女子优秀蹦床运动员屈体前空翻两周转体540°空中动作的运动学分析

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  摘 要:屈体前空翻两周转体540°是女子蹦床比赛中难度较高的动作,也是国内运动员在自选动作中用得最多同时失败率也是最高的动作之一。本研究对2011年蹦床世界杯无锡站进行了现场拍摄,解析了获得冠、亚、季军的运动员在比赛中完成的该动作,同时以该动作失败的运动员动作为对比,主要从空中阶段进行了分析,得到一些结论,希冀能在今后的训练与比赛中给运动员及教练员启示。
  关键词:蹦床;屈体前空翻两周;转体540°;空中动作
  中图分类号:G804.6 文献标识码:A文章编号:1006-2076(2012)06-0073-05
  Abstract:A double piked somersault with 540° twisting is quite difficult for woman’s trampoline players,whose failing rate was topmost and was used most often for athletes’ free movement in China. In this paper, the author comparatively analyzes the first,second,third and a fail athlete 803∠ air movement in 2011 Wuxi FIG Trampoline Gymnastics World Cup.It is hoped that movement technology diagnosis can provide information for athletes and coaches in training and competition.
  Key words: trampoline;double piked somersault; twisting 540°; air movement
  收稿日期:2012-03-31
  作者简介:曾德涛(1973- ),男,硕士,讲师,研究方向运动生物力学。
  作者单位:1.西南大学荣昌校区,重庆 402460;2.成都体育学院,四川 成都 610041
  1.Southwest University(Rongchang),Chongqing 402460,China;2.Chengdu Sport University,Chengdu 610041,Sichuan,China
  蹦床是一项难美技能表现型项目,也是一项新兴的奥运比赛项目,在2000年悉尼奥运会上,蹦床才首次列为正式比赛项目。在2004年雅典奥运会上,福建籍女子运动员黄珊汕代表中国体育代表团第一次参加奥运蹦床比赛并获得铜牌, 2008年在北京奥运会上,何雯娜获得了该项目的金牌,这标志着我国的女子蹦床竞技水平已步入世界顶尖行列。2011年中国女子蹦床队继续书写着自己的辉煌,在参加的四项世界大赛中都取得了非常好的成绩。但必须看到蹦床起源于欧洲,在欧美开展较早,从1964年的第一届世界蹦床锦标赛到现在已举办了28届,加拿大、俄罗斯、美国等都具有很强的冲击力,再从2011年取得的成绩看,我国最优秀的两名运动员黄姗汕、何雯娜表现得不够稳定,世界杯捷克站黄姗汕、何雯娜都在预赛时被淘汰;黄珊汕取得两站世界杯冠军,但世界锦标赛和捷克站均未进入决赛;何雯娜仅在世界锦标赛中取得冠军,捷克、俄罗斯站也未进入决赛,而奥运会比赛只有两名运动员参加,如何保障运动员的稳定性是摆在我们面前的最大问题。要做到稳定必须从蹦床比赛的10个具体动作入手,弄清每个动作的要点,做到精益求精,特别是对重点动作进行分析与突破,据李艳翎等[1-3]对第九届全国运动会及2003年全国五城运动会蹦床比赛和蹦床冠军赛的统计,发现803∠这个动作是运动员在自选动作中用得最多同时失败率也是最高的一个动作。再从2011年蹦床世界杯无锡站参加决赛的八名运动员来看,一名选手动作未完成,另有6名选手均选用了该动作。因此,对这个动作的突破就显得尤为重要。
  本研究试图以2011年蹦床世界杯无锡站的比赛中,前三名运动员黄珊汕、何雯娜、Karon cockburn完成屈体前空翻两周转体540°(803∠)空中动作作为研究对象,以在该动作上失败的运动员钟杏平动作为对比,采用录像解析测量的方法,运用运动生物力学的原理,做出动作技术诊断,希冀能在今后的训练与比赛中给运动员及教练员启示。
