ＶＪ―Ｉ型光电纵跳仪的研制及不同纵跳方式的实验研究 I.T
摘 要：利用现代的光电技术研制了VJ—I型光电纵跳仪，该仪器主要由光电开关、控制电路、计时装置和高度计算4部分组成，可以方便、可靠地测出纵跳的高度，作为评价人体弹跳能力的重要指标。
同时，利用该仪器对纵跳高度的实测也客观地反映出摆臂、缓冲对起跳的重要意义，以及动作不连贯对起跳效果的影响。
关键词：运动生物力学；VJ—I型光电纵跳仪；纵跳 中图分类号：G804．66 文献标识码：A 文章编号：1007―3612(2006)01―0074―03 纵跳即人体竖直向上起跳，是测量、评价人体弹跳能力的一种有效手段。
目前，市场上的专用纵跳仪大致分为两种类：机械式和电子式。
机械式纵跳仪的测量原理是让受试者身上挂一根拉线，拉线与置于地面上的一个刻度尺相连接。
当受试者起跳时，身上的拉线随着人体竖直向上运动而从刻度尺中向外水平拉出，拉出的长度即为人体纵跳的高度。
刻度尺向外拉线的一端安装有一块重量垫，以免在受试者跳起带着拉线竖直向上走时把刻度尺拖离地面而影响了纵跳的测量。
这种机械式纵跳仪测量数据粗糙，不适于精确测量；电子式纵跳仪是在纵跳板内安装譬如电子式开关等可以判断人体是否在纵跳板上的电子类装置，以测量人体跳离纵跳板和落在纵跳板上之间的腾空时间，然后利用这一人体腾空的时间计算其纵跳的高度。
这种电子式纵跳仪由于人体要在纵跳板上完成大量的跳起和落下的动作而影响到纵跳板内电子装置的寿命。
为此，我们利用现代的光电技术开发了VJ—I犁光电纵跳仪，它可以方便地实施对原地纵跳的测试，并具有结构简单、价格低廉、容易操作、经久耐用等优点。
1 VJ―I型光电纵跳仪的研制 1．1 测量原理vJ—I型光电纵跳仪的测量原理见图1。
该测量仪采用一种反馈发射型(镜面反射型)光电开关，它的投光受光器和反射板分别置于纵跳位置的两侧。
投光受光器发射出红外光，经反射板的反射又接受反射回来的红外光。
接下来受试者在原地蹬起跳动作均处于截挡红外光的状态，直至起跳结束后人体跳起瞬间不截挡红外光。
利用该测量仪可以记录人体竖直跳起和落回原地之间的腾空时间(即不截挡红外光的时间间隔)，以计算人体的纵跳高度。
VJ―I型光电纵跳仪包括4个主要部分，即光电开关、控制电路、计时装置和高度计算。
光电开关主要完成红外光的发射、反射和接受，通过判断红外光路是否被截挡来判断受试者是否跳起离地(图1)。
如果被截挡说明受试者没有跳起离地，反之则是处于人体腾空状态。
控制电路主要完成电路保护和状态转换工作。
电路保护主要是通过空气开关以保护整个仪器操作过程中电路及人员的安全无危险，状态转换主要是通过接触器根据光电开关控制的电路通、断状况决定后续计时装置的通、断输入状态。
计时装置通过控制电路把光电开关判断的受试者腾空的时间记录下来。
高度计算则是根据计时装置记录的人体腾空时间以计算人体纵跳的高度，计算 由图3可知：vJ―I型光电纵跳仪的控制电路主要由以下元器件组成：空气开关(S)、光电开关(K)、接触器(KM)、复零按钮(SB)以及计时仪(T)等。
它们的型号分别为：空气开关DZ47―60、光电开关E18―R2A2(90―250VAC，400mA，2m，常闭型)、接触器HH52P(SA，240VAC)、复零按钮CHNTLAl9、数字计时仪CSY—5―c(0．Ols―99．99s／0．01s)。
