竞技健美操直角支撑转体７２０度的生物力学分析|竞技健美难度动作图解
摘 要：实验以三维高速摄像以及肌电测试为手段，通过三维运动学解析及肌电图分析，获得我国优秀健美操运动员完成直角支撑转体720度的运动生物力学参数，明确该难度动作的技术结构、特征，发现运动员完成动作过程中不合理的动作技术，进而为运动员的训练提出改进的参考性意见，争取使我国健美操选手在国际比赛中高质量完成这个难度动作提供理论和实践依据。
关键词：竞技健美操；直角支撑；运动生物力学 中图分类号：G831.3文献标识码：A文章编号：1007—3612(2007)06—0863—03 Sports Biomechanics Analysis of L�support Double Turn in Competitive Aerobic Gymnastics HAN Chun�ying�1, HAN Jia�2 (1. Aerobic Gymnastics Section, Physical Education College, Xinjiang Normal University, Urumqi 830053, Xinjiang, China; 2. Physical Education Department, Shanghai University of Sports, Shanghai 200438, China) Abstract:By means of three�dimensional high�speed shooting and digitization and electromyography, the experiment researched the technique of L�support double turn and obtained sports biomechanics parameters of Chinese elite aerobic gymnastic athletes, in order to definite the technical structure and characteristics of the movement at this difficulty level, find out athletes" unreasonable techniques, provide referential information for better training, and provide academic and practical references for gymnasts to execute this movement in high performance in international tournaments. Key words: competitive aerobic gymnastics; L�support; sports biomechanics 难度动作是竞技健美操一个重要组成部分，对难度动作的研究必然是健美操研究中的一项重要课题，而用运动生物力学的方法对难度动作进行研究，对于明确难度动作的技术结构、特征，发现运动员完成动作过程中不合理的动作技术，为运动员和教练员提出技术改进的参考性意见等方面都能起到重要的作用。
1 研究对象和方法 1.1 研究对象 别蓁蓁，连续3年全国健美操锦标赛、冠军赛、精英赛女子单人操冠军，健美操世界锦标赛女子单人操第22名，国家级运动健将。
1.2 研究方法 1.2.1 影片解析系统图像解析法 使用两台JVC9800高速摄像机，主光轴正交，以100帧/秒的拍摄频率，拍摄图像资料，并用TJ—MOTION三维图像解析系统进行图像解析，获得有关运动学的参数。
1.2.2 肌电测试 使用芬兰产ME3000 P4肌电测试仪，以1000HZ的采样频率，采集各组难度动作选定分析的各块肌肉的肌电活动信号，并用MEGAWIN2.0软件对原始肌电信号进行处理、分析。
2 结果与分析 2.1 直角支撑转体720°的力学结构特征 直角支撑转体720°是一个以两只手交替为圆心（支撑点），以脚尖到支撑点的距离为半径的周期性圆周运动。
各运动周期规律相似，研究其中一个周期的力学技术特点，就能近似的知道整个运动过程的技术规律。
明确直角支撑转体720°的力学结构特征，对于分析该动作的技术特点以及肌肉用力工作情况，有着重要的意义。
图1所示L为转动半径，转动半径越大，转动惯量也随之变大，转动就越困难。
在腿长一定的时候，如果想要减小转动半径，唯一的方法就是臀部后撤，使折体角θ减小。
其后果是含胸、弓背，导致减分，这种情况在很多运动员身上发生。
高质量完成这个动作则要求运动员应保持上体正直，髋部前送，使身体和支撑手臂在一个平面内，同时折体角θ控制在90°。
我们可以将推动瞬间的力分解为与转动方向相切的力F1，和沿着推动手臂的力F2，F2又可以被分解成指向圆心的力C1，和与地面垂直的力C。
对于这个动作，关键参数是切向力F1和法向力C1。
根据牛顿运动定律F=ma，如果知道手在推离地面瞬间的加速度，带入相应的环节质量，F1就能清楚的反应出来。
推离手一旦离开地面以后，整个人体就可以看作是围绕以支撑点为圆心的圆周运动，根据F=mv2/R，向心力C1也能求得出。
其中F1的大小决定着转动是否能顺利完成，而C1大小决定是否有足够的力能使身体重心移至以另外一只手为圆心的支撑面内。
这两个力对于动作的完成至关重要，知道这两个力的大小，就可以诊断运动员不能完成这个动作是力量不够或是其他原因，对于指导运动员的训练有着非常重要的意义。
