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研究目的:"体育强国"已正式列入国家发展规划文件。"十四五"规划要求加强培养体育后备人才。《体育强国建设纲要》要求创新培养优秀运动员,构建科学合理的训练体系。"中国跳绳",继小球转动大球之后,又一次转动了世界。追求极限,不断超越是体育魅力所在。"更高,更快,更强"是体育发展的向导。中国跳绳进入了新时代。"中国速度"领跑世界,各大跳绳赛事遍地开花。跳绳比赛中,运动员需要根据个人生理状况对比赛中各阶段的体能分配做出合理规划,寻求"速度"的最佳安排策略以获得最好成绩。这里的"速度"指跳绳旋转的角速度。本文旨在通过构建跳绳的数学模型,以崭新的视角研究提升跳绳"速度"方法的理论。研究方法:体育涵盖范围广博,其发展有赖于汇集各学科共同攻关。本文运用文献资料法,影像分析法,数学微分方法、泛函方法,物理学方法,逻辑分析法等方法,建立跳绳的单摇跳数学模型,构建科学的方法理论。运动员在跳绳比赛过程中需要克服体内外阻力(阻力系数φ-1)以达到或保持跳绳一定的转速ω,需要发挥对跳绳的控制力f(t)。控制力来源一是氧的新陈代谢作用在单位时间提供的能量σ,二是体内贮存的能量初值E。对于前者合理假设在比赛中保持常数,而后者则有一个如何将贮存能量分配到比赛各个阶段,并恰到比赛结束之前将其用尽的问题。模型建立需要确定三个关系:一是控制力与角速度的关系;二是控制力做功与上述两个能源的关系;三是角速度与成绩的关系。跳绳成绩是指在固定时间内跳过是次数,在运用数学工具处理时可等价为一定时间内绳体旋转的角度。因此,最佳成绩可以归结为以角度为目标泛函的,与角速度、控制力、贮存能量等函数有关的极值问题。研究结果:1.提升跳绳"速度"的理论方法。跳绳"速度"的表达式为ω(t)=f(t)φ(1-e-t/φ)/(m R),当时间t>>φ时,有ω(t)=f(t)φ/(m R)。表达式中,时间为变量,控制力会随时间变化而变化,而绳体质心矢径不会因为时间而改变。表达式中,跳绳"速度"与运动员控制力成正相关,即运动员控制力越大,跳绳"速度"越快。因此,提升跳绳"速度"的关键方法在于增强运动员在科学健康的跳绳姿势下对跳绳的控制力。切不可颠倒主次,把"半径"当作变量而把控制力作为常数量,在训练中使运动员削足适履,损害其健康。这样即使提升跳绳"速度",也是得不偿失。2.30秒单摇跳的预测成绩。模型根据全国跳绳运动推广中心在微信公众号推送的30秒单摇跳比赛视频,运用数学软件MATLAB(R2016a)中的cftool拟合工具箱进行参数拟合。在短时间内使用最大控制力参加跳绳比赛,得到成绩与角速度的关系Nm=[θm/(2π)]=[∫(0,tm)ω(t)dt/(2π)]。代入拟合参数值F=43N/kg,φ≈0.569,算出tm≈36.48s,Nm=279次。即当赛程小于36秒时用最大控制力跑完全程是可行的,并且能够取得最佳成绩(当然对世界记录创造者而言)。此时求得跳绳最大角速度约为48.93rad/s。3.30秒单摇跳的体内能量。跳绳运动员起跳后在很短的时间0≤t≤td内,由于角速度很小,σ的一部分补充给E(t),所以储能增加。随着角速度变大,E(t)下降,当t=tm时E(t)=0。此时可得能量与成绩的关系N(t)=[(E+σt)/(2πRF)]。文章虽设定体内能量为常数量,但当运动员使用最大控制力且保持跳绳姿势固定时,体内能量是跳绳竞赛取胜的关键。因此,提高跳绳"速度"的理论方法还在于提升人体能量供应,增强心肺能力,提高身体单位时间氧的利用率。4.3分钟单摇跳的"速度"分配。当比赛时间设定大于tm时,比赛过程可分为三个阶段:起始阶段(0,t1),以最大控制力F摇绳,以便在短时间内获得尽可能高的角速度;中间阶段(t1,t2)保持均匀转速。最后阶段(t2,T),把体能贮存能量用尽,即E(t)=0,靠惯性冲刺。研究结论:培养优秀运动员,首先要构建科学合理的训练体系。提升跳绳"速度",需要各学科群策群力,共同攻关。仅为提高跳绳成绩而缩短跳绳"半径"造成运动员姿态伛偻,即不利于运动员的身体健康,也无助于跳绳项目的推广发展。提升跳绳"速度"需要人性化,需要在不损害运动员身体健康的基础上发展跳绳运动。这正符合体育发展的新导向"更干净、更人性、更团结"。