中国体育科技
CHINA SPORT SCIENCE AND TECHNOLOGY
1999年 第35卷 第10期 Vol.35 No.10 1999



竞走运动员技术犯规的生物力学成因的研究
李　卫　李建臣
摘要：采用高速摄影机定点拍摄了第17届世界杯竞走赛各单项前8名中外运动员的竞走技术，用江苏省体科所生产的“JTK-1”型影片解析系统对原始数据进行处理，依所得数据分析论述了造成竞走运动员技术犯规的生物力学成因。
关键词：竞走∥技术犯规∥生物力学∥因素分析
Research on Biomechanical Reason of Technical Foul for Race Walking Athletes
Li Wei, Li Jianchen
Abstract:By using high-speed camera and adopting the fix-placed shooting method, the author recorded the race walking technique of the athletes who won the top eight place at the 17th IAAF world cup. The statistical data was analyzed with "JTK-1" film analysis system made in Jiangsu Research Institute of Sports Science. According to the data obtained, the author studied and discussed the biomechanical reason of technical foul for race walking athletes.
Key words:race walking∥technical foul∥biomechanics∥factor analysis
1　前言
　　近年来，我国竞走运动员虽在世界大赛上取得过一些优异成绩，但也曾屡次被判技术犯规，痛失夺冠机会。本文从生物力学角度对运动员技术犯规的成因进行分析，旨在为竞走训练提供参考依据。
2　研究对象和方法
2.1　研究对象
　　第17届世界杯竞走赛各单项前8名运动员。
2.2　研究方法
　　1.影片解析法：使用CHUN-FENG型高速摄影机两部，分别定点拍摄运动员一个复步中的完整技术动作，镜头高1.20 m，距运动平面1.50 m。拍摄频率通过拍摄读数秒表进行校正，其稳定频率为96格/s，用国产JTK-型影片解析系统对影片进行逐格分析，用数字滤波法对原始数据进行处理。
　　2.录像图示图解法：把拍摄到的运动员技术动作底片冲洗为连续动作图片，以便更直观、形象地观察分析技术动作，并借助观看录像直接分析。
3　结果与分析
3.1　摆动阶段的生物力学分析
　　运动员支撑腿离地后进入后摆阶段，此时小腿不应急于向大腿处折叠，而是在一定时间内继续维持大小腿离地前的微曲状态，随后，大小腿夹角逐渐减小，髋关节带动大腿，大腿带动小腿进行摆动。当摆动腿的大腿摆到与支撑腿重合时，膝角减小到最小。如果腿刚一离地，小腿便立即向大腿折叠，以至摆动腿最小膝角偏小，致使前摆大腿上抬动作稍高，从而牵扯到身体总重心在支撑阶段随之升高，导致身体重心在此阶段相对不稳定，进而影响整个运动周期的身体重心的上下移动距离，也影响到前摆腿向前放脚落地时落地点的位置。反之，当支撑腿离地进入摆动阶段时，大小腿夹角没有适度减小，仍然保持原来角度向前摆动，这样就加大了摆动腿的摆动半径，增大了摆动腿的工作距离，延长了运动时间，影响了整体运动速度。因此，大小腿之间的夹角应是适度的(见表)。
世界优秀竞走运动员的技术指标与参数一览表

指　　标参　数
步长(m)1.15±0.05
步频(步/min)205±0.08
单腿支撑时间(s)0.255±0.03
摆动时间(s)0.304±0.04
摆动时间∶支撑时间1.19∶1
腾空时间(ms)49±9
重心起伏距离(cm)5.6±1.9
摆动腿最小膝角(°)96±9
着地角(°)70±3
后蹬角(°)60±3
足触地角(°)38±4
踝角(°)123±9

