速滑运动员优秀组与一般组弯道蹬冰技术的比较研究

来源 :北京体育大学学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nanguo345
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  摘要:明确优秀速滑选手间技术上的细小差异和影响运动成绩的决定因素不仅对改进技术,而且对运动训练具有重要的意义。运用运动生物力学方法,比较了优秀组与一般组滑跑同一距离项目中蹬冰技术之间的异同性。结果表明:输出功率总量参数决定水平相近的运动员之间成绩上的微小差异;优秀组通过高步频、短步幅的方法实现输出功率总量的提高;提出动点支撑的频幅特点有别于定点支撑的观点。
  关键词:速滑;蹬冰技术;弯道;动点支撑;输出功率总量;步频
  中图分类号:G804.62 文献标识码:A 文章编号:1007—3612(2006)11—1510—03
  本次测试的目的是探讨在滑跑同一距离项目中,哪些参数决定着相近水平运动员之间成绩上的微小差异。
  
  1 研究对象与方法
  
  1.1研究对象选择参加2002—2004赛季国际滑冰联合会(ISU)举办的世界杯(哈尔滨站)A组1000 m比赛中的优秀女子速滑运动员为研究对象,他们包括多名世界纪录保持者(表1)。为了便于比较将运动成绩靠前的10名选手定义为优秀组,而将运动成绩靠后的10名选手定义为一般组。
  1.2研究方法按照kwon3d三维分析系统的拍摄要求,首先在运动员完成动作范围内的冰面跑道上摆放6根标志杆,每根标志杆选取4个点共计24个点作为基准点,采用经纬仪来测定标志杆上基准点的水平角和垂直角,以此实现空间坐标的定位与转换。
  采用4台数码摄像机,从弯道的内侧面定点拍摄了运动员弯道蹬冰技术动作的一个复步动作。摄像机取景的有效范围为15m,拍摄频率为50 Hz;采用kwon3d三维分析系统进行数字化处理。数据平滑采用低通滤波方法,截断频率为6Hz。数字化结果采用Excel建立数据库,在SPSS进行统计处理。功率参数依据Van Inge.Sehenau等(1980)所提出的公式:
  计算获得。其中:g为重力加速度,L为身高,f为步频,θ为膝关节角度,P0为蹬冰时的输出功率,b0为蹬冰开始时冰刀与大转子间的距离,ψ为蹬冰结束时冰刀与大转子连线在垂直面上的夹角。本研究采用的统计检验显著水平为P<0.05。
  
  2 结果与分析
  
  2.1影响运动成绩的相关因素确定为了便于判断哪些技术参数与运动成绩之间具有显著性相关关系,首先分别计算出左右单步中所选择的多项指标与运动成绩之间的相关系数;其次,确定在左右单步中具有一致性并且该项指标统计检验显著水平达到P<0.05以上的因素。经计算得出与运动成绩显著性相关的因素有4大类指标(图1)。
  
  2.2影响运动成绩的时间因素 根据一个单步支撑时间与运动成绩密切相关的逻辑关系,则可通过计算哪些下位因素与一个单步的支撑时间之间存在着密切相关关系的方法,进一步确定影响运动成绩的间接因素。经计算可知与一个单步支撑时间密切相关的下位因素有:下肢髋、膝、踝关节的伸展时间;髋、膝关节伸展的角速度等因素;由于支撑时间与运动成绩呈正相关,因此从整体而言一个单步支撑时间的相对减少更有利于运动成绩的提高。因为一个单步支撑时间的长短首先取决于下肢髋、膝、踝关节的伸展时间以及髋、膝关节的伸展角速度。在蹬冰过程中下肢关节的伸展时间越短且髋、膝关节的伸展角速度越快,越有利于运动成绩的提高。进一步比较优秀组与一般组的相关数据表明(表2):优秀组左右单步支撑时间明显小于一般组(P<0.01),同时发现这种在一个单步中时值间的差异,主要产生于单支撑蹬冰阶段(P<0.01)。由此可以认为单支撑蹬冰阶段时值间的差异是评价运动成绩优劣的重要因素之一,改善下肢关节的灵活性,从而缩短单支撑阶段蹬冰时间是clap式冰刀技术提高成绩的重要条件。
  
