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1、游运动生物力学运动生物力学游永豪游永豪合肥师范学院合肥师范学院 体育科学系体育科学系Tel:13695693116Tel:13695693116E-mailE-mail：游第六节第六节 蹬伸动作的生物力学原理蹬伸动作的生物力学原理主要主要内容内容动作形式（了解）动作形式（了解）力学原理（重点）力学原理（重点）动作特征动作特征游 动作形式动作形式以获得以获得水平速度水平速度为目的的蹬伸动作为目的的蹬伸动作以完成人体在空间以完成人体在空间绕不同转轴转动绕不同转轴转动为目的的蹬伸动作为目的的蹬伸动作以以抵抗较大负荷抵抗较大负荷为目的的蹬伸动作为目的的蹬伸动作跑的跑的后蹬后蹬举重举重以获得以获得垂直速
2、度垂直速度为目的的蹬伸动作为目的的蹬伸动作体操体操纵跳纵跳摸高摸高游二、力学原理二、力学原理主要内容主要内容主要内容主要内容1动量定理和动量矩定理动量定理和动量矩定理2复杠杆原理复杠杆原理3膝关节角度对蹬伸效果的影响膝关节角度对蹬伸效果的影响5实例分析实例分析4蹬伸阶段摆臂的作用蹬伸阶段摆臂的作用游为获取为获取腾空高度或腾空远度腾空高度或腾空远度腾空高度或腾空远度腾空高度或腾空远度为目的蹬伸动作，根据动量定理可知重心上升最大为目的蹬伸动作，根据动量定理可知重心上升最大高度和远度与力的大小和力的作用时间的乘积（力的高度和远度与力的大小和力的作用时间的乘积（力的冲量冲量冲量冲量）有关。）有关。根据
3、动作的目的任务的要求，重心在获得适宜的腾起角度的条件下，根据动作的目的任务的要求，重心在获得适宜的腾起角度的条件下，得到足够得到足够大的大的蹬离初速度蹬离初速度蹬离初速度蹬离初速度，以便获得完成空中动作的滞空高度和时间。，以便获得完成空中动作的滞空高度和时间。（一）动量定理和动量矩定理（一）动量定理和动量矩定理游有足够有足够高高高高的腾空抛物线的腾空抛物线 尽可能快的绕冠状尽可能快的绕冠状轴翻转的轴翻转的角速度角速度足够的足够的转动动力转动动力，完成快速转体完成快速转体完成高质量空翻转体动作条件完成高质量空翻转体动作条件游 据动量矩定理据动量矩定理12适当延长力矩的作用时间适当延长力矩的作用时
4、间3在蹬伸过程中的反作用力应足够大在蹬伸过程中的反作用力应足够大 支撑反作用力相对人体相关转轴的支撑反作用力相对人体相关转轴的力臂应大力臂应大 要想获得空中较大的转动力矩：要想获得空中较大的转动力矩：游蹬伸动作的力学过程如同复杠杆原理蹬伸动作的力学过程如同复杠杆原理下肢蹬伸时复杠杆示意图下肢蹬伸时复杠杆示意图膝关节向右移动的力膝关节向右移动的力 股骨上端向上的举力股骨上端向上的举力膝关节角度膝关节角度膝关节向右移动膝关节向右移动ds，时，时，增加为增加为股骨上端位移股骨上端位移 ，则则当膝关节接近伸直时，当膝关节接近伸直时，接近接近180180，很小的力，很小的力 就能产生很就能产生很大的举力
5、大的举力（二）复杠杆原理（二）复杠杆原理游膝关节不同角度时蹬地力膝关节不同角度时蹬地力表明膝关节角度增加，蹬地力明显上升表明膝关节角度增加，蹬地力明显上升设大腿长设大腿长L L1 1小腿长小腿长L L2 2则上举力则上举力为为由上式表明，上举力的大小与伸由上式表明，上举力的大小与伸膝肌力成正比，与膝关节角度大膝肌力成正比，与膝关节角度大小有关，同时小有关，同时与大小腿长度有关与大小腿长度有关，尤其与小腿长度密切，可作为科尤其与小腿长度密切，可作为科学选材理论依据之一。学选材理论依据之一。游辛普森起跑辛普森起跑美国选手索尼在美国美国选手索尼在美国奥运会奥运会游泳选游泳选拔赛女子拔赛女子200米蛙
