背越式跳高腾空过杆难点 我国男子撑竿跳高腾起高度的能量守恒定律分析
作者简介：陈光华(1972－)，男，安徽六安人，双学土，在读研究生，研究方向运动生物力学。
摘 要：通过录像研究、资料查阅、数理分析等方法，依据能量转化与守恒定律，分析了撑竿跳高过程中的能量来源与转化，总结出助跑、起跳、团身展体、引体推竿这四个过程是动能获得的根源；在整个跳跃过程中，一部分能量被损耗，另一部分转化为身体重心腾至最高点时的势能和过竿时的水平动能，并提出：加强能量来源与减少能量损失是获得较高腾高的根本方法。
关键饲：男子撑竿跳；能量转化与守恒；腾起高度；能耗 中图分类号：(；823．2 文献标识码：A 文章编号：1007―3612(2006)02―0271―03 研究表明，在男子撑竿跳高运动中，中国优秀运动员与国外优秀运动员成绩的差距主要是腾起高度(手离竿时高度距横竿高度)的差距。
据统计，过竿时，握竿点与横竿上沿最低点的距离，国外运动员平均比我国运动员高出42cm[1]。
研究说明，这种差距的主要原因是助跑速度不够，撑竿的硬度和弯曲度不够，并认为，继续加大撑竿的相对硬度和跳跃时的弯竿量，应是我国优秀运动员的基本努力方向。
然而，在水平助跑速度与国外运动员相差无几，撑竿的磅级(硬度和弯曲度)可以随意选择的情况下，我国运动员的成绩仍然差距较大。
其原因又何在?本文从能量守恒及转化定律的理论视角，对此进行了进一步的探讨。
1 研究对象与方法 通过查阅文献及数据，研究布勃卡及部分国内运动员的撑竿跳高录像，以及技术图片；运用数理分析，逻辑推理等方法完成。
2 结果与分析 如果假设布勃卡的技术动作最为完美，在空中不耗能，且弯竿耗能及空气阻力所耗能忽略不记，则布勃卡在收腹、引体、推竿过程中所做的功至少为25．54m(J)以上，占总势能比例为25．54m／60．27m：42．38％，用同样的方法可计算出梁学仁的比例为51．95％，可见人体在腾空后所做的功比例较大。
这说明在起跳腾空后，腹肌、臂肌等收缩做功是撑竿跳高的重要能量来源，是影响腾起高度的重要因素。
2．3 加强撑竿跣高过程中能量来源 不可否认，技术在撑竿跳高过程中是主导因素，但一味地强调技术而忽视素质、力量等基础因素也万万不可，毕竟撑竿跳是一个田径项目。
从我国近几年撑竿跳高运动员的技术来看，也有几名运动员的技术相当突出(见后图)，但个人最好成绩仍与世界高水平运动员差距较大。
其中原因不得不让我们回过头来再审视撑竿跳高，研究我们的运动员究竟差距在何处。
2．3．1 四肢等力量与运动成绩的关系 有关研究表明：运动成绩和身高、体重、胸围、上臂围和大腿围等身体形态都具有有意义的相关。
另外，有关专家研究建立了撑竿跳高运动员专项能力指标体系在专项能力结构中，8个指标地位是：技术指标，单臂举高，垫上后滚翻展体成倒立，60m跑，垫上后空翻，杠铃卧推，跳远，吊环摆上成支撑[4]。
尽管技术指标、单臂举高占前二位，但是后六个因素都分别与起跳、收腹、引体、推竿相关。
由上述研究也表明，强有力的下肢起跳，快速而灵活的收腹与大力的引体推竿是腾起高度的能量之源，是决定腾起高度的重要因素。
据报道，10岁的布勃卡在一次攫0验中，跳远、跳高、30，、60m跑与其他儿童相差无几。
但使教练感到惊奇的是，他竟能从吊环上在摆荡中做引体向上15次，令其他儿童望“环”兴叹[5]。
这足见布勃卡的臂力惊人。
成年后经过训练，其卧推力竟然到达125。
因此，他在摆体时，左臂能很好地控制身体平衡，引体时力量极大，这是他获得优异成绩的重要条件之一。
2．3．2 有针对性的选拔人才，进行早期训练 在选拔撑竿跳高运动员时，应选择身体形态较好，四肢力量强，胸围较大，且体操能力相对较强的好苗于。
