杜伟跳马侧手翻直体侧空翻转体990°运动学分析_侧手翻空翻
摘 要： 主要通过运动生物力学分析法、文献资料法、观察法与解析法，研究揭示了我国 优秀运动员杜伟完成的跳马侧手翻直体侧空翻转体990°动作的运动学规律与技术特点。
提出的观点和技术参数，能为我国运动员发展和改进该动作技术，提供一定的理论依据和 技术参考，对促进我国男子跳马的技术水平有积极的现实意义。
关键词：跳马；侧手翻直体侧空翻转体990°；运动学分析 中图分类号：G832.219 文献标识码：A 文章 编号：1007—3612(2011)05—0129—04 Kinematic Analysis on Cartwheel Straight Side Somersault 990 ° by Du Wei ZHANG Bao�hong�1，LI Cui�Ling�2，YAO Xia�wen�2 （1.Institute of P.E.，Guizhou Normal University，Gui yang 550001，Guizhou China; 2.Beijing Sport University，Beijing 100084， China） Abstract: This paper mainly uses the method of sport biomechanical analysis，documentation ，observation and analytic method to reveal the kinematic laws and technical cha racteristics of the completion of vault lateral wheel layout of side somersault twist 990 ° of China’s elite athletes. This article puts forward views and te chnical parameters for the Chinese athletes’ development and improvement of the technique. It provides a theoretical basis and technical references to promoti ng the positive significance of china"s men"s horse vaulting skills. Key words: vault；cartwheel straight side somersault 990 °；kinematic a nalysis 长期以来我国男子跳马一直是世界体操的优势项目，李宁、楼云、李小鹏、陆斌等优秀 运动员为我国立下了汗马功劳，多次夺得过男子跳马世界冠军。
近几年来情况有点不妙，在 2005年和2006年世界体操锦标赛上居然没有我国运动员参加跳马单项决赛，在2006年举行的 第十五届亚运会上也没有我国运动员参加男子跳马单项决赛。
形势是严峻的应该引起我们的 思考和警惕，要继续加强我国男子跳马的训练和研究，特别要培养跳马尖子运动员，并大力 发展高难前沿动作。
侧手翻直体侧空翻转体990°（又叫直体笠松720°），在2000—2004年国际体操规则难度 表中属于10分起评的高难动作，在2006年新修改的国际体操规则男子跳马难度表中是难度价 值最高的动作之一，难度分为7分。
我国运动员杨威很早前就能完成这个动作，他在世界体 操大赛个人全能跳马比赛中仍然使用这个动作，取得较好成绩。
目前在国内和世界上能完成 这个动作的人为数不多，我国优秀运动员杜伟就是其中的一个。
杜伟是我国的跳马强手，他 在近年来的全国体操比赛跳马单项决赛中使用这个动作夺得过跳马冠军。
本文研究的主要目的旨在通过运动生物力学的分析，揭示杜伟完成的跳马侧手翻直体侧空翻 转体990°动作的运动学规律和技术特点，为我国运动员改进和发展此动作提供理论依据 和技术参考，使我国更多的运动员掌握这个高难前沿动作，提高我国男子跳马的整体水平和 竞争实力。
1 研究对象与方法 1.1 研究对象 杜伟是贵州籍国家体操集训队队员，是我国年轻 的后起之秀。
