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分析立定跳远起跳、腾空与落地等环节中的生物力学

时间:2014-05-16 来源:未知 作者:学术堂 本文字数:5159字
论文摘要

  一、问题的提出

  不同阶段,学生的力量、速度、耐力、灵敏和柔韧等身体素质各不相同,为此,教师必须在不同的阶段,根据学生的身体素质情况,选择不同的体育项目,供学生练习、锻炼。初中阶段是学生力量素质发展的敏感期,此时,教师必须增加力量教学和训练比重。各种跳跃运动是发展力量素质的最好方法,立定跳远作为提高学生下肢力量、爆发力的运动项目,没有过多的条件约束、简便易行,是训练学生下肢力量及爆发力的一项重要运动,能够有效地提高学生的身体素质。因此,为了提高学生立定跳远的成绩,本文就利用运动生物力学原理对立定跳远技术进行了分析,以期通过理论指导学生实践,使学生掌握正确的练习方法。

  二、研究对象与方法

  本文以立定跳远运动为研究对象,从生物力学角度谈起,就其学练法进行了一番梳理,研究过程中运用到了文献法、教学实践法以及总结提炼法等。

  三、结果与分析

  (一)立定跳远成绩的组成分析

  如图1所示,立定跳远的成绩S=S1+S2+S3。S1是双脚起跳离地瞬间身体重心投影点至起跳点之间的距离,S1的大小取决于三个因素:一是身高、腿长,身高腿长在起跳角不变的情况下,重心高则S1增大;二是对于同一练习者,起跳角a的角度越小,S1越大,角度越大,S1越小,但这并不等于说起跳角a的角度越小,立定跳远成绩会越好;三是起跳脚离地瞬间练习者髋、膝、踝三关节及趾关节蹬伸的伸展程度,蹬伸程度越充分则S1越大。S2是起跳脚离地瞬间重心在重心高度水平的抛射距离,根据抛射公式S2=V2×sin2a/g,g为重力加速度是常量,由此可见,S2取决于腾起初速度和抛射角度,腾起初速度越大,则S2也越大,理论上在a=45°时S2最大,但由于空气阻力(可以忽略不计)及考虑S3,实践中a﹤45°,理论证实a=42°时,S2+S3有最大值,这主要是因双脚着地瞬间身体重心低于起跳脚离地瞬间身体重心之故。S3是重心回落到起跳离地重心高度水平线至双脚着地间的距离,它由身高和落地技术动作决定,尽可能收腹举腿、双臂后摆并使双腿较大幅度前伸而又不至于身体后倒的落地技术能获得较大的S3。
论文摘要