而且在年龄较小，在动作技术敏感期进行早期训练，才能够较好地掌握技术动作。
综观世界优秀撑竿跳高选手，如布勃卡10岁，沃尔科夫7岁，维涅隆12岁，罗伯茨11岁就较早地开始进行专项训练了[3]，这一点值得我们借鉴。
2．4 减少撑竿跣高中的能量损耗 能减少了28．52％，其中，起跳后的动能里面还包括起跳腿蹬伸做功所获得的能量，如果去掉这一部分能量，则损失宰更大。
如何有效降低起跳时能量损失应是我国的专家、教练员努力的方向。
改进与提高的方法应从插竿的时机、起跳点、起跳时机、起跳方向与姿势等人手。
2．4．2 充分利用撑竿弯曲后所储存的弹性势能 从录像资料中看出，绝大多数中国运动员都不能充分利用撑竿的弹性势能，导致势能的浪费。
其主要的原因是：在空中的动作中，1)收腹不够迅速；2)团身不够充分；3)展体较迟不充分；4)引体仓卒(图2)。
这四点极大地影响到腾起高度，它们之间是一连串前者影响后者的动作过程，导致的结果是不但不能充分利用撑竿的储存势能，而且还阻碍了撑竿的反弹速度，从而形成了“在撑竿反弹过程中，上手握点垂直速度变化．曲线上存在一凹陷现象．”[2]世界优秀运动员在屈体团身阶段，所占时间比例很短[6]，他们收腹快速有力，为后面的动作做好充分的准备。
因此，我国运动员改进的方法应是加大腹肌收缩力，尽快而充分地团身展体(双脚应从双手握竿点之间穿过而上)，待撑竿弹性形变几乎完全恢复时(弹性势能充分转化为动能)再迅速而大力地收臂引体，直至推竿结束。
广田哲夫在书中写道，“引体在这个阶段进行(伸展与转体阶段)，身体重心将会移到撑竿的前端部分，关键的撑竿竖直速度会被抑制(出现凹陷)，脚被移到前方，所以此时不做引体。
”[7]应在“借助撑竿的反弹，使身体获得向上的速度(后)，此时运动员要沿身体纵轴方向做引体、转体、推竿倒立姿势。
切忌引体过早而偏离纵轴方向。
”[8]由此可见，收臂引体的时机很重要，这是提高弹性势能利用率的关键。
由表1可以看出，布勃卡在跳过6．07m时，握竿高为4．90m，其腾起高度为1．38 m，而在他跳过6．15m时，握高5．17m，腾起高度只有1．以m。
从录像资料中可以看出：在跳跃前一个高度时，布勃卡收臂时机把握恰到好处，动作协调而有力，腾起高度高；而在后一个跳跃过程中，由于握高加大，撑竿的弯曲度增大，因而恢复弹性形变的时间有所延长，就在这极短的延长时间影响下，布勃卡的引体时机发生变化，导致能量的部分损失，从而引起腾起高度的降低。
2．4．3 选择合适自己的撑竿，加快新形状与新材料的撑竿研制 要想提高成绩，必须选择适合自己的撑竿。
选择时， 不仅要根据运动员的体重、速度、竿的长度(握竿高度)，而且随着训练层次的深化，技术的提高，应换用硬度更大的撑竿。
撑竿太软，弯曲度就会过大，不利于腾跃身体；撑竿太硬，其弯曲度就会下降，而且很难竖竿。
从能量角度来分析，撑竿硬度加大，弹性形变相对减小，这样可以减少形变时能量的损耗。
同时在弹性形变恢复时，回复力较大，单位时间内对人体做功较多，因而有助于运动员腾起高度的升高。
另外，随着科技的进步，新型材料的出现，必将有更好材料的撑竿取代玻璃纤维撑竿。
研究表明，有机聚合复合材料通过适当设计，添加适当纳米材料后可以制备出具有极好的力学特性的纳米功能复合材料，其强度、刚度、韧性等都明显提高。
且材料的密度相对较小，质量较轻。
同时可以研究改造撑竿的形状，使之符合撑竿跳高的力学特征，更有利于弯竿及运动员的技术发挥，最大限度地减少能量的损耗，这也是增加腾起高度的重要方法之一。
3 我国撑竿跳高项目的现状分析 从图中分析看出，甲运动员收腹、团身、转体、展体都比较迅速而充分[图1(23―26)]，充分利用了撑竿反弹的势能，为收臂引体做好了充分的准备，因而腾起高度较高，不足之处是分腿较早。
