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背越式跳高起跳力学分析

南京政治学院基础部军事指挥教研室 李杰
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摘要:本文主要运用运动生物力学研究方法,对背越式跳高起跳技术进行运动生物力学分析。认为背越式跳高起跳技术是背越式跳高最关键的阶段。特别是起跳角度和摆动腿的摆动技术是判断起跳技术的优劣,直接影响到跳高成绩的好坏,在跳高教学中应特别重视。
关键词: 背越式跳高、起跳、力学分析
前言
跳高是一项以自身的能力,通过一定的运动形式,按照有关规则以克服高度障碍为目的的运动项目,它有着悠久的历史,作为一项传统竞技运动项目也有百年之久。如今跳高不仅是世界田径大赛的主要比赛项目,而且也是学校体育教材的内容之一。 背越式跳高作为目前最先进的跳高技术,有着其它过杆姿势不可替代的优越性,快速的助跑和起跳是背越式跳高的优点之一。它能最大限度地挖掘运动员的潜能,创造最优异的成绩。为此本文主要就背越式跳高的起跳力学问题提出一些自己的研究观点,与广大的跳高爱好者共同探讨,为跳高教学与训练做出一点努力。
1. 研究方法
文献法、分析法、对比法
2. 结果与分析
背越式跳高起跳技术按结构分为:起跳脚的着地、缓冲、蹬伸三个阶段。由于背越式跳高起跳技术是一个非常完整的技术,因此我主要对助跑到起跳的过渡以及起跳阶段。
2.1实现水平速度向垂直速度的转换在于起跳
起跳是背越式跳高起跳技术的关键技术,其任务是迅速地改变人体运动方向,创造尽可能大的垂直速度和合理腾空角度,并为过杆动作的顺利完成创造条件。从某种意义上讲,在最后一步摆动腿着地瞬间就进入了起跳。这种认识是从跳高的完整性出发的,认为助跑是起跳的准备,起跳是助跑的继续。按照动作的结构,可把起跳动作分为起跳腿的着地 缓冲 蹬伸三个阶段。
2.1.1起跳腿的着地阶段
助跑的最后一步摆动腿支撑人体重心移过垂直部位后, 起跳脚迅速迈向起跳点。此时要依靠摆动腿的有力蹬伸,保持身体内倾姿势向前送髋，使起跳腿一侧的髋超越摆动腿一侧的髋,在保持肩轴与横杆几乎垂直的情况下,形成肩轴与髋轴的扭紧状态,髋轴与横杆约45º角。起跳脚要以外侧脚跟接触地面,继续通过脚外侧滚动至全脚掌,脚尖稍向助跑弧线的切线方向。
2.1.2 起跳脚的缓冲阶段
起跳脚以脚后跟先着地然后迅速过渡至全脚掌。紧接着进行屈膝缓冲,这样不仅可以减小因快速助跑被制动后所产生的力量,而且可以使起跳的伸肌群处于良好的拉长状态,形成一种能够用力伸展的理想姿势,这时身体结构有点类似于受压缩的弹簧。
根据有关资料对腿的结构所做的理论研究表明,要想得到最好的效果,膝部屈曲的角度应为125º，事实上,大多数跳高运动员都没有这样明显的屈膝,俯卧式跳高运动员的最大屈膝角度为135°,而背越式跳高由于最后一步着地时的制动力量较小,其缓冲的最大角度为140°,均明显大于理论的最佳角度,即没有足够屈膝形成最佳的肌肉发力条件,其主要原因在于为快速蹬伸创造有利条件,这点又以背越式表现的较为突出。这种技术也从一个方向反映了当代跳高技术的特点就是快速的助跑加快速的起跳。
在背越式跳高中存在着两种类型:一种是以力量为基础的幅度型背越式(也叫力量型),其特征为起跳时间较长;另一种是速度为基础的速度型背越式,其特点是助跑快,起跳时间短。根据有关资料对世界优秀跳高运动员屈膝角度的统计分析可以看出,速度型背越式跳高屈膝角度为140°--148°力量型背越式跳高为138°--142°。缓冲过大导致膝关节角度减小,其结果还是增加了起跳时间,就是因身体重心的速度迁移,使起跳腿无法快速蹬伸,而难以成功地完成起跳。
2.1.3 起跳腿的蹬伸阶段
在起跳腿的蹬伸阶段,表现为摆动腿和双臂的快速上摆,同时伸展起跳的髋、膝、踝各关节,形成有力的下蹬动作,当蹬伸至即将着地时,摆动腿和双臂向前上方的快速摆动对提高起跳效果有着重要影响。判断运动员起跳技术的好坏,主要有两个方面:一是看摆动腿摆动的方向和平衡能力;二是看起跳角度和初速度。
1. 摆动腿的摆动
要获得最佳的起跳效果和过杆技术,就必须充分地利用摆动腿及上肢协调配合,完成背越式跳高起跳的完整技术。摆动腿配合起跳腿积极协调的摆动,对运动员的起跳有着以下几个方面的优点:
① 减少起跳时的踏跳时间,增加起跳功率
当运动员的起跳脚踏上起跳点时,加快摆动腿的摆动,可缩短起跳腿的蹬伸时间,达到为快速起跳创造有利条件。根据力学原理,起跳功率取决于单位时间内所做的功。而功的大小又取决于力量和距离的乘积。以公式展示:
功率=功∕时间=力×距离∕时间
这就是说,运动员起跳力量和肌肉工作的距离相对不变的前提下,缩短跳﹑蹬﹑伸时间,必然会增大起跳功率。根据牛顿第三定律,摆动腿和摆动速度,也就减小蹬地时间,加大了起跳功率。
② 促进人体积极向上腾空,增加垂直速度
当人体完成踏跳以后,身体由于助跑和蹬跳而转变成沿水平速度和垂直速度的合力向上腾起。跳高的原则是把助跑获得水平速度尽可能地转变成垂直速度。当人体结束踏跳时,加快摆动腿的向上摆动的速度其目的是减小水平速度,增加垂直速度。
③ 保持人体空中平衡,促进人体达到最高点时背对横杆过杆
当人体踏离起跳点以后,人体应是侧对横杆,而不是背对横杆起跳,这时人体的动力来源:第一是克服弧线助跑的离心力,转水平分力为垂直分力;第二是靠摆动腿向上和向内的摆动力量,促使人体沿抛物线运行过程中,人体沿身体达到抛物线最高点时背对横杆过杆。
④ 为运动员在杆上的背弓创造有利条件
当身体离开起跳点以后,身体沿合力的方向运行到最高点时,这时摆动腿应该向下放腿,根据杠杆原理(空中动作补偿原理),虽然身体重心运动轨迹不会改变,但挺髋能使髋部远离横杆,提高成绩。
FL