6、泳预赛中，以米蛙泳预赛中，以2分分24秒秒65的成绩名列第一的成绩名列第一 运动员的蹬伸能力往往与运动成绩直接相关。运动员的蹬伸能力往往与运动成绩直接相关。而决定起动能力而决定起动能力最基本的因素之一就是起动力量。最基本的因素之一就是起动力量。（三）膝关节角度对蹬伸效果的影响（三）膝关节角度对蹬伸效果的影响游不同膝角静态蹬伸测试不同膝角静态蹬伸测试不同膝角静态蹬伸测试不同膝角静态蹬伸测试结果表明，随着膝角的增大，起跳阶段所达最结果表明，随着膝角的增大，起跳阶段所达最大力值随之增大，在膝关节角度超过大力值随之增大，在膝关节角度超过150后，蹬伸最大力值开始减小。后，蹬伸最大力值开始减小。在静态发
7、力的技术动作中，膝关节的合理角度应在在静态发力的技术动作中，膝关节的合理角度应在135至至150之间。之间。但起跳蹬伸时间与膝角变化的关系相反，随膝角的增大，起跳蹬伸时但起跳蹬伸时间与膝角变化的关系相反，随膝角的增大，起跳蹬伸时间缩短。间缩短。膝关节角度在膝关节角度在7575至至9090之间完成半蹲跳可更好的发挥和利用肌肉所之间完成半蹲跳可更好的发挥和利用肌肉所储备的弹性能量。储备的弹性能量。有研究表明，静态蹲跳的最大力值是在浅蹲，随膝角的减小，其最大力有研究表明，静态蹲跳的最大力值是在浅蹲，随膝角的减小，其最大力值也减小。而纵跳高度、蹬伸时间、冲量值、腾空时间从浅蹲到深蹲，值也减小。而纵跳高
8、度、蹬伸时间、冲量值、腾空时间从浅蹲到深蹲，其量值增大。即随膝角的减小，数量值加大。其量值增大。即随膝角的减小，数量值加大。游（四）摆臂动作的作用（四）摆臂动作的作用1加速上摆两臂，加速上摆两臂，增大对板的压力，增大对板的压力，获得大的支撑反获得大的支撑反作用力，增加起作用力，增加起跳效果跳效果 23正确的摆臂可正确的摆臂可使身体重心升使身体重心升高，有利于增高，有利于增加腾空高度加腾空高度 在即将离板瞬间，在即将离板瞬间，两臂的积极制动，两臂的积极制动，可减小对起跳腿可减小对起跳腿的压力，便于人的压力，便于人体快速离板。体快速离板。游以跳高起跳为例以跳高起跳为例跳高起跳动作跳高起跳动作摆动腿
9、质量摆动腿质量 m1向上加速度向上加速度a1双臂质量双臂质量 m2向上加速度向上加速度a2身体其余部分质量身体其余部分质量 m3向上加速度向上加速度a3讨论：讨论：摆动腿、双臂、身体其余部分的加摆动腿、双臂、身体其余部分的加速度均为速度均为a，则支撑反作用力为，则支撑反作用力为摆动腿、双臂相对身体其余部分有加速摆动腿、双臂相对身体其余部分有加速度，假设度，假设a1，a2 均为均为a+a则：则：表明：在起跳蹬伸阶段，参与加速上摆的环节越多，质表明：在起跳蹬伸阶段，参与加速上摆的环节越多，质量越大，且上摆加速度越大，所增加的支撑反作用力越量越大，且上摆加速度越大，所增加的支撑反作用力越大。大。游以
10、体操跳马动作为例以体操跳马动作为例10月月19日，湖北选日，湖北选手程菲在跳马决赛手程菲在跳马决赛中以中以15.137分的成分的成绩获得冠军。绩获得冠军。蹬伸阶段的技术包括髋、膝、踝、脊蹬伸阶段的技术包括髋、膝、踝、脊柱的快速伸展，以及正确的摆臂技术。柱的快速伸展，以及正确的摆臂技术。在在蹬伸阶段垂直冲量大小决定了人体蹬伸阶段垂直冲量大小决定了人体重心垂直速度的大小，水平支撑反作重心垂直速度的大小，水平支撑反作用力的大小决定了第一腾空的翻转能用力的大小决定了第一腾空的翻转能量的大小。量的大小。蹬伸阶段的主要任务是获蹬伸阶段的主要任务是获得较大的垂直反作用力。得较大的垂直反作用力。游蹬伸阶段运动
11、员所受到的外力矩情况蹬伸阶段运动员所受到的外力矩情况（a a）人体重心位于垂直支撑反作用力人体重心位于垂直支撑反作用力线左面，水平分力矩使人体沿顺时针线左面，水平分力矩使人体沿顺时针向前翻转，是后续动作所需的力矩。向前翻转，是后续动作所需的力矩。垂直分力的力矩作用使人体沿逆时针垂直分力的力矩作用使人体沿逆时针方向翻转，力臂很短，其作用较小方向翻转，力臂很短，其作用较小 。（b b）是重心超过了支撑反作用力的是重心超过了支撑反作用力的垂直分力作用线的情况，此时，水垂直分力作用线的情况，此时，水平分力矩平分力矩F FQ Qh h成为次要矛盾，垂直支成为次要矛盾，垂直支撑反作用力撑反作用力N N对重