  2 研究对象与方法
  2.1 研究对象
  2.2研究方法
  于2011年7月2-3日在蹦床世界杯无锡站期间,在无锡体育馆比赛现场进行了定机拍摄,架机位置见图1。
  拍摄仪器:两台日本产JVC数码录像机,两录像机夹角为120°,两机主光轴对准运动平面中心,拍摄距离25米,机高2.5米,拍摄频率25帧/秒。
  解析仪器采用德国SIMI运动解析系统,对4名运动员完成屈体前空翻两周转体540°(803∠)进行了三维录像解析,解析场数50场/秒。采用美国汉纳范人体模型,所得数据用数字滤波的方法进行平滑,截断频率8。
  3 结果与分析
  运动实践告诉我们,无论多么复杂的动作都是由不同形式的简单基本动作组成,因此,为便于分析我们将蹦床屈体前空翻两周转体540°动作(803∠)空中动作分为三个阶段,定义如下:
  上升单纯空翻阶段:即运动员从离网时刻到开始转体时刻。在这个阶段中运动员完成绕人体额状轴的空翻。
  空翻转体阶段:即运动员从开始转体时刻到转体结束时刻。在这个阶段中运动员即要完成绕额状轴的空翻,又要完成绕人体纵轴的转体。
  空翻下落阶段:即运动员从转体结束时刻到下落着网时刻。在这个阶段运动员要完成未完成的空翻,同时又要调整姿态为下一个动作的完成做好充分的准备。
  3.1 上升单纯空翻阶段分析   运动员空中翻腾的动量矩L=Iω(L为动量矩、I为转动惯量、ω为转动角速度),在离网瞬间已经决定,所以运动员必须处理好I与ω的关系。如果运动员身体质量分布越向质心额状轴集中,屈体程度越大,I就小而ω就越快,相反如果运动员屈体程度过小,空翻度数就较小。
  从表2重心上升的高度来看,前三名运动员转体时刻重心的平均高度为2.44米,黄珊汕重心高度最高(2.48米),钟杏平高度最低(1.72米)。从躯干绕额状轴转动的平均角速度来看,前三名运动员的平均值为849.7°/s,黄珊汕躯干绕额状轴平均转动角速度为800.3°/s,是四名运动员中最小的,钟杏平最大为911.8°/s;可见黄珊汕在转体前的空翻技术特征是翻转的速度较小,在较高高度开始转体。动作失败的钟杏平角速度达到最大911.8°/s,其空翻高度最低只有1.72米,当进入转体动作时仅用时0.34秒,腾空时间也是最少的。由此我们得出,钟杏平在830∠动作中转体前的空翻技术强调翻转的速度,上升的高度低,不利于完成动作,是其在今后的训练与比赛中值得注意的。
  3.2 空翻转体阶段
  这个阶段包括运动员上升期、最高点和下降期的翻转动作,体现蹦床运动“高”“难”“美”特征,同时也是裁判员评分的重点。我们将从空中转体的再认识、空中转体的姿位、空翻与转体的结合及最高点的姿位四个方面进行分析。
  3.2.1 空中转体的再认识
  蹦床803∠是一个空中转体的动作,据M.R. Yeadon的研究[4],一个熟练的蹦床运动员可以通过在空中一次髋关节的运动完成半个转体,这种转体有的学者称之为“呼拉”或“猫旋”技术,这种转体是由髋关节在空中做“呼拉”圈运动而产生的,当运动员屈体向前空翻时,髋关节向左或向右转动产生一个相对于身体的动量矩,根据动量矩守恒定律,身体同时也就产生了一个与髋关节动量矩相反的动量矩,由于惯性主轴的再定位,产生一个与髋关节转动相反的人体的转动。1980年Frolich做了进一步的研究[4],他发现体操、蹦床及跳水运动员在转体时身体要保持正直,不能只采用髋关节这种“呼拉”运动完成多个转体,为保持动量矩守恒,任何左右不对称的运动,都可以产生一定程度的倾斜,当动作是在空翻过程中完成时,由于惯性主轴的再定位也将产生身体绕纵轴的转体。
  对于已经转动的人体,运动员又是如何停止转动的呢?Yeadon等[4]在1990年对蹦床空翻两周转体一周的动作进行了计算机模拟,他们看到当转体接近完成时,运动员先抬高、再放低左臂,同时抬起右臂这种非对称性运动消除人体倾斜,从而消除过多的转体。
  经过对比赛现场的观察以及对录像的分析,我们发现在蹦床屈体前空翻两周转体540°(803∠)动作中,4名运动员中采取了相同的转体姿势,即在第一周空翻后,利用髋关节、头部向右的“呼拉”运动产生向右的动量矩,因空中动量矩守恒从而使人体产生向左的倾斜,进而产生向左的转体,同时在第一个转体180°中,左肩带动上臂抬起(矢状面上小于45°),右臂向前下内收,帖于右大腿内侧,使两肩轴向右倾斜利用人体空中不对称的运动产生转体,转过180°后进入相同的转体姿势,即右臂保持帖于右大腿内侧,同时左臂内收帖于左侧髋关节处,两肩轴仍向右倾斜,头同样保持向右倾斜,在这个相同的姿位下转体180°。进入最后180°转体时运动员先是右臂抬起而后左臂抬起增加人体绕纵轴转体的转动惯量,进而控制人体过多的转体。