F1L1 F2L2
　　　　　　　　　　　　　　（图１）
三者力矩关系为:FL=F1L1+F2L2
在横杆上做出合理的背桥动作,这也正是背越式跳高的特点—背弓。良好的背弓将为提高跳高的成绩打下良好的基础。
2. 起跳角度
根据力学原理分析,跳高起跳角是在水平速度和垂直速度的相互作用下形成的。在水平速度是一定时，水平速度越大腾起角度越小。
物体按90°发射能获得最大的高度,按45°发射能获得最大的远度,但在体育运动中跳高不能达到90°,一是有水平速度作用,二是起跳和落地不在一点上,因而加大起跳角对提高成绩有很大意义。
从高度跳跃H=H1+H2-H3(图2)中看到,跳高必须提高H1(重心离地面的高度)和H2(人体跳起重心达到的最大高度)。而提高H2必须合理地提高水平速度和垂直速度,这个垂直的高度是通过一定的制动而产生的。这就是说在训练中和教学中必须合理地采用起跳角度。

H3

H2

H1

(图2)

根据我国男子跳高著名运动员朱建华、徐扬、万永政、毕宏勇的技术来分析,从他们的落地角,蹬地和离地面的重心来看,他们的触地面不大,而蹬地角和离地面的角度是属于以垂直线起跳“正心”用力和倾斜垂直的“偏心”用力两种踏跳.我们从下表来分析他们成功与失败的各种角度(图示角度以逆时走向来看)。