在2006年无锡全国体操锦标赛上夺得跳马冠军，并在2006年上海体操世界杯系列赛 中夺得跳马冠军， 在2010年全国体操锦标赛上夺得了男子跳马冠军。
1.2 研究方法 1.2.1 文献资料法 阅读有关文献资料10余篇，了解我国男子 跳马发展情况及研究现状。
1.2.2 观察法 观看了2004年奥运会、2005年和2006年世界体操锦标赛男子跳马单项决赛的电视转播， 还在比赛现场观看了2004—2006年4次全国体操锦标赛男子跳马单项决赛，对男子跳马发 展现状与发展趋势有了一个基本认识。
1.2.3 运动学研究法 本文运用生物力学三维摄像与解析等方法对杜伟完成的跳马侧手翻直体侧空翻转体990° 动作的全过程进行了研究，研究步骤与方法如下： 1)动作的采集。
在2006年6月无锡全国体操锦标赛男子跳马单项决赛中，用两台日本产Sony摄像机拍摄 了杜伟完成的侧手翻直体侧空翻转体990°动作的全过程。
A机位于跑道一侧，B机位于落地 点后一侧，两机镜头对准跳马推手点，两机主光轴夹角约为100°，拍摄频率为每秒50幅， 比例尺采用Peek框架进行三维立体标定，利用外同步对动作进行同步处理。
2)动作的解析。
对所采集的图像进行整理解析，选用扎齐奥尔斯基人体模型，利用SIMIMIMOTION软件进行解析。
对解析所获得数据采用低通滤波 进行平滑，截断频率为8 Hz，对取得的平滑数据进行筛选和整理，共获得5 500多个数据， 包括身体重心和各关节的位移、水平速度和垂直速度及各关节的角度等。
2 结果与分析 该动作由助跑、上板、踏跳、第一腾空、推手、第二腾空和落地7个阶段组成。
从身体重心在垂直面的运动轨迹来看（图1），AB段为踏跳阶段；BC段为第一腾空阶 段；CD段为推手阶段；DEF段为第二腾空阶段。
说明踏跳之后，经过第一腾空和推手身体重 心轨迹是逐渐上升的，至第二腾空最高点（E点）之后，重心轨迹又逐渐下降至落地为止。
从身体重心水平速度和垂直速度的变化曲线来看（图2），从踏跳阶段两脚触板开始，经过 跳跳和推手两次制动，身体重心水平速度逐渐下降，两脚触板时水平速度为6.67 m/s；两 脚离板时重心水平速度下降到4.92 m/s;推手结束瞬间水平速度继续下降3.32 m/s，进入 第二腾空重心水平速度保持在3 m/s左右；落地瞬间重心水平速度为2.70 m/s。
因为本文是 从踏跳阶段开始分析动作全过程，所以触板瞬间水平速度最大，按跳马动作的特点和要求， 助跑和上板时的重心水平速度要大于两脚触板瞬间的水平速度。
图1 身体重心在垂直面上的运动轨迹 注：A两脚触板； B两脚蹬离板；C左手撑马；D右手离马 E重心最高点；F两脚落地 本图的座标原点为1.20 m，要计算实际高度加1.20 m。
图2 重心水平速度和垂直速度曲线 从各阶段的时间分配比例来看（表1），第二腾空时间最长，为1.00 s，占71.43％；第一 腾空用时最短，为0.06 s，占4.29％；其次是踏跳，用时为0.10 s，占7.14％；推手时 间比踏跳时间长一倍多，为0.24 s，占17.14％。
2.1 踏跳阶段技术分析 从两脚触板开始至两脚蹬离板的运动 过程为踏跳阶段（图3，图4）。
本文从踏跳阶段开始分析该动作技术，但踏跳阶段以后获得的水平速度其主要动力来源 于前面的助跑阶段和上板阶段。
根据三维测试数据，杜伟上板过程最大的瞬时水平速度为7 .80 m/s。
踏跳阶段主要的技术特点分析如下： 1)两脚积极主动踏在重心投影线前面，在踏跳板的中部位置，几乎全脚掌触板，左右膝角分别为146°和145°，两臂前平举，左右肩角分别为100°和97°，上板 角为69°（表2，图3）。
以上姿势和关节角度为制动踏跳创造了有利条件。
2)踏板后在人体重力作用下踏跳板下沉，经下肢关节短暂缓冲后，立即快速有力蹬直两腿， 直至脚尖离板。
在踏跳板恢复原来形状并利用弹性势能的过程中踝角、膝角、髋角均呈增大 趋势，左右踝角增大到145°和149°，左右膝角增大到176°和177°，左右髋角增大到150 °和156°，踏跳时间为0.10 s（表2，图4）。
由于踏跳的制动作用重心水平速度明显减小 ，垂直速度明显增加，水平速度由6.67 m/s减小到离板时的4.92 m/s；垂直速度由触板时 的0.02 m/s增加到离板时的3.70 m/s（表2），说明踏跳阶段是获得垂直速度的主要动力 ，根据力学原理蹬腿的作用力越大，踏跳效果越好，获得的垂直速度越大。