  3.2.2 空中转体时躯干与垂直轴夹角的运动学分析
  通过对4名运动员空中转体的运动学解析,发现4名运动员空中转体时空中姿位的安排存在较大差异,我们从转体各1/4周后躯干与垂直轴的夹角进行分析。
  从表3中可以看到,黄珊汕在转体各1/4周后,躯干在空中的位置很有规律性,当转过1/4周后,躯干差7.2°到达垂直轴,单从肉眼来看整个躯干垂直网面;转过2/4周后躯干与垂直轴的夹角为54.6°,距45°较为接近;此后的3/4、4/4、5/4、6/4周更为明显,与垂直轴的夹角分别是89.2°、-47.2°、-2.0°、-89.2°,躯干基本与垂直轴的90°、45°、0°重合,体现蹦床运动“准”“美”的特点,具有很高的艺术感染力。
  此外,何雯娜、考克伯恩具有与黄珊汕相同的规律,特别是何雯娜同黄珊汕相比差异更小;钟杏平空中转体各1/4周的规律性较差,空中姿位与垂直轴90°、45°、0°的关系交代不清楚,缺少节奏感。
  因此,从转体时躯干与垂直轴的夹角看,黄珊汕与何雯娜进入转体时间把握较好,内耳前庭器官控制平衡能力较强,整个动作准确,更负有节奏感与美感。
  3.2.3 最高点姿位分析
  运动员最高点的姿位对判断运动员空中姿态,空中翻转角度的分配及运动员空中节奏的掌握都能起到积极的作用。
  从表4可知,到达最高点时,何雯娜重心高度最高(3.08米),其次是黄珊汕(2.90米),最低的是钟杏平(2.70米),前三名运动员的平均值为2.93米,标准差为0.15,可见运动员在2.93±0.15的范围内都是可以完成动作的。从转体度数来看,黄珊汕、何雯娜、考克伯恩上升到最高点时,空中转体度数比较接近;考克伯恩到达最高点时手臂未贴于身体两侧,增大了人体绕纵轴转动的转动惯量,到达最高点时转体度数最小,同时根据蹦床比赛规则会被扣掉技术分。
  再从躯干与垂直轴夹角看,身体重心到达最高点时,前三名运动员躯干与垂直轴夹角的平均值为69.9°,黄珊汕夹角最大,这与她最迟进入翻转有关。钟杏平空翻度数较多,差51.0°到达垂直轴,这与其较早进入转体增加空翻的转动惯量有关;可以说运动员在最高点时身体纵轴与垂直轴的夹角在(68.2°~72.1°)内较适合完成动作。
  3.2.4 空翻与转体的结合
  从表5运动员转体的总平均角速度来看,前三名运动员的平均值为609.3°/秒,钟杏平总平均角速度最小551.0°/秒,何雯娜、考克伯恩都为600.0°/秒,黄珊汕627.9°/秒;再从总时间来看,前三名运动员转体所用总时间的平均值为0.89s,钟杏平用时最多达到0.98 s,黄珊汕为0.86 s、何雯娜、考克伯恩为0.90 s,可见,钟杏平绕人体纵轴转体的能力较差,转动角速度较慢,用时较多;黄珊汕绕纵轴转体总平均角速度相对较快,用时相对较少。运动员在完成空中转体动作时,转体过慢运动员将不能完成高难度的转体动作;转体速度过快,较大的转体速度不利于运动员网上的平衡,因此,运动员空中的转体必须在理论的指导下经过反复的体会,找到适合自己的转体速度。   从转体各1/4周的运动学特征来看,4位运动员有一个共同的特点,即在转体的1/4周用时相对较多,前三名运动员的平均值为0.17秒,这与运动员利用髋关节“呼拉”运动及身体不对称运动,完成从屈体前空翻向绕纵轴转体的过度分不开。而转体的6/4周用时最多,前三名运动员的平均值为0.26秒,平均角速度也是最慢的350.6°/ s,这与运动员转体6/4周技术动作特点有关,当进入6/4周转体时,为停止人体绕纵轴的转动,运动员先抬高、再放低左臂,同时抬起右臂,这样增大了人体绕纵轴的转动惯量,从而减慢了转体速度,消除了过多的转体度数。再从转体的2/4、3/4、4/4、5/4周看,相对用时较少,但各运动员间存在较大差异共性较差。
  我们已经知道运动员转体是在空翻中完成的,那么转体时的空翻运动学特征如何呢?我们进行了空翻的运动学分析。
  从表6运动员在转体过程中空翻的角度看,前三名运动员的平均值为341.1°,其中黄珊汕是348.1°,最大的是何雯娜351.5°,最小的是考克伯恩323.8°。运动员在转体时完成一个较大的空翻角度,当进入下落调控时,需要完成的空翻度数相对减少,那么运动员在下落调控中不需要一个较大的空翻角速度就能完成动作,这样便于人体在网上的平衡,所以在完成转体的条件下,空翻的角度越大越好,何雯娜和黄珊汕做得较好。