  2.3影响运动成绩的速度因素步长、步频是决定步速的综合因素,也是评价速滑运动员技术是否合理的重要指标之一。综观国际速滑界不难看出,世界优秀运动员之所以能取得优异的成绩,与他们具有合理的频幅组合及突出的步频或步幅特点有着密切的关系。从影响速滑运动成绩的直接因素之一的重心速度角度而言,步长和步频可以认为是决定步速的最直接的下位综合因素。
  在步频与步速的关系中两者呈正相关(r=0.713,P<0.01),它说明高水平运动员是通过加快步频来达到提高步速的。比较优秀组与一般组的步频变化特点进一步证实,优秀组与一般组速度间的差异(P<0.01),与优秀组左右单步的步频明显大于一般组有密切的关系(P<0.01)。然而,在一个单步步长与步速的关系上两者却呈低度负相关(r=-0.144,P>0.05),它反映出在速滑运动中步长对步速的贡献程度相对较低的特点。进一步比较步长的构成成分看出,尽管优秀组的左右单步步长短于一般组,但组间差异不显著;优秀组与一般组在步长构成中的单支撑阶段步长分量上却存在着组间差异(P<0.05)。这提示出在速度滑冰运动中步长对步速的决定作用中,单支撑阶段的步长分量起着重要作用。优秀运动员与一般水平运动员相比,在单支撑蹬冰阶段表现出小步幅的特点。这也许是一般组滑行速度低于优秀组的另一个原因。同时还提示出在速度滑冰这种动支点支撑条件下步长和步频与步速的关系,有别于陆地项目中的定支点支撑条件下步长和步频与步速的关系。
  有关步长和步频与步速关系的研究,美国著名运动生物力学专家JAMESG.HAY(2002)先生在有生之年所发表的最后一篇论文中,对陆上行进方式(如走、跑)以及水上行进方式(如游泳、赛艇、皮划艇)等周期性项目进行了详细的论述,结果表明:步长对步速以及步频对步速的关系具有相同的基本特征;这种关系表现为二次函数曲线,步频对步速的曲线凹面向上,步长对步速的曲线凹面向下;对速度增长有较大贡献的因素是速度的函数,在速度较低时步长是主要因素,在高速时步频是主要因素。尽管在总结上述规律时没有明确划分出陆上项目中定点支撑与动点支撑之间的频幅区别,但从水上项目中步长对步速以及步频对步速的曲线变化中还是可以明确反映出在动支点条件下,随着速度的增加划动幅度明显减小而划动频率逐渐增大的规律。虽然本研究的重点不是探讨不同滑行速度条件下步长和步频与步速之间的关系,但从优秀组与一般组滑行同一距离的测得结果比较来看,似乎更符合动点、低速条件下所得出的结论。这里所要指出的是在以往陆上定点支撑类项目的研究中普遍认为,步长和步频与步速之间均存在着显著性相关关系;但在速度滑冰这种冰上动点支撑类项目中,虽然步长与步频之间存在着高度相关关系(r=-0.864,P<0.01),但步速仅与步频呈显著相关(r=0.713,P<0.01)而与步长却呈低度相关(r=-0.144,P>0.05)。这一现象提示出由于动、定点支撑条件的不同,改变了原有步长、步频与步速之间的制约关系,在动支点条件下的速度滑冰中表现为:步速对步频的高度依赖关系(近似线性关 系);步长与步速之间的非线性关系。因此,控制一个单步的步长特别是单支撑阶段的步长分量值,从而减少支撑时间加快步频是获得高速滑行的重要条件。对速滑弯道蹬冰技术在步长上的调控,主要是针对单支撑蹬冰阶段步长分量加以控制,增大步速的作用更依赖于步频的提高。
  从降低步幅和加快步频的技术因素角度上讲,减少蹬冰阶段髋、膝、踝关节的伸展时间,提高髋、膝关节的伸展角速度以及控制好蹬冰结束时刻蹬冰角度等因素都有利于滑行速度的提高。
  2.4影响运动成绩的姿势因素 本次测试结果表明,影响运动成绩最直接的姿位量因素是蹬冰结束时刻的蹬冰角度(r=0.448,P<0.05)。通过这一因素可以反映出蹬冰结束时刻身体倾斜角度越大,即蹬冰角度越小,越有利于运动成绩的提高。那么如何才能获得有利的蹬冰角,从而创造出适宜的蹬冰姿势呢?进一步分析影响蹬冰角度的相关因素可以看出,蹬冰角与起蹬条件等参数密切相关。
  从起蹬条件来看,反映身体姿位的蹬冰角与踝关节最大缓冲角(r=0.578,P<0.01)、起蹬时刻踝关节的角度(r=0.537,P<0.05)、起蹬时刻膝关节角度(r=0.449,P<0.05)和起蹬时刻的躯干与水平线夹角(r=0.547,P<0.05)等参数密切相关。进一步比较优秀组和一般组的相应参数看出,踝关节的最大缓冲角度优秀组(70.8°±9.17)小于一般组(77.7°±8.07)且差异显著(P<0.05)。
  在速度滑冰运动中,由于冰质的特性所决定运动员往往能够以相对较快的速度向前滑行。因为空气阻力对高速滑行有很大的影响,速滑运动员必须保持躯干处于水平位置以减少空气阻力的影响。同时,速滑运动员为了完成蹬冰技术和控制冰刀刀刃离冰时刀尖刨冰,不得不控制足的趾屈。因此,在传统冰刀的蹬冰技术中躯干和足环节转动的缺乏,导致蹬伸主要是通过大小腿的转动而产生。这就意味着对于传统滑冰中合理的蹬冰技术,蹬伸主要是有膝关节的伸展所引起。据此Van Ingen Schenau等曾提出躯干与水平线夹角和蹬冰开始时刻的膝关节角度是评价滑行姿势优劣的重要指标。但从本次所测得的clap式冰刀滑行技术来看,滑行姿势对蹬冰效果的影响因素除了躯干与水平线夹角和膝关节角以外,还与踝关节的最大缓冲角和起蹬时刻踝关节角度相关。这反映出由于器械的改进,改善了踝关节的灵活性,改变了传统蹬冰技术中仅发挥膝关节蹬伸作用的弊端,提高了下肢各关节蹬伸作用的实效性。这也许是clap式冰刀蹬冰动作技术原理的基础所在。
  2.5影响运动成绩的功率因素 从影响输出功率的相关因素看,功率与支撑时间(r=-0.571,P<0.01)、步频(r=0.567,P<0.01)、结束蹬冰时刻的蹬冰角(r=-0.963,P<0.01)、膝关节伸展角速度最大值(r=0.807,P<0.01)和髋关节伸展角速度最大值(r=0.672,P<0.01)显著相关。它说明就单一因素而言加快步频、提高髋、膝关节的伸展速率、缩短一个单步的支撑时间以及减小蹬冰角均可有效提高输出功率。考虑到缩短支撑时间,加快髋、膝关节伸展速率的主要作用是提高步频,并且它们之间存在着很大的关联性,为了便于实践中的运用,在探讨影响输出功率因素时选择步频作为评价指标。另外,从影响蹬冰角的下位因素看,蹬冰角又与“起蹬条件”密切相关。决定起蹬条件的因素受踝关节最大缓冲角、起蹬时刻踝关节的角度、起蹬时刻膝关节角度和起蹬时刻的躯干与水平线夹角等参数影响,而上述参数所反映的正是滑行姿势。因此,滑行姿势也被视为影响输出功率的另一个重要指标。
  本次测试结果表明,在步频与输出功率的关系上,假如以运动成绩作为评价目标,由于优秀组与一般组在一个单步上的输出功率无显著性差异,依此可以推测水平相近的运动员成绩上的微小差异并不是由每步蹬冰的外部输出功率所造成,考虑到优秀组与一般组在步频上的差异性(P<0.01),这意味着成绩的不同取决于输出功率总量间的差异。因此,通过加快步频来增大输出功率总量,最终达到提高运动成绩的目的是优秀运动员取得优异成绩的重要途径。如果上述推测成立的话,可以得出:在滑跑同一距离项目中,输出功率总量参数决定水平相近的运动员之间成绩上的微小差异。尽管本研究内容尚无法验证通过提高每一步蹬冰力量来增大外部输出功率的方法是否有效,但仍可以确信外部输出功率间的差异决定了运动成绩的优劣。
  从影响外部输出功率的滑行姿势因素来看,优秀组在“起蹬时刻”的蹬冰角、踝关节角、膝关节角以及躯干与水平线夹角等参数与一般组无显著性差异;但在右单步中膝关节伸展角速度优秀组(518.86°/s±153.71)与一般组(396.39°/s±63.48)却差异显著(P<0.05);在左单步中踝关节最大缓冲角优秀组(70.8°±9.17)与一般组(77.7°±8.07)之间差异显著(P<0.05)。就滑行姿势与蹬冰输出功率而言,可以认为目前世界优秀运动员所采用的滑行姿势趋于合理。从影响输出功率的滑行姿势因素细节上看,在左单步中踝关节最大缓冲角度越小且缓冲时间越短,越有利于提高外部输出功率值;而在右单步中提高髋、膝关节伸展角速度,无疑对提高外部输出功率大有益处。
  