2.2 直角支撑转体720°的运动学分析 从表1，运动员完成这个动作共耗时3.0 s，第一个180°转体耗时0.76 s，转动角速度为4.08 r/s，第二个转体180°耗时0.72 s，转动角速度为4.30 r/s，第三个180°转体耗时0.69 s，转动角速度为4.55 r/s，第四个180°转体耗时0.81 s，转动角速度为3.88 r/s。
可见整个转体过程是先加速、后减速的运动，在第三个180°转体时达到最大的角速度，通过最后的一个180°转体完成减速过程。
图3 直角支撑转体720°的重心位移曲线图图3表明：直角支撑转体过程中，身体重心在0.27 m和0.30 m之间小范围内变化。
随着时间推移，重心上下波动的情况加剧，有可能是因为体力下降，技术发挥不够稳定造成的。
对于直角支撑转体720°，判断其完成质量优劣的最关键的一个因素就是折体角的大小。
刚才已经分析过，完成质量好的选手，折体角应该很接近90°。
而通过运动学解析得到的运动员折体角度为图4所示： 从图4中可以看出：运动员在完成这个难度的过程中，折体角在45.33°和79.67°之间变化，说明运动员完成动作的质量还并不高。
折体角还不够稳定，也还没有达到90°的标准，还出现“臀部后缩”的现象，会被减分，提示我们在训练中还要加强运动员身体姿态的控制练习，不能只求难度，不求质量。
2.3 直角支撑转体720°的动力学分析 在整个动作的平均肌电图中，作三个标记点：1代表动作开始，2为转体180°时刻，3是转体360°时刻，4为转体540°时刻，5为动作结束（图8）。
图5中第一道（绿色）为左腹直肌肌电信号，第二道（红色）为左股直肌肌电信号，第三道（蓝色）是右腹直肌肌电信号，第四道（紫色）为右股直肌肌电信号。
我们对四个阶段分别进行肌电活动基本结果的运算，并将得到的平均肌电水平数据绘制成图表，见图6： 从图6我们可以看出以下4个现象 1) 虽然各阶段、各块肌肉的平均肌电水平都有差异，但是整体的表现和大小顺序还是比较固定的：左腹直肌平均肌电最小，主要集中在82～123uv之间，其次是右腹直肌，主要集中在89～136uv之间，再次是左股直肌，集中在165～246uv的范围内，最大的是右股直肌，大都在340uv以上。
2) 股直肌的平均肌电水平高于腹直肌，尤其是右侧，有时股直肌的平均肌电水平达到腹直肌的四倍以上。
这与我们平常认为“做直角支撑的时候应该是腹直肌用力比较多”的观念相悖。
产生这种情况可能有以下几个原因： ①腹部脂肪比大腿要厚一些，这会对表面肌电信号的采集造成一定的影响； ②从各块肌肉功能来看，腹直肌主要是使躯干和大腿产生相向运动。
当做直角支撑的时候，要使腿部抬离地面，腹直肌用力是必然的，但是参与这个动作的还有髂腰肌和股直肌。
尤其是股直肌，除了完成这个任务以外，它还有另外一项最主要的功能就是让膝关节伸直，不能接触地面，而且整个过程肌肉都要保持紧张。
③也是最有可能的一点，是因为在做这个动作的时候，运动员由于腹肌力量不足，而产生了臀部后缩的动作变形，导致本来应该由腹直肌承担的负荷转移到了股直肌上的现象。
3) 同类型的肌肉，右侧要比左侧的平均肌电水平高。
导致这种结果可能有以下三种情况： ①与运动员平常的训练有关。
如果在平常的训练当中经常做右腿股直肌的练习，或者有右腿难度动作习惯的运动员，这个部位的肌纤维就相对比较粗，力量也比较强，肌电水平也高。
右手主动发力推地面，使身体重心落在左手的支撑面内，身体各环节围绕以左手和左肩关节连线为轴的圆周运动。
当右手在推进过程中，右侧的相关肌群会有一个协同用力的动作，致使右侧肌肉的放电水平增高。
③也是最有可能的一点是和运动员不良运动技术有关。
运动员因为左侧肌肉力量太差，但是为了完成这个动作，往往投机取巧，把左脚搭靠在右脚上，把左腿的重力人为地分配在右腿上。
有时这样的小动作，很难被发现，但是肌电信号很明显的反映出右侧肌电水平比较高的现象。
4) 根据图表1中的线性趋势线，我们发现随着动作的进行，股直肌的肌电水平表现出下降的趋势，而腹直肌的肌电水平却有小幅度升高的趋势。
从图7我们很容易看出四块肌肉的积分肌电值，左腹直肌最小为336uvs，右股直肌最大为1118uvs，占整个过程的46%。
同时我们也看到两块股直肌是主要用力的肌群，他们的积分肌电在总的肌电值中，占71%。
图8显示左右侧肌群的荷载分布情况，右侧积分肌电值为1495uvs，占总体的60.9%，其贡献率最大。
3 结论与建议 通过肌电信号的处理和分析以及运动学解析，我们发现对于直角支撑转体720°，运动员在完成这个动作共耗时3.0 s，整个转体过程是先加速、后减速的运动;身体重心在0.27 m和0.30 m之间小范围内变化，随着时间推移，重心上下波动的情况加剧，说明运动员在技术发挥和肌肉的耐久性方面还有待提高。
直角支撑转体720°要求整个过程中保持上体正直，躯干和大腿的夹角应该稳定在90°。
而运动员完成动作的质量、身体姿态都距离规则上要求的标准还相差一定的距离。
尤其是折体角在45.33°至79.67°之间变化，差值达34.34°，波动很大，出现了“臀部后缩”的现象，导致本来应该由腹直肌承担的荷载转移到右股直肌承担，表现在肌电图中的情况为：股直肌平均肌电值很高（平均为260uv），而腹直肌平均肌电水平较低（平均为108uv）的现象。
提示我们在训练中应该对运动员身体姿态提出较高的要求，同时加强运动员腹直肌的练习，以提高这个动作的完成质量。
同时，对于直角支撑转体720°这个应该左右肢平衡用力的动作，应双腿并拢，两条腿均衡用力完成动作。
但是肌电图表现明显的左右侧不对称的现象，说明运动员很可能已经出现了左右侧肌肉力量训练不均衡的情况，或者运动员在完成动作时，出现了例如把左脚搭在右脚上才能完成动作的不良动作习惯，这样势必对运动员身体素质的全面发展，和准确掌握动作技术造成不良影响，应该予以及时的纠正。
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