短跑运动员李杰起跑环节的生物力学特点探究

　　摘    要：　本文主要从生物力学角度探讨二级运动员李杰起跑前四步技术的合理性，通过收集该运动员及国内外优秀运动员数据作为参考并结合相关理论知识旨在寻找可能影响其起跑的因素，从而提出切实可行的改进方法以使其起跑技术趋于合理化，为身体条件（如身高、体重等）相似且技术水平相当的短跑运动员的训练提供参考依据。

　　关键词：　起跑技术; 生物力学; 分析;

　　合理的起跑技术影响着运动员100米跑节奏和成绩。而起跑环节是二级运动员李杰的薄弱环节，因而选择此问题进行探究。

　　一、研究对象

　　本研究选取华南师范大学田径运动员李杰蹲踞式起跑为研究对象，对其起跑进行了10次拍摄。

　　二、研究方法

　　实验所用仪器：本次实验采用iphone6s后置摄像头进行拍摄，此外还有5米的皮尺一个、标志物若干以及起跑器。
 

　　实验步骤：

　　(1）拍摄前期：

　　拍摄现场的布置：在100米起点准备好一个起跑器，从起跑线开始用皮尺在跑道上测量5米，每一米放置一个标志物用于后续的视频测量。在距离跑道外沿6.25米，距离起跑线后沿1.72米处放置摄像机，相机拍摄范围为7.5米，拍摄高度为28厘米。

　　(2）拍摄中期：

　　一位发令员进行发令，一位拍摄人员进行拍摄。分别从运动员左右两侧各拍摄5次。

　　(3）拍摄后期：

　　拍摄后期使用Dartfish软件对运动员进行分析并收集相关数据，并将获得的数据导入Excel并进行分析处理。

　　三、结果与分析

　　（一）预备姿势前、后膝关节开放角

　　表1 膝关节开放角对比/°

　　预备姿势时膝关节开放角度在调整运动员身体重心位置起着重要作用，同时适宜的开放角度有利于运动员的启动。

　　以前后膝关节开放角度分别为90°～100°和110°～130°为标准，则运动员李杰前后膝关节角度基本处于合理范围内，且与众多国内100米跑高手的比较中发现，该运动员在预备环节其前后膝关节角度并没有显着差异（p>0.05），但每次完成预备姿势时膝关节开放角度波动较大，前、后膝关节角度波动最大差值分别达23.9°和13°，说明其技术的稳定性和娴熟程度以及身体控制能力有待加强。

　　（二）预备姿势躯干前倾角

　　在本文中定义预备姿势躯干前倾角为躯干纵轴与水平面的夹角。

　　表2 运动员李杰躯干前倾角部分数据表/°

　　运动员李杰躯干前倾角为-37.68°±4.44°，与研究认为的最适前倾角（-17°）相比偏小。虽然合理的前倾角能够有效减小身体稳度从而利于获得向前的水平推动力，但笔者认为这易使运动员前倾翻倒或抢跑且还可能使运动员起跑时失去平衡而导致起跑节奏紊乱。运动员为维持身体平衡易导致第一步过大并增加下肢负担。这是因为蹬离瞬间对其受力分析（理想化讨论），设起跑器对人体作用力T1与重力G夹角为α则由力矩M=F×r可知随着夹角α减小，rsin(α-)=-rcosα（α(，π)）的值便会逐渐减小因而M也随之减小。因此通过拉大步子降低重心使M1的减小能减轻运动员的前翻程度以维持平衡。同理，在运动员第一步落地时进行分析，由于重心的降低而使α减小,|r2|不变，要使M2≥M1则地面对脚的作用力T2则会增加且T2>G。因而可知落地时势必会增添腿的负担。

　　（三）预备姿势躯干前倾角

　　在此界定本文重心概念：选取髋关节位置作为人体重心位置，以探讨预备姿势至蹬离起跑器瞬间重心角度的变化。

　　表3 运动员李杰预备姿势至蹬离起跑器瞬间重心角度变化及对应躯干前倾角/°

　　从表3发现运动员在预备到蹬离起跑器时，身体重心变化均为负值且最大变化角度达到13.7°。再将重心角度变化和对应的躯干前倾角结合基本验证上述讨论成立。预备时过小的前倾角不仅使其浪费更多的体力在调整身体姿势上，增加下肢负担，还会影响其建立良好的起跑节奏甚至之后的加速跑。

　　（四）起跑前四步躯干前倾角及摆动腿膝关节角度

　　表4 起跑前四步支撑腿蹬离时躯干前倾角和摆动腿膝关节角度/°

　　以世界优秀短跑运动员起跑前三步躯干的前倾角为标准（28°、48°和47°），则从表表明该运动员起跑前倾角过高。在这四步中其躯干前倾角随着加速进行而逐渐增加且变化幅度比较小，但摆动腿膝关节角度变化异常。笔者认为这可能是其跑身体前倾角较大及身体重心较高导致后蹬角度较高，从而使膝关节角度增加。另外，针对该变化，笔者认为根本原因在于不合理的预备姿势，节奏的紊乱导致该运动员不规则的角度变化，特别是第二步膝关节角度的急剧增加或许是由于第一步落地时运动员为控制身体平衡造成的（T2的增加导致M2的增加），此后由于身体平衡得以控制，加速节奏逐渐建立，因而膝关节夹角得以缩小。

　　（五）前四步步长及着地时膝关节角度

　　表5 步长变化/米

　　若以第一步三脚半到四脚，第二步四脚到四脚半此后逐渐增加为标准发现该运动员第一步步长偏小而非偏大，这可能是理想化讨论中忽略膝关节的屈也可使重心降低，从而r减小以降低身体重心，因而未表现出第一步过大。所以仅从力学角度看有时并不合适。

　　表6 着地时支撑腿膝关节角度/°

　　表7 膝关节角度变化/°

　　膝关节角度变化小且与优秀运动员的角度变化存在显着差异（p<0.05）。结合其重心偏高和表6数据该运动员前四步着地时膝关节角度偏小，证明上述讨论合理。因此笔者认为是其过于紧张的下肢限制了该运动员膝关节角度变化从而影响步长，而根本原因仍在于预备姿势时过小的躯干前倾角。

　　四、结论与建议

　　预备姿势时膝关节开放角基本合理但变化幅度大且躯干前倾角度过小，建议多加练习预备姿势以稳定膝关节角度并增加躯干前倾角度；起跑加速前四步躯干前倾角度过大且身体前倾不够，建议适当降低身体重心和减小躯干前倾角度，从而减小后蹬角度并获得更佳的水平推动力；在起跑加速阶段，膝关节在下压着地过程应保持适当紧张感而不应过于紧张；第一步步长偏小，建议调整预备时躯干前倾角。

　　参考文献

　　[]徐茂典.蹲踞式起跑动作的生物力学分析[J].体育科学研究,2008(03):63-65.
　　[]杨文安,李秀娜.蹲踞式起跑的生物力学分析[J].运动,2017(20):19-20.