  3 结论
  
  1)在时间结构上优秀组的支撑时间明显小于一般组;但这种时值上的差异体现在单支撑蹬冰阶段。单支撑蹬冰阶段时值间的差异是评价运动成绩优劣的重要因素之一。
  2)在频幅因素上步频与步速高度相关,但步长与步速却低度相关;优秀组的步频明显大于一般组,步幅却小于一般组;优秀组与一般组在步幅上的显著变化表现在单支撑蹬冰阶段的步长分量上。这提示出在速度滑冰运动中步长对步速的决定作用中,单支撑阶段的步长分量起着重要作用。
  3)从频幅组合上看动支点支撑项目有别于定支点支撑项目。本次研究提示,由于动、定点支撑条件的不同,改变了原有步长、步频与步速之间的制约关系,在动支点条件下的速度滑冰中表现为:步速对步频的高度依赖关系(近似线性关系);步长与步速之间的非线性关系。控制一个单步的步长特别是单支撑阶段的步长分量值,从而减少支撑时间加快步频是获得高速滑行的重要条件。
  4)通过加快步频来增大输出功率总量,最终达到提高运动成绩的目的是优秀运动员取得优异成绩的重要途径。
  5)在滑跑同一距离项目中,输出功率总量参数决定水平相近的运动员之间成绩上的微小差异。
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