  (二)立定跳远的生物力学分析

  1.起跳技术分析

  (1)关节蹬伸速度、幅度。立定跳远的远度主要由髋、膝、踝快速蹬伸及趾关节的末端参与作用而获得,其中各关节的蹬伸速度、蹬伸幅度及协调发力顺序是决定学生立定跳远成绩的关键技术。立定跳远起跳过程可分为下蹲和蹬伸两个环节,前一环节是后一环节的准备和基础,动作质量的好坏对后一环节有着重要的影响。起跳的任务是使人体获得最大腾起初速度及最佳腾起角。根据公式V=2H/t可知,加大起跳时工作距离H,缩短起跳时间t,可以增大腾起的初速度。良好的下蹲动作能为蹬伸创造条件,而下蹲动作能使下肢三关节处于最佳的发力角度,为蹬伸环节做好必要的准备。最大下蹲时下肢三关节角度的不同,会直接影响蹬伸效果,进而影响起跳效果。而最大下蹲过后,下肢关节在短时间内迅速伸展,给地面以爆发性力量蹬离地面的过程称为蹬伸环节。此时,肌肉的工作形式经由下蹲阶段的离心收缩、等长收缩、迅速转变为向心收缩。下蹲阶段伸膝肌群被动拉长,这样,一方面大腿伸展肌群能贮存大量的弹性势能,另一方面肌丝也有了一定的初长度(如果是最适初长度那当然是最好),这就可以使起跳脚对地面施加更大的作用力,从而产生较大的垂直作用力。此外,适宜的下蹲幅度,也能使下肢肌处于最适初长度,产生最快的收缩速度及最大的收缩力量,提高起跳效果。
  研究资料证实,120°-140°是膝关节的最佳发力角度,立定跳远准备起跳时,膝关节角度小于最佳发力角度,对于成绩的提高是有利的,一般都从90°左右开始蹬伸发力,且蹬伸过程中,膝关节的角度必须超过135°,有研究显示“膝关节角在135°以上的范围进行发力时,屈膝肌群(股二头肌、半腱肌、半膜肌、腓肠肌)积极参与伸膝活动,其发挥的力量较大,而且随着膝关节角度的增加而增大”。当然,双脚起跳脚离地瞬间,理想的下肢姿势是髋、膝、踝三关节完全伸直,这样既能充分发挥三关节的肌肉力量,使力的作用点通过身体重心,又能增大力的做功距离,使双脚离地瞬间有较高的身体重心。踝关节与髋关节和膝关节相比是小关节,但在立定跳远项目中却有着非常重要的作用。“起跳阶段踝关节的屈伸能力决定起跳阶段的蹬伸程度,踝关节在跳高起跳过程中起着关键作用。”踝关节的柔韧性和肌肉力量是影响立定跳远成绩的两个重要指标,因此在立定跳远练习中我们应对学生的踝关节进行有针对性的柔韧性和力量训练,采用多种方法与手段以提高学生的踝关节力量与伸展幅度。
  下肢三关节的协调用力能力对立定跳远成绩也起着至关重要的作用。根据大关节先运动原理,立定跳远首先应当是髋关节进行发力,其次是膝关节,最后是踝关节进行用力。这种协调用力能力就如同加速度逐渐减小的变加速运动,加速度逐渐在减小,但速度却不断增大。三关节完全伸直后,就能使作用力通过身体重心,提高力的利用率,进而提高起跳效果。
  (2)两臂摆动速度及幅度。在起跳阶段,当两臂加速上摆时,身体会产生一个方向向下的作用力,此力通过起跳腿传递到地面,从而增大了人体对地面的垂直作用力,同时地面也会给人体一个大小相等而方向相反的作用力。这样,在起跳结束瞬间,运动员就可获得一个较大的垂直速度,从而跳到更高的高度。在起跳瞬间,手臂的摆动对起跳效果有着非常重要的作用。从生物力学角度来讲,手臂的摆动速度应越大越好,当双腿下蹲缓冲时,两臂由身后较高位置加速向下摆动,可以减小起跳腿对地面的作用力,避免起跳腿受力过大而过度屈曲,影响起跳效果。而在起跳蹬伸阶段,两臂加速向上摆动,会对躯干施加向下的作用力,这种作用力通过起跳腿传至地面,进一步增加了起跳腿对地面的垂直作用力,根据牛顿第三定律,此时地面也会给人体一个大小相等、方向相反的反作用力,与不摆臂或摆臂速度很小相比,将引发地面作用于人体更大的反作用力。这样在运动员起跳结束瞬间,由于力的增加便能产生更大的垂直速度。另外,双臂摆动后上举,也可以提高人体重心的位置。有研究显示,双臂及摆动腿完全向上伸直,可以使重心提高约身高的1/10。当起跳结束瞬间,双臂快速制动,其惯性力的方向是向上的,能对起跳腿起到减压的作用,对起跳腿的三关节快速蹬伸,特别是对力量较弱的踝关节快速大幅度伸展有着重要作用,对快速拔腰、提肩,带动身体重心快速上升有积极作用。理想的手臂动作,应是下蹲结束瞬间,两臂在体后尽可能高的位置;在蹬伸阶段,两臂应该向下、向前和向上快速有力地摆动。在摆动时,肘关节不应太弯曲,理想的角度大约在90°与完全伸直之间。我们可以用双臂向上摆动的平均垂直速度和摆动幅度来评定摆动效果。在起跳过程中,双臂摆动的平均垂直速度当然是越大越好,还应有较大的摆动幅度。这对于提肩拔腰动作和双脚离地瞬间的身体重心高度都有影响。需要注意的是,臂的摆动幅度并非越大越好,但一般双臂的肘关节不应低于肩关节,这样才能形成有力的摆动和制动,提高起跳效果。

  2.腾空阶段技术分析

  当双脚离地瞬间起跳动作完成,人体便以初速度V进入斜抛的腾空阶段。当人体重心达到最高点开始下降时,上体要积极下压,同时双臂也应迅速向前下方摆动,并同时收腹举腿,同时为落地动作做好积极的准备。这不仅要求学生有积极的落地意识,还要求其有较强的腰腹肌力量。

  3.落地阶段技术分析

  当双脚与地面接触瞬间,身体各相应关节应进行积极的屈曲缓冲,双臂积极向后下方摆动并积极制动。当人体通过下肢与地面相互作用时,下肢各关节肌肉虽积极收缩,但由于重力的作用,仍被拉长作离心收缩,完成退让工作。由冲量定理可知,△Ft=△mv,F=△mv /t,mg为人体体重是定量,因此若想减小人体落地时对地面的冲击力,就必须延长力的作用时间。这种缓冲动作对于动作的顺利完成及人体保护有重要的作用。