　　通过反复观看录像，发现有些运动员“后甩”小腿动作过大，足跟离地较高，常被裁判员判为技术犯规。造成这种错误动作的原因是：脚趾离地瞬间的积极后扒动作，然后随大小腿折叠惯性，脚掌向后翻，并呈抛弧线移动，足跟离地较高。当摆动腿的脚摆到垂直部位时，即为前摆的开始，这时大腿不要过度高抬以保证小腿向前伸出动作做得平稳而自然，脚的向前运动呈低而平的动作形式。这样的前摆动作从动作效应上讲，确保了身体重心以低而平的轨迹向前运动。应该强调指出的是，传统的观念认为，前摆的小腿动作是大腿前摆的继续，是由髋带动小腿而形成的动作。但竞走技术本身要求，摆动应是由髋带动大腿，大腿带动小腿，大腿达到最适宜的高度时，小腿要有主动前伸的动作，而不是被动地由大腿带动小腿。
3.2　前支撑阶段和垂直支撑阶段的生物力学分析
　　足跟离地时脚尖呈上翘，使得脚踝与小腿部有关肌群保持一定的紧张状态，这对于给裁判员展现出清晰、可辨认的规范化动作是非常必要的。足触地角大，脚呈上翘状是这一动作形态的重要标志(见表)。运动员在一个复步周期中，当脚离地时，瞬时位移速度最大，当前支撑着地过渡到垂直阶段时，瞬时位移速度最小，此期间的速度损失率可以作为一个重要技术指标，影响速度损失率的主要因素是着地角的大小。着地角较大，可以产生较小的制动，速度损失率相对较小，但着地角过大，就会使着地点离身体重心投影点过近，从而影响步长，更重要的是，不利于给裁判员一个长而合理的观察腿部动作的时间。着地角较小，水平速度的损失率可能多一些，但却有利于增大步幅与保持动作的稳定性。当然，着地角过小，使水平速度下降过多，能量消耗过大，就显得得不偿失了。脚跟领先着地后，脚面的下落动作是随着身体重心的前移进行的，到身体重心投影线垂直于地面的瞬间，由脚后跟逐渐滚动呈全脚掌落地，这一动作做得柔和、自然，对身体重心的平稳前移，减小速度损失极为有利。反之，落脚刚一触地，前脚掌就突然下压，虽然可能对身体重心快速前移有利，但却很可能导致身体重心在垂直阶段下降过多，也极易造成屈腿支撑犯规。
3.3　后支撑阶段的生物力学分析
　　后蹬角均小于着地角，是符合竞走技术特点的(如表)。通常，较小的后蹬角说明运动员水平方向上的用力效果好。在后支撑阶段，踝关节的充分蹬伸是运动员前进的主要动力来源之一。踝关节角是随着后支撑动作的进行而逐渐加大的，这一角度与运动员踝关节的灵活性有直接关系。研究发现，运动员在支撑腿离地瞬间，脚掌与地面基本上呈垂直状态，如果脚掌离地时，脚趾出现过度“后扒”用力动作，脚掌与地面夹角将大于90°。这虽然可以使身体重心和速度得以增加，但这时极易因垂直力的上升而使垂直分速度增加较多，导致身体重心上下起伏距离加大，过多地消耗能量；另一方面，可使运动员离地后在水平方向上滑动时间过长，也将对腾空时间造成影响。
3.4　无支撑阶段的生物力学分析
　　随着现代化摄影技术的普遍运用，发现所有高水平运动员都有腾空现象，我们的测试同样证明了这一点(如表)。当支撑腿离地后，后支撑阶段结束，摆动腿还未着地，我们将此阶段定义为无支撑阶段。有研究表明，人的视觉阈为43 ms，43 ms以下的腾空是人肉眼无法辨别的，43～70 ms的腾空，人肉眼难以辨别清楚，70 ms以上的腾空是明显腾空，肉眼可以清楚地辨别出来。所研究的优秀运动员的腾空时间为49±9 ms。
　　在竞走时，摆动腿的摆动时间等于单腿支撑时间与腾空时间之和，当摆动时间与单腿支撑时间相等时，腾空时间就等于零。世界优秀运动员的摆动腿摆动时间与单腿支撑时间之比为1.19∶1(见表)。合理的摆动时间与单腿支撑时间的比例关系决定着腾空时间。
3.5　关于身体重心的分析
　　身体重心的上下起伏距离是竞走运动中至关重要的技术指标。在一个复步中，垂直支撑瞬间身体重心最低，这是由于骨盆在摆动腿一侧造成的，这一瞬间两关节的连线是倾斜的。摆动腿的膝关节低于支撑腿的膝关节。在转入后蹬状态时，由于摆动腿大腿的高抬和支撑腿脚掌的蹬地，使身体重心升高，当支撑腿蹬离地面，形成腾空状态时，身体重心达到最高。身体重心上下起伏不但可以反映出竞走的经济性，而且与腾空时间有直接必然的联系，身体重心上下起伏越大，腾空时间越长。运动员的身体重心上下起伏距离应控制在5.6±1.9 cm以下(见第24页