  从空翻的平均角速度来看,前三名运动员的平均值为843.5°/秒,黄珊汕、何雯娜、考克伯恩分别是870.3°/秒、850.7°/秒、809.5°/秒,黄珊汕平均角速度较大870.3°/秒,最小的是考克伯恩809.5°/秒,最大的是钟杏平1 024.1°/秒。再从转体540°的转体平均角速度来看,情况正好相反,钟杏平绕纵轴转动的平均角速度最小(551.0°/秒);从前面的分析我们已经知道,运动员起网后的动量矩将不会改变,运动员空中的转体是通过髋及其他环节的非对称性运动使人体产生倾斜,由于惯性主轴的再定位,人体产生了空中的转体,既然人体的动量矩不会改变,那么空翻和转体的速度是一对矛盾,转体过快将影响空翻的速度,空翻过快也会影响转体的速度。因此可以说,运动员在完成翻转动作时,绕额状轴的空翻同绕纵轴的转体都不是越快越好,更多的是对速度的分配与动作节奏把握上。
  3.3 空翻下落阶段分析
  即运动员从转体结束时刻到下落着网时刻。在这个阶段运动员要完成未完成的空翻,同时又要调整姿态为下一个动作的完成作好充分的准备。
  按照理想的下落调控要求,运动员应该通过环节姿位的改变,增大绕纵轴及额状轴转动的转动惯量,减小转动角速度,入网时保持身体垂直入网。但是,通过对录像的解析,我们发现从转体结束到着网的过程中,虽然人体没有绕纵轴的转体,但人体并没有完全垂直下落,而是一个抛物线下落部分与空翻的合运动。
  从表7中我们看到,前三名运动员动作完成后着网时髋关节角度的平均值为107°,最大的是钟杏平120°,其次是何雯娜118°,黄珊汕角度较小102°,既然人体是在转动中完成下落调控技术,根据转动力学原理,人体只有调节各环节的姿位,让两脚落在身体重心抛物线轨迹的延长线上,才有利于保持人体在网上的平衡,不会向前后倾倒[5]。如果人体在入网瞬间身体完全垂直于网面,就算通过网的摩擦及收腹屈髋的动作,也不可能平衡仍然向后翻转的躯干。身体继续向后翻转最后造成人体不能垂直压网,无法获取足够的弹性势能,进而无法完成下一个动作。运动员从下落到入网时一个较小的髋关节角度,给躯干伸直预留一定的角位移空间,便于调节人体姿位,使其在入网时身体的每一点在经过入网点时的速度方向,都在沿此点转动的圆弧切线方向上,垂直于网面向下,形成一个动态的垂直入网姿势。
  从表7数据可知,前三名运动员下落过程中,空中时间的平均值是0.17秒,其中,黄珊汕用时最多0.22秒,占整个空中翻转时间比例最大14.8%。其次是何雯娜0.18秒,占总时间12.0%;考克伯恩0.12秒,占总时间8.5%;占总时间最少的是钟杏平,仅占总时间的8.2%,同时在其着网瞬间,身体已落到网外。下落调控时间延长无疑为运动员改变身体姿势调节转动惯量、动态垂直入网平衡身体提供了时间的保证。
  4 结论
  4.1 上升单纯空翻阶段:在进入转体前的空翻中,黄珊汕躯干平均空翻角速度为800.3°/秒,是4名运动员中最小的,钟杏平最大为911.8°/秒;从重心上升的高度来看,黄珊汕重心上升高度最高2.48米,钟杏平上升高度最低1.72米,在腾空高度与翻转速度的矛盾中,黄珊汕更强调腾空的高度,钟杏平更强调翻转的速度。前三名运动员进入转体时刻,重心的平均高度为2.44米,进入转体时间的平均值为0.39秒,本阶段躯干绕额状轴转动的平均角速度为849.7°/秒,运动员在此参数基础上进入转体阶段利于完成动作。
  4.2 空翻转体阶段:前三名运动员到最高点时,重心上升高度的平均值为2.93米,躯干与垂直轴夹角的平均值为69.9°,本阶段空翻平均角速度为843.5°/秒s;转体的平均角速度为609.3°/秒,转过1/4、2/4、3/4、4/4、5/4、6/4周时,躯干与垂直轴的平均夹角分别是-9.6°、56.2°、87.2°、-47.4°、-6.9°、-83.6°,特别是前两名运动员与90°、45°、0°基本重合,体现蹦床运动“准”“美”的特点,具有很高的艺术感染力。
  4.3 下落调控阶段:前三名运动员本阶段时间的平均值是0.17秒,占整个空中时间的平均值为11.77%,下落调控时间延长,无疑为运动员改变身体姿势调节转动惯量、平衡身体提供了时间的保证。完成空中动作着网时,前三名运动员并不是垂直落下,而是保持一个一定范围的髋关节屈曲角度,髋关节角度的平均值为107°,这样给躯干入网伸直预留一定的角位移空间,便于调节人体姿位,形成一个动态的垂直入网姿势。
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