而乙运动员的收腹、团身、转体、展体较慢而且不充分，导致引体仓促。
在引体时，重心已偏向前，小腿部已向横竿倾斜[图2(16)]，较大地影响了过竿高度。
另外从推竿后重心距横竿较高来看，也说明过竿效率偏低。
不过，总体说来，二名运动员的技术应当是不错的，特别是甲运动员，空中动作较为完美，身体控制能力强。
如果能进一步加强四肢力量，提高握竿高度，成绩应该会有较大的提高。
在九运会期间，男撑平均成绩下降16．7 cm，但是运动员的年龄较小，平均只有20岁”，，有发展的潜力。
在第10届世界青田径锦标赛，我国小将刘飞亮以5．40 m获铜牌，赵莹莹获女子亚冠，这些成绩都令人鼓舞。
不过，在世界男子撑竿跳成绩停止不前的情况下，世界女子成绩却被俄罗斯女将不断刷新，目前，“女皇”伊欣巴耶娃的成绩已达4．92 m，这又进一步扩大了我国女子水平和世界水平的差距。
上世纪90年代，我国男女撑竿跳高运动员在力量、速度等身体素质方面与国外相差无几，而技术却稍逊一筹。
近几年来，我们开始重视技术的训练，技术水平提高较快，但是，在其他方面是不是又落后了呢?这不得不让我们反思。
前安徽女选手蔡维燕以助跑速度快、“自由式”起跳、较完美的空中动作跻身于世界强手之林。
但从录像资料分析可看出，她的不足之处是在引体推竿时显得上臂力量不足，导致腾起高度不大，成绩的进一步提高受到限制。
总之，要想在撑竿跳高方面达到世界先进水平，我们必须要广泛挖掘人才，选出那些在技术、速度、力量等方面都具有一流水平的运动员，并且要充分发挥自身优势，才能赶超世界强手[10]，才能像刘翔那样在世界田坛刮起“黄色旋风”。
4 小 结 近几年来我国已重视对运动员的技术训练，其中有一些优秀的运动员已达到较高的水平(图1，2)。
1)助跑、起跳、收腹团身、引体推竿是撑竿跣获得能量的来源，四者是转化为最大势能的前提条件。
因此，从能量角度来考虑，如何增强能量之源是撑竿跳高发展的根本，是获得最大腾起高度的关键。
2)在撑竿跳高的过程中，由于技术不完善，动作不协调等原因，造成能量的重大损失是影响腾起高度的重要因素。
因此，采用合理的动作技术，研究新材料、新造型的撑竿是有效防止能量过多耗损的主要方法。
3)我国男运动员在技术水平提高的同时，绝不能忽视能量之源――肌肉相对力量的加强。
我们要充分利用各方面资源，发挥自身优势，把撑竿跳作为我国男子继110m栏后的第二个田径项目的突破口，实现赶超世界强手决不是神话。
参考文献： [1]杨宏祥，陈培基．中外男子撑竿跳高的技术比较及提高途径[J]．体育科研，1996，(1)：20―23． [2]孙南．关于撑竿跳高腾越高度的两个构成分量的初步研究[J]．体育科学，1987，(2)：23―28． [3]王涛，张玉泉．对撑竿跳高项目特征的再认识[J]．湖北体育科技，20110，(1)：12―16． [4]张建华．我国男子撑竿跳高运动员专项能力指标体系及评价标准的研究[J]．中国体育科技，2004，(2)：24―29． [5]张华新，田坤．对布勃卡的撑竿跳高技术的特点分析[J]．浙江体育科学，2001，(2)：22―24． [6]吴延禧，刘宇．撑竿跳高技术的生物力学分析[J]．体育科学，1984，(3)：67―70． [7]广田哲夫著，李鸿江等译．撑竿跳高[M]．北京：人民体育出版，2001．11．29―30． [8]黄坚毅，章碧文．解读自己――男子撑竿跳[J]．田径，2002，(11)：14―17． [9]徐耀良．我国男子撑竿跳高的现状及落后原因分析[J]．田径，2003，(2)：31―32． [10]王代才，张武纪．撑竿跳高技术的发展及其展望[J]．成都体育学院学报，1994，(3)：26―31．。