与各运动员起跳中的夹角
目录
姓名
跳高成绩
触地角度
蹬地角度
离地135-150厘米重心
备注
朱建华
2.39米
60°
85
90°
成功
徐扬
2.28米
60°
92
97°
失败
万永政
2.24米
58°
86
89°
失败
毕宏勇
2.19米
61°
91
96°
失败
朱建华的整个起跳动作是以速度为基础的“正心”起跳。他的动作完成得比较好,能在速度快的基础上掌握沿垂直线起跳。在他越过2.39米的高度时,身体腾起50厘米还垂直在90°,这就为他跳过这个高度打下了基础。(图3)
90°

50厘米

(图3)
从徐扬的动作来看,他是以速度为基础的“偏心”用力,失败的主要原因,是没有把很好的水平速度用在起跳上,而身体超过了垂直线,在过2.28米的高度身体腾起40厘米时,身体以向后倾倒。这时身体与地面的夹角是97°,在这个高度上就是很好的过杆技术也是过不了杆的,因为身体重心过于偏离(图4)。
97° 90°

40厘米

(图4)
徐扬在接触地角60°时到蹬地角92°之间的时间过长,造成这次起跳失败(图5)
92° 90° 60°
时间
过长

(图5)
从万勇政的起跳动作来分析,他采用以幅度为基础的“正心”用力,蹬地角为86°,是沿垂直线向上腾起的,从蹬地角和腾起后的重心来分析是不错的,为什么这个高度也失败了?从他的落地点来看,原因在于没有较快的水平速度,没有把水平速度和踏跳结合起来,使身体在一定高度上不能继续向前移动从而造成腿部撞杆。
再看毕宏勇的起跳动作,他是以幅度型为基础的“偏心”用力,从蹬地角度来分析,他超过了垂直线沿91°向前上方腾起,从蹬地角度91°到腾起地面的35厘米时的重心来看,已远远超过了垂直线,在2.19米这个高度上失败了。主要原因是触地角到蹬地角之间的时间过长,所以造成身体重心过早撞杆。
从以上四个人的事例分析中看出,只有朱建华的起跳方式比较合理,其他三人都没有把一定的水平速度与起跳结合起来,使身体重心过早偏离撞杆,主要原因是没有掌握合理的起跳方式而造成的。
根据有关资料统计,重心位于起跳点垂直线上的“正心”用力在女子中占总数的82％,男子只占20％,这是由于男子速度快,没有同合理的技术结合起来而造成的,而女子水平速度慢,基本是采用“正心”起跳的。
根据力的合成,在有一个向前的动力F1的条件下,要使身体向正上方腾起,就需要一个即有向后分力F2又有一个向上的分力F3组成的合力F ,在F1和F的合成下(根据跳高追求的精神),身体既能达到最大的垂直速度,才符合跳高原则(图6)。因此,从上面几个人的起跳角来分析,本人认为起跳角在84°--87°之间最为合理.因为现代背越式跳高技术发展的情况“正心”比“偏心”优越.当然,采用“偏心”用力起跳并不是不能过杆,但失败的次数要比“正心”起跳的多。
F3
F

F2 F1
(图6)

3. 小结与建议
3.1 通过对背越式跳高起跳阶段的力学分析得出,起跳是背越式跳高关键的阶段,良好的起跳动作是提高跳高成绩的重要途径。
3.2 背越式跳高中实现水平速度向垂直速度的转换在于起跳.起跳阶段摆动腿的摆动与起跳角度是现代跳高的灵魂。
3.3 跳高教学中教师应着重把握学生的起跳技术为关键,而不是过分强调学生的背弓。

参考文献:
孙守正、徐良彦：《跳高》，人民体育出版社，1987年
全国体育学院教材委员会：《田径》，人民体育出版社，1991年
杰弗里•戴森：《田径运动力学》，人民体育出版社，1989年
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