跳台滑雪项目对运动生物力学的分析

王建勋

一、生物力学与跳台滑雪项目的介绍体会

跳台滑雪起跳需要巨大的组织需求，需要的基础设施为一个包含索道或电梯的跳台。因此，跳台训练时可以适当增加训练次数。此外，飞行和着陆阶段都被认为具有高风险。生物力学已经对专项性能提升、起跳限制因素、具体训练和调节、空气动力学和安全性等方面进行了研究，这些条件可能也正好解释了生物力学研究存在悠久历史的原因。

二、跳台滑雪完整动作

跳台滑雪运动可以分为以下六个阶段：助滑中、起跳、早期飞行、稳定飞行、着陆准备和着陆。每个动作都有其特定功能，通过跳台长度和技术质量的最大化可帮助提高成绩。每个阶段的相对成功取决于前一个阶段。

1.助滑

助滑包括开始的直线部分和之后的弯曲部分。助滑中最后一部分的起跳台端，以大约10°的角度向下倾斜。

在离开出发口之后，立即移动滑雪板改变身体蹲下位置，以滑下轨道。在下滑期间，助滑的重点是获得速度，并为起跳建立最佳条件。

2.起跳

起跳被认为是跳台滑雪中最重要和最困难的阶段，因为它必须在极短的时间内确定飞行的初始条件。跳台运动员通常在大约300毫秒内执行整个起跳动作，以避免由于在身体抛物线中起跳而发生的技术困难和时间问题。即使是经验丰富的跳台滑雪运动员，这也是一项具有挑战性的任务，特别是考虑到起跳速度必须高达25米/秒。起跳毫无疑问是所有跳台滑雪运动员的生物力学共同话题。起跳的重点是膝盖爆发式地伸展，通常从弯曲下滑到起跳台端的过渡过程开始。这个阶段的主要目的是提高重心位置质量并获得向前旋转的角动量。重心位置质量、角动量以及一些重要的空气动力学因素，构成了飞行的初始条件。

作用在台端上的起跳力的大小和方向是关键因素。垂直速度的变化与起跳期间的垂直力成正比。位置影响着飞行的初始条件，所以垂直于起跳台端的起跳力应最大化。这可以通过在起跳时进行最大速度的膝盖延伸来达到要求。

起跳期间，跳台滑雪必须围绕助滑重心的向前旋转角动量，以补偿早期飞行期间在滑雪板上拖动产生的向后旋转的角动量。因此，在起跳期间地面产生的反作用力矢量通过重心后方。该作用力是和雪板（摩擦）的地面反应组分后产生。然而，滑雪板和助滑道之间的摩擦力因摩擦系数较小而受到限制。

3.初期飞行

初期飞行阶段包括从起飞到稳定飞行位置的过渡。起跳后，跳台滑雪通过脚踝屈曲逐渐提高滑雪板的前端，使气流与跳台的身体拖动一起作用在滑雪板的下表面。滑雪板的板前面往往向上产生向后旋转的角动量。这种趋势必须通过起跳时跳台产生的向前旋转角动量来平衡

4.稳定的飞行

通过生物力学的学习了解到，这个阶段是由重力、空气动力学提升和牵引力决定的。运动员在这个阶段既要保持稳定的跳台滑雪动作，又要实现最佳的牵引力比。起跳结束时存在的向前旋转的角动量与早期飞行期间产生的向后旋转的角动量完全补偿时，才能达到稳定的飞行位置。实现快速稳定飞行是跳台的重大挑战，影响着比赛竞争成绩。

5.着陆准备和着陆

最后阶段的动作应该为飞行中雪板通过触地提供方便。为了实现良好的飞行距离，跳台应尽可能延长其着陆准备。然而，这种策略可能导致着陆不稳定和失误，从而影响成绩和安全。此外，不使用“分腿着陆”方法进行着陆会在比赛中扣除相应的分数。

6.生物力学方法论

跳台滑雪的生物力学研究可追溯到20世纪20年代中期，试图使用飞行动作计算和风洞测量方法确定飞行中最有利的身体位置。通过研究跳台滑雪历史，已经制定了更好的方法来研究与滑雪起跳相关的运动学，地面反作用力，肌肉激活模式和空气动力学。这些方法被用于研究训练和比赛中的跳台起跳，以及实验室中研究的模拟起跳。图2，风洞测试。

7.未來有关跳台滑雪生物力学的研究方向

通过本次对跳台滑雪项目的学习，了解到跳台滑雪的每个阶段都会影响下一个阶段，调整跳台滑雪的每个过程可以帮助提高性能。起飞是滑雪起跳最重要的阶段。由于器材和体重的调节变化会使飞行受到限制，其相关性甚至会被加强。虽然垂直释放速度较高会有利于起飞，但是不一定要最大化，因为高的前向角速度在起飞期间也是关键因素。相关的角动量是否最大化还是优化并不清楚。许多研究也提出尽快达成稳定飞行位置的概念，为了稳定飞行，还必须考虑到性能、公平、安全和健康等方面。应制定材料性质（如滑雪板，脱离器，连体服）、材料调整以及跳台运动员人体测量法规，为所有跳台运动员提供公平的条件，同时保证运动员的安全并提高观众对跳台项目的关注度。

基于已经开展的生物力学研究和对体育运动中的关键问题的考察，建议今后的跳台滑雪科学研究应包含以下主题：

1.弄清起跳与早期飞行之间的关系以及垂直速度和向前翻转角动量的相对作用。考虑使用嵌入起跳台和同步高速视频中的三维力板的经验方法。

2.根据运动员个人能力找到最佳跳跃模式。

3.分析运动模式的一致性和变异性，提高对运动员高速运动中的调节和控制。

4.开发用于跳台起跳与地面的反作用力。

5.模拟跳台起跳之外的运动学、动力学和肌肉激活。

6.重点分析在台端出台后起飞和着陆期间的肌肉骨骼负荷和模拟跳跃。

7.评估器材修改对滑雪跳台飞行的影响，以提高安全性。

8.调查好跳台的建设基础，以确保跳台运动员的安全，尽量避免受伤风险，并保持比赛的刺激性，吸引更多国人的关注力。

通过改进训练方法、技术诊断和生物力学研究，还可以对跳台滑雪起跳动作和安全性作进一步改进。