控制电路原理为：合上空气开关s，因为光电开关K为常闭型，因此电路接通，接触器KM的吸引线圈带电，由于其辅助触点为常开触点，因而此时辅助触点转换为闭合状态，因为并接于计时仪T的8、9两端，故计时仪计时，此时的计时为无效计时；当受试者站在投光受光器和反射板之间时，光电开关由于光路截断而动作，使电路断开，接触器KM吸引线圈失电，辅助触点又回到初始状态断开状态，计时仪不计时，此时利用计时仪的复零按钮对计时仪予以清零，为测量人体腾空的时间作准备。
当受试者跳起离地，光电开关又回到初始状态闭合状态，接触器KM的吸引线圈带电，其主触点KM吸合，辅助触点转换为闭合状态，计时仪开始记录人体腾空的时间。
当人体升到最高点又落回原地，再次截挡红外光路，计时仪停止计时，此时就把人体腾空的时间记录下来了。
2 不同纵跳方式的实验研究 2．1 测试对象与方法 2．1．1 测试对象 选择烟台师范学院体育学院专业生188人参加实验，其中，男145人，女43人，涉及田径、体操、健美操、篮球、排球、足球、武术7个专项。
受试者基本情况见表1。
2．1．2 测试方法 利用自行研制的VJ―I型光电纵跳仪进行原地纵跳测试，纵跳方式有4种：纵跳I(“半蹲始”+“不摆臂”)(Squat Jump，简称SJ)、纵跳Ⅱ(“半蹲始”+“摆臂”)、纵跳Ⅲ(“站立始”+“不摆臂”+“缓冲”)(COunter Movement Jump，简称CMJ)和纵跳Ⅳ(“站立始”+“不摆臂”+“缓冲”+“停顿”)。
受试者的每一次纵跳后间歇30”后进行下一次纵跳，要求每次纵跳都要尽自己的最大努力。
利用该实验一方面可检验VJ―T型光电纵跳仪的可靠性，另一方面也可从实测的角度说明一些基本动作形式的生物力学原理。
2．2结果与分析 2．2．1 纵跳I与纵跳Ⅱ高度的对比分析 纵跳Ⅱ比纵跳I的动作多厂摆臂，因此，可以从二者之间的纵跳高度差别上看出摆臂在纵跳过程中的作用，表2为纵跳I和纵跳II高度比较表。
由表中可以看出，男学生纵跳7的纵跳高度均值为38．75cm，比纵跳Ⅱ的高度均值为49．82cm低11．07cm，女学生纵跳I的纵跳高度均值为27．39 cm，比纵跳的高度均值为35．03cm低7．64cm，均具有非常显著性差异。
这说明摆臂对纵跳高度的获得具有非常大的帮助。
摆动臂向上加速摆动，其产生的惯性力向下，从而加大了下肢伸肌的负荷，提高了原动肌的紧张度，反射性地增大了地面给人体的反作用力，从而增加了纵跳Ⅱ的跳起高度。
纵跳Ⅱ比纵跳I的高度、男学生平均高出28．57％，女学生平均高出27．89％。
2．2．2 纵跳I与纵跳Ⅲ高度的对比分析 纵跳I是由半蹲开始不摆臂直接向上跳起，而纵跳Ⅲ则是从站立位开始先缓冲而后向上不摆臂跳起，这说明纵跳Ⅲ比纵跳I从动作结构上多了人体的向下缓冲，因此，可以从二者之间的纵跳高度差别上看出缓冲在纵跳过程中的作用，表3为纵跳I和纵跳Ⅲ高度比较表。
由表中可以看出，男学生纵跳I的纵跳高度均值为38．75cm，比纵跳Ⅲ的高度均值为45．40cm低6．65till，女学生纵跳I的纵跳高度均值为27，39cm，比纵跳Ⅲ的高度均值为31．46cmn低4．07cm，均具有非常显著性差异。
在下肢缓冲的过程中，臀大肌、骨四头肌以及小腿三头肌等下肢伸肌群做退让性工作，在离心收缩肌群拉长的同时也储存了形变势能。
在后继的蹬伸过程中，下肢伸肌群完成克制性工作，在肌肉向心缩短时除了收缩元的主动张力的作用，还有并联弹性元、串联弹性元的被动张力的作用，在缓冲阶段储存的形变势能的释放必然增加起跳效果。
纵跳Ⅲ比纵跳I的高度男学生平均高出17．16％，女学生平均高出14．86％，也说明了缓冲对纵跳的意义。
2．2．3 纵跳Ⅲ与纵跳Ⅳ高度的对比分析 纵跳Ⅳ比纵跳III的动作多了缓冲后的停顿动作，纵跳Ⅲ从缓冲到蹬伸动作连贯，而纵跳Ⅳ从缓冲到蹬伸动作不连贯，表4为纵跳III和纵跳Ⅳ高度比较表。