图1相比角度变化比较明显，角度有了明显的减小，可以理解为跑步速度的加快可以较小踝关节的运动角度；左膝关节运动角度与右膝关节运动角度相比，左膝关节运动角度变化相对较小，右膝关节运动角度变化幅度非常明显，但左右膝关节运动角度变化曲线发生了小部分重叠现象，与图1相比左膝关节角度有了明显的增高且变化幅度减小，右膝关节角度幅度变化幅度较大，与图1相比变化角度有所较小；左髋关节角度和右髋关节的折线进行对比，左髋关节角度折线变化与右髋关节角度折线变化都有一定的变化幅度但不非常明显，左髋关节运动角度远远大于右髋关节角度，与图1相比左款关节运动角度有了明显的增加，右髋关节运动角度有了微微有了提高，但提高幅度不大；重心运动长度变化幅度相对较小，与图1相比变化幅度减小。

图2 坡度为4、速度为5m/s时各关节的对比分析表

3.3 坡度为4、速度为6.5m/s时各关节的对比分析

在坡度为4、速度为6.5m/s时，运用APAS软件提取踝关节角度、膝关节角度和髋关节角度的相关数据，运用EXCLE处理相关数据制作成表格，并进行对比分析，见图3。

图3 坡度为4、速度为6.5m/s时各关节的对比分析表

由图3分析得出，在坡度为4、速度为6.5m/s的条件下，研究踝关节角度、膝关节角度、髋关节角度以及重心的变化。左踝关节和右踝关节的折线进行对比，左右踝关节运动角度的变化幅度相对较小，同时左踝关节角度与右踝关节关节角度有2次的交叉点，与图1相比左踝关节运动角度有所增加但不是十分明显，而右踝关节与图1相比角度变化比较下降十分明显，角度有了明显的减小，左踝关节角度和有踝关节角度随速度的增加变化幅度也来越相近；左膝关节运动角度与右膝关节运动角度相比，左膝关节运动角度变化与右踝关节运动角度变化幅度差距不大，同时左右膝关节运动角度变化曲线出现了2次的交叉点，与图1相比左膝关节角度有了较为明显的减少但变化幅度没有非常明显的变化，与图1相比右膝关节角度幅度变化幅度不大，变化角度有所较小；左髋关节角度和右髋关节的折线进行对比，左髋关节角度折线变化与右髋关节角度折线变化都有一定的变化幅度但不非常明显，且左髋关节角度变化折线与右髋关节角度变化这些有4次的交叉点，同时左髋关节运动角度略大于右髋关节角度，与图1相比左款关节运动角度有了明显的减小，右髋关节运动角度有了微微有了减小，但提高幅度不大；重心运动长度变化幅度相对较小，与图1相比变化幅度减小。

3.4 坡度为4、速度为4m/s、5m/s、6.5m/s重心长度对比分析

在坡度为4、速度为4m/s、5m/s、6.5m/s时，运用APAS软件提取相关数据，运用EXCLE处理相关数据制作成表格，并进行对比分析，见图4。

图4 坡度为4、速度为4m/s、5m/s、6.5m/s时重心的对比分析表

由图4得知，在坡度为4速度分别为4m/s、5m/s、6.5m/s时，重心长度的也在不断的变化之中，由图的表面不难看出，在相同的坡度上，随着速度的增加重心长度的变化会不断地减小。

4 结论与建议

4.1 结论

通过实验得出在相同的坡度上，随着速度的加快左右踝关节运动角度、左右膝关节角度以及左右髋关节运动角度变化左右幅度越来越相似，左右差距越来越小；重心随着速度的加快越来越趋于稳定。

4.2 建议

由于研究的是按个体没有极大的说服性，下一步研究更多群体，为未来的研究提供一定的研究价值。