3)在蹬腿的同时上体逐渐前倾，并向右转体，离板时左肩在前，右肩在后，右臂高 于左臂，左臂仍位于肩水平位置，右臂摆过头水平位置，身体重心已越过脚支点垂线，蹬离 角为75°（表2，图4）。
由于离 板前的身体转动，也同时获得了绕纵轴转体的旋转力矩，这是侧手翻类动作与前手翻类动作 在踏跳阶段的一个明显不同的技术特点。
2.2 第一腾空阶段技术分析 从两脚蹬离板至左手撑马的运动过程为第一腾空阶段（图4，图5）。
两脚蹬离板后第一腾空身体重心轨迹沿着37°的腾起角逐渐向上运动（见图1BC段）。
既要 保 持身体向上的运动势头，又要保持较快的向前运动速度，以便越过1.35 m高1.20 m长的跳 马是第一腾空的显著特点之一。
第一腾空是踏跳阶段和推手阶段的过度阶段，两脚蹬离板后左手要积极前伸撑马，腾空 时间极短，为0.06 s。
左手撑马前肩角略有减小。
两腿也同时向后向侧摆动，髋角 呈增大趋势，脚的运动速度明显加快，最快达到11.99 m/s。
2.3 推手阶段技术分析 从左手撑马至右手推离马的运动过程为推手阶段（见图5图6）。
推手阶段是完成该动作 的关键技术环节之一，主要技术特点如下： 1)左右手依次撑马，但间隔时间很短。
左手撑马瞬间，左臂弯曲，左肘角为130°左右，左 手撑在马后端10 cm区域内靠左侧一点，重心比较低，撑马角比较小，约为9°（表3，图5）。
重心水平速度损失较小，保持在4.59 m/s，重心垂直速度继续增大，达到4.26 m/s，说 明踏跳阶段是人体获得向上垂直速度最主要的动力，左手撑马后随着身体向上运动，右手积 极向前侧马的中部方向撑马，左右手撑马的间隔时间为0.10 s，间隔距离为57 cm，右手撑 马时左臂继续弯曲到90°左右，左肩角减小到89°（表3） 2)右手撑马后立即快速有力的推手顶角，充分推直两臂顶开肩角，左臂先推直，几 乎同时推离马，右手最后离马，肩角明显增大，身体重心明显上升，离马时左右肩角分别增 大到145°和162°（表3，图6），身体身心比左手撑马时上升了1.25 m，比右手撑马时上 升了0.55 m。
整个推手时间为0.24 s，重心水平速度在推手顶肩的制动下继续下降到3.3 2 m/s，虽然 身体重心上升了，但重心垂直速度并未增加，说明杜伟的推手顶肩只起到支撑过度作用，要 尽量减小垂直速度的损失。
3)在依次撑马推离马的过程中，在惯性力矩和摆腿的作用下，身体快速向上翻转并 继续转体。
脚的运动速度最快达到12 m/s以上，离马时脚的运动速度有所减小，身体完全转 到90°，成并腿侧倒立位置，左右髋角分别为173°和172°，右手推离角为81°（表3，图6 ）。
推离角较小是侧手翻类（指笠松类）动作与前手翻类动作主要区别之一。
9.20 注：撑马角：左手撑马瞬间身体重心至手支点连线与马水平面后夹角；推离角：右手离马瞬 间身体重心至手支点连线与马水平面后夹角。
2.4 第二腾空技术分析 从右手推离马后至两脚落地的运动过程为第二腾空阶段（图6—图8），第二腾空是评定动作 性质和动作质量的主要标志。
第二腾空的时间、高度和远度都是由助跑、踏跳和推手等阶段决定的，根据解析材料（表4 ），杜伟该动作的腾空时间为1.00 s，腾空高度3.12 m，重心上升的绝对高度为0.62 m ，重心腾空远度为3.06 m，落地远度（右手至左足）为3.18 m，跳马前端至左足落地远度 约为2.58 m。
以上腾空时间、腾空高度和落地远度等指标是杜伟完成侧手翻直体侧空翻转 体990°必须具备的基本条件，可供年轻运动员发展该动作参考。
第二腾空身体重心抛物线轨迹以46°的腾起角逐渐弧形向上运动，到了最高点，重心水平速 度仍保持2.98 m/s，而重心垂直速度几乎接近零，为0.12 m/s，过了最高点后在重力作用 下，身体重心抛物线轨迹又逐渐弧形下降，直至落地瞬间，重心垂直速度逐渐增加，落地时 为4.59 m/s。
该动作第二腾空动作技术比较复杂，是一个绕多轴旋转的空翻转体动作，离马时身体处 于侧倒立位置，进入腾空后身体先绕前后轴（矢状轴）向侧运动，然后绕横轴向后运动，同 时还要绕纵轴转体990°。