12、心的顺时针力矩对重心的顺时针力矩F FN Nd d成为支配人体翻转的主要动力矩。成为支配人体翻转的主要动力矩。游三、动作特征三、动作特征图图4-21测力台上测力台上CMJ测试采样曲线测试采样曲线abab段为身体失重向下运动过程段为身体失重向下运动过程b b点失重过程结束点失重过程结束bcbc段下肢伸肌群离心收缩过程段下肢伸肌群离心收缩过程c c点离心收缩过程结束点离心收缩过程结束cdcd段为下肢伸肌群向心收缩过程段为下肢伸肌群向心收缩过程d d点起跳离开台面。点起跳离开台面。c c点既是下肢伸肌群离心收缩的结束点既是下肢伸肌群离心收缩的结束点，又是向心收缩的起点，通常将其点，又是向心收缩的起点
13、，通常将其称为称为临界点。临界点。垂垂直直分分力力F/N采样时间采样时间t/s（一）蹬伸力量曲线特征（一）蹬伸力量曲线特征游（二）各关节发力顺序特征（二）各关节发力顺序特征图图1 关节加速顺序关节加速顺序图图2 各关节角速度变化曲线各关节角速度变化曲线运动员原地纵跳发力顺序运动员原地纵跳发力顺序运动员原地纵跳发力顺序运动员原地纵跳发力顺序游l从图从图1和图和图2可以看出，男排运动员原地纵跳发力顺序依次是可以看出，男排运动员原地纵跳发力顺序依次是肩、髋、膝、踝。肩、髋、膝、踝。l在蹬伸动作过程中，在蹬伸动作过程中，踝关节和趾关节处于蹬离地面的最后部踝关节和趾关节处于蹬离地面的最后部位，同时处于有
14、利于发挥最快速度的时刻位，同时处于有利于发挥最快速度的时刻，踝、趾关节的积，踝、趾关节的积极用力，特别是在脚离地前，趾关节的迅速屈趾使人体迅速极用力，特别是在脚离地前，趾关节的迅速屈趾使人体迅速推离支撑面。同时，踝、趾关节的积极用力，有利于人体重推离支撑面。同时，踝、趾关节的积极用力，有利于人体重心速度的提高。心速度的提高。l因此，在训练中要抓好髋、膝关节伸肌群的力量的训练的同因此，在训练中要抓好髋、膝关节伸肌群的力量的训练的同时，加强踝关节的支持力量，增加踝关节、趾关节屈肌快速时，加强踝关节的支持力量，增加踝关节、趾关节屈肌快速收缩力量的训练极为重要。收缩力量的训练极为重要。游（三）蹬伸的速
15、度特征（三）蹬伸的速度特征 男男子排球子排球运动员原地纵跳运动学参数运动员原地纵跳运动学参数肩角速度（）/s髋角速度（）/s膝角速度（）/s踝角速度（）/s平均数 12.8 3.409 831.0 626.3 888.6 755.3 0.446 0.613方差 1.3 0.16 98.7 53.3 66.6 84.8 0.041 0.062h hd d为预摆阶段下沉量，为预摆阶段下沉量，h ho o为运动员平均质心起跳高度，为运动员平均质心起跳高度，V Vh h为手臂的摆动为手臂的摆动合速度。合速度。对各因素与起跳高度的相关分析表明，对各因素与起跳高度的相关分析表明，V Vh h与与h ho
16、o高度相关，高度相关，r r=0.83=0.83，h hd d与与h ho o呈负相关，呈负相关，r r=-0.84=-0.84。由此可见，手臂的快速摆动对起。由此可见，手臂的快速摆动对起跳效果非常重要。跳效果非常重要。而人体的下沉量不宜太大，因下沉量小，停留时间而人体的下沉量不宜太大，因下沉量小，停留时间短，有利于肌肉弹性势能的利用，起跳高度大短，有利于肌肉弹性势能的利用，起跳高度大.游（四）蹬摆合理配合特征（四）蹬摆合理配合特征 在起跳腿蹬伸过程中，摆动腿和臂加速离开支撑点，可进一步增大在起跳腿蹬伸过程中，摆动腿和臂加速离开支撑点，可进一步增大起跳力的垂直冲量，从而增大腾起垂直速度；在起跳脚即将蹬离支撑点起跳力的垂直冲量，从而增大腾起垂直速度；在起跳脚即将蹬离支撑点瞬间，摆动腿和臂积极制动，可减小对起跳腿的压力，有利于起跳腿的瞬间，摆动腿和臂积极制动，可减小对起跳腿的压力，有利于起跳腿的快速离地。快速离地。游思考：思考：1、简述在跳跃动作的蹬伸过程中，末节用力的、简述在跳跃动作的蹬伸过程中，末节用力的生物力学意义。生物力学意义。2、详述在跳高的起跳动作过程中，蹬摆合理、详述在跳高的起跳动作过程中，蹬摆合理 配配合的生物力学意义。合的生物力学意义。