  (三)立定跳远的学、练法分析

  1.踝关节的力量及柔韧性学、练

  通过力学及技术分析,我们可知道踝关节虽然相对于髋关节和膝关节是小关节,但它的力量及柔韧性对立定跳远同样有着非常重要的作用。
  (1)僵尸跳:这主要是用来发展踝关节、小腿和足弓肌群的肌肉力量。双手叉腰或自然下垂,髋关节和膝关节伸直,主要以踝关节的屈伸来完成动作。要求:两脚左右开立、平行向前,等于或略小于肩宽,起跳时踝关节尽最大幅度伸展,落地时用前脚掌着地屈踝缓冲,接着再跳起,每次练习50-60次,练习4-5组。
  (2)单脚僵尸跳:发展小腿、脚掌和踝关节力量。上体正直,膝部伸直,单脚向上跳起。跳时主要是用踝关节的力量,用前脚掌快速蹬地跳起,离地时脚面绷直,脚尖向下。原地跳时,不规定跳的次数,以踝关节发酸为准,然后换脚。每次练习重复4-5次。
  (3)跪膝:此项练习在游泳初级训练中较为多用,主要用来发展踝关节柔韧性。要求双膝、双踝靠拢跪于地面,臀部坐于双脚后跟之上。每次练习3-5分钟。

  2.膝关节技术、力量及摆臂配合学、练

  膝关节是人体大关节,其力量的强弱直接影响着学生的立定跳远成绩。
  (1)蹲跳起:主要发展腿部肌肉和踝关节肌肉力量。双脚左右开立,脚尖平行,等于或略小于肩宽,屈膝向下半蹲(膝关节角度最好等于90°),肘关节角度约120°,两臂自然后摆,起跳时两臂迅速有力地向前上摆,肘关节不低于肩关节,当脚尖等离地面时迅速制动,起跳时两腿迅速蹬伸,使髋、膝、踝三个关节充分伸展,身体成一直线,最后用脚尖蹬离地面向上跳起,落地时用前脚掌着地屈膝、曲踝缓冲,接着再跳起。每次练习25—30次,重复3—4组。
  (2)连续蛙跳:主要发展下肢肌肉力量、起跳技术及上下肢的协调蹬摆能力。双脚左右开立,脚尖平行,等于或略小于肩宽,屈膝向下半蹲,当膝关节下蹲至90°时开始蹬伸发力准备起跳,肘关节角度约120°,下蹲时两臂自然后摆,起跳时两臂迅速有力地向前上摆,摆动幅度为肘关节不低于肩关节,当脚尖蹬离地面时迅速制动,起跳时两腿迅速蹬伸,使髋、膝、踝三个关节充分伸展,身体成一直线,最后用脚尖蹬离地面向上跳起,落地时用全脚掌着地屈膝、曲踝缓冲,当膝关节缓冲到90°时,双臂摆至身体后下方,接着再跳起。每次练习10跳,重复3组。开始对远度不提出过多要求,主要以练习上下肢的协调技术为主,因为动作技能的形成是一个复杂的、链锁的、本体感受的过程,只有在技能形成后,才能逐渐提高强度,打破动作平衡,重新建立动作平衡。
  (3)跳伸练习:主要发展大腿肌肉退让性工作能力。双脚平行站立于约50cm的台阶上,向前下方跳出,双脚落于小垫子上屈膝缓冲,当膝关节被动屈曲至90°时双臂由前上方摆至身体后下方,同时快速蹬伸、摆臂向前上方跳出,要求下肢三关节完全伸直,肘关节摆至肩关节上方,突然制动。每次练习6—8次,重复3—4组。膝关节这种退让性工作能力增强,可以提高起跳时下蹲的速度,使退让性工作肌群产生更大的弹性势能,缩短起跳时间,从而获得更大的初速度,提高学生立定跳远成绩。
  (4)哑铃摆臂:主要发展上肢及肩带力量。手持哑铃肘关节成120°,双脚成左右前弓步前后摆臂,要求摆动幅度要大,每组练习50—60次,重复4—5组;两脚尖平行等于或略小于肩宽左右开立,双手持哑铃从体侧至双臂水平再至两臂肩上举,每组练习30次,重复3组。
  (5)手持哑铃双脚左右开立跳:主要发展踝关节、肩带力量及上下肢协调能力。两脚开立至少大于肩宽,开立时双臂摆至水平,并拢时摆至体侧,要求动作连贯,节奏感强。每次练习30—40次,重复3—4组。

  3.起跳角度及落地技术练习

  实践中我们发现,学生起跳角度几乎没有过大而都是偏小,为了纠正学生的这一错误动作,教师可利用小垫子来提高学生的起跳角度,如图2所示。小垫子斜面与地面成42°角,要求起跳时身体成一直线与垫子平面平行,当身体重心达到最高点时收腹举腿,积极准备落地动作。为了能够更好地完成收腹举腿动作及意识,我们应尽量让学生采用跳远中的滑坐式落地方式,有小垫子的保护,这种落地方式已成为可能。

  四、结语

  通过立定跳远的生物力学分析,我们得知影响立定跳远成绩的主要因素是下肢三关节肌肉力量及蹬伸幅度、起跳角度及上肢摆臂技术。有了理论指导,我们便可以有针对性地进行学、练,从而提高练习效果。

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