正因为该动作离马时先向侧做直体空翻运动，所以最早的动作术 语称为侧手翻直体侧空翻转体990°。
根据材料分析和计算（表4），该动作向侧向后翻转了 1周多一点落地（1周加1/4周），翻转角速度为7.85转/s。
该动作的翻转动力主要来源于下面几个方面：1)前面助跑获得的水平速度；2)踏跳和推手获 得的翻转速度；3)第二腾空直体翻转过程中通过改变旋转半径，从而增加翻转角速度，具体 讲就是两臂向横轴靠拢或者落地前适度屈髋等都能加快身体的翻转速度。
该动作的难点是在身体直体翻转过程中要转体990°，该动作离马时处在侧倒立位置，离 马后立即开始向左转体。
转体动力有以下几点：1)头肩主动带动整个身体向左转体； 2)两臂向胸腹前屈抱，改变纵轴旋转半径，加快转体速度；3)空中身体伸直两腿并 拢，头梗直对保持和加快转体速度有重要作用。
该动作开始转体速度较慢一点，中间转体速 度快一点，最后落地前为了减小旋转速度转体速度又要慢一点。
通过观察分析，转体360° 以后两臂屈抱身体最紧，旋转半径最小转体速度最快，转体630°～720°之后两臂开始离开 身体，旋转半径增大，转体速度逐渐减小，为落地站稳创造了较为有利的条件。
该动作转体 180°是在重心抛物线轨迹上升过程中完成的（图7），后面的大部分转体动作都是在重心轨 迹下降过程中完成的，根据动作观察和计算，身体重心下降到马水平面以上，比马高20 cm 基本上转完990°，转体速度为17.99转/s（表4），与翻转速度7.85转/s比较，转体速度 比翻转速度快2倍多，说明该动作主要矛盾在转体方面，加快转体速度是完成该动作的关 键技术环节。
2.5 落地阶段技术分析 从两脚触垫经过下肢各关节缓冲弯曲至 两腿伸直站立为止的运动过程为落地阶段。
落地站稳必须具备以下几个条件： 1)提高第二腾空动作质量，落地前身体尽量伸展，屈髋不要过早，两臂尽量伸开， 最大限度地减小身体翻转速度和转体速度，杜伟落地瞬间，髋角不是太小，左右髋角分别为 113°和127°（表5，图8）。
2)落地后下肢各关节做退让性的弯曲缓冲，尽量延长作用地面的时间，既防止下肢受伤又能减小身体向下的垂直速度。
因此，两脚触垫时两腿尽量伸直，这样 增加了下肢各关节弯曲缓冲的空间和时间，杜伟两脚触垫瞬间两腿基本伸直，左右膝角分别 为160°和163°（表5，图8），当左右膝角弯曲到94°和96°，大约缓冲了0.12 s时间后 立即伸腿站立。
3)选择合理的落地角对落地稳定性至关重要，落地角过大过小都会影响落地的稳定性。
杜伟 落地基本站稳，他的落地角为41°，经过下肢弯曲缓冲之后，重心垂直速度减小到0.03 m/ s接近零，而水平速度还有1.58 m/s，所以杜伟落地后向后退了一步，落地后经过下肢各关 节弯曲缓冲使身体重心垂直速度和水平速度都接近零才能站稳。
2741°2.58 注：落地角：两脚触垫瞬间重心至脚支点连线与地水平线后夹角；落地远度：两脚触垫瞬间 左足与马前端的水平距离；落地区垫子高度为30 cm。
3 结 论 杜伟完成的侧手翻直体侧空翻转体990°是成功的，主要结论如下：1)两脚积极踏板，上板角为65°，快速有力蹬直两腿直至脚尖离板，踏跳时间为0.10 s， 重心垂直速度明显增大。
离板时身体已转动，蹬离角为75°。
2)离板后左手积极撑马，第一腾空时间极短为0.06 s。
左手撑马时左臂弯曲，重心较低， 撑马角只有9°。
紧接着右手撑马，左右手撑马间隔时间为0.10 s，间隔距离为0.57 m。
然后迅猛有力推手顶肩，左右肩角增大到145°和162°，身体在侧倒立部位推离乌，推离角 为81°。
3)第二腾空时间为1.00 s，重心最高点距离地面垂直高度为3.12 m。
离马后立即开始转体 ，转体动力是头肩带动，两臂向胸腹前屈抱，同时尽量保持身体伸直，转体990°的角速度 为17.99转/s，翻转角速度为7.85转/s，转体速度是完成该动作的主要因素。
4)落地前身体尽量伸展，落地时两腿几乎伸直接触垫子，左右膝角分别为160°和163°。
尽 量延长下肢各关节弯曲缓冲的角度和时间，选择好落地时机，杜伟落地角为41°。
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