体育科学
sports science
1998年 第18卷 第5期 No.5 Vol.18 1998科技期刊

1997年世界体操锦标赛我国男子单杠
比赛失误的生物力学分析
孙亦光
(北京体育师范学院，北京　100088)
　　摘要　选择我国参加1997年世界体操锦标赛的男子主力队员在团体比赛的3名选手在单杠比赛中跌下的动作录相，进行解析处理。找出动作失误的力学原因是我国选手做大摆振浪动作的节奏不稳定，往往由于求胜心切，兴奋度过高，而破坏原来的动作节奏，使得振臂时间较晚，腾空动作的水平位移过大。
　　关键词　单杠　生物力学
Biomechanical Analysis of the Falls from Bar by
Chinese Male Gymnasts at the 1997
World Championship
Sun Yiguang　　　　　　　　　　　　　1998,18(5):79
(Beijing Teachers College of Physical Education, Beijing, China 100088)
Abstract　　Video data of three Chinese gymnasts'falls from the bar in team and individual competitions at the 1997 world championship were analyzed and compared with rational movements to find the mechanical cause of the falls. It was demonstrated that Chinese gymnasts did not have a stable rhythm of the giant swing movement and were apt to break the rhythm when eager to win to be over excited. Therefore they kept too long before swinging the arms and flied too long distance away from the bar to catch it.
Key words　　gymnastics, horizontal bar, rhythm, giant swing, biomechanics, evaluation
1　研究对象与方法
　　对象：参加1997年世界体操锦标赛单杠比赛的3名中国选手。
　　方法：(1)录相解析。(2)采访有关教练员、运动员。
2　结果与分析
　　团体赛的第1场比赛中沈健在做单杠向后大回环越杠团身后空翻二周抓杠时在身体越杠后展体时失误掉下，第2场比赛中李小鹏做直体图卡切夫腾越时越杠后距杠过远而脱手跌下。
　　由于完成腾空动作后，身体展开抓杠时身体所处的位置，是决定能否顺利完成再抓动作，及能否顺利完成后继动作的关键。因此把在抓杠时身体在空间的部位分为3个区域：1.身体处于杠上与水平成45°左右位置。2.身体呈水平姿势与单杠等高部位。3.身体处于杠下与单杠水平线成30°左右位置。(图1)


图1　抓杠时的身体部位
第1区域能具备较充裕的抓杠时间，且能为完成后继动作创造良好的开始条件，为后继动作提供良好的预备技术保证。以提高动作的稳定性。第2区域，将能保证完成再抓杠动作，勉强能完成后继动作，尚能保证整套动作的连续性，但动作显得仓促，稳定性低，第3区域仅能完成抓杠动作，再做后继动作十分困难造成虚摆或落于杠下，动作显明忙乱、稳定性差。
　　因此完成再握的时机，应着眼于第1区域。因此必然缩短人体腾空的时间，必须加大人体空中翻转的角速度，增大了动作的难度。但是却能保证有充裕的抓杠时间及为完成后继动作创造良好条件。动作稳定性增大，若空中动作较为简单可确定在第1区域完成动作较为合理。若空中动作较复杂应考虑在(1)和(2)区之间完成抓杠动作，至少在抓杠时身体应保证处于水平部位，否则难于完成后继动作，造成动作失误。
　　另外，再抓杠动作的成功与否还和人体腾空时的抛射角的位置有关。其它条件不变脱手过早，人体重心的抛物线将相对于单杠向前移(图2中1)，脱手过晚则向后移动(图2中3)，其抛射角度的大小决定于向后引臂时力的大小和方向。如图3中V1为大摆振浪后人体受单杠冲力的反作用力作用形成的向上抛起的速度，V2为运动员快速向后引臂在单杠的反作用下形成的上体腾起速度，同时此力对人体总重心为转轴还形成一个力矩M抑制身体向后的转动速度V1。

　　　　　　　　
图2　人体重心抛物线　　　　　　图3　大摆振浪的力角析图
人体在V1与V2的合成速度V0作用下抛起，其抛射角大小最终决定于快速引臂时机，正确的引臂时机应在下肢振浪完成时进行振臂动作(即稍早振臂)，使人体腾空后运动轨迹的抛物线向前移上(图2中1)，这样，即能保证有较高的抛射高度，完成空中动作，完成动作后距单杠水平距离较近，易于完成再抓杠的动作。但也不能过早振臂，否则完成空中动作后距杠过近，也不易完成再抓振动作。此次锦标赛中哈萨克斯坦运动员费多琴年柯做单杠后空翻2周再抓杠时由于距杠过近，造成小臂碰杠而跌落杠下而前功尽弃，十分可惜。其原因就在于振臂过早，身体抛起后水平运动距离过小，下落几乎在杠的垂直上方而造成的失败。而我国选手大多振臂较晚抛物线后移，完成空中动作后距单杠的水平距离较大，空中高度也减小，使再抓杠的把握性减小，稍有闪失即造成动作失败。
　　据腾空后人体总重心垂直上升高度由1.3 m～1.5 m，抛射角度由70°～75°计算出人体脱手腾空到身体呈杠上45°角部位再抓杠所需时间为0.87 s～0.97s之间，在此段时间内完成团身翻腾2周动作，经计算所需翻转的角速度在14.44～12.95 (rad/s)之间，由人体腾空后动量矩守恒所计算出人体腾空后身体直体时的翻转角速度在4.81～4.32(rad/s)之间。通过速度的矢量关系计算出人体振浪后躯干腾起速度应在3.82～4.11(m/s)之间，方向应指向1.30部位，振臂的速度应在2.35～2.52(m/s)之间，其方向应指向11点部位是合理的。
　　腾起速度大小决定于振浪时向下的冲力及，大回环的转速，且以后者为主要动力，振臂的方向和腾起速度方向密切相关 。因此，相对稳定的大摆振浪及两臂振杠的合理配合是腾空越杠再抓杠动作的保证，因此对振浪动作的技术及稳定性的研究应予以足够的重视。

　　　　　　　
图4　图卡切夫腾跃简图　　　　　　　　图5　人体总质心位置


图6　弹力-时间曲线


图7　反握向前大回环简图
单杠正握大摆振浪技术，关系到人体腾空后升起的最大高度，人体总重心运动轨迹的抛物线位置，及人体重心水平位移的距离。当向后大回环振浪前身体呈近水平部位时收腹，随身体下摆而身体向下冲击。以单杠受冲力的反力及人体各环节间的肌肉、关节、韧带的弹力为主要腾起动力，当身体腾起躯干成9.30～10点部位时，立即快速振臂，其方向指向11.00至11.30部位之间，使上体速度越过躯干上升速度脱手后形成的抛体运动。与水平成80°～85°，形成向后上方的抛射运动，又由于振臂动作又产生对人体质心为轴的逆时针转动力矩，使身体直立或呈上体直立状态，各种图卡切夫腾越动作的振浪都应在此技术范围内完成(图4)。
　　当大回环增速转至杠下约45°部位时做较小的收腹下冲振浪，增大身体垂直上升动力，并且以大回环快速上摆为主要腾起动力。振臂动作相对滞后即身体躯干指向10.30至11.00部位，振臂方向在10点部位左右，人体脱手后身体重心速度方向与水平呈70°～80°，形成向后上方的抛体运动，由于振臂速度相对较小，身体保持较大的向后翻转的角速度以便于做向后的翻腾动作，各种越杠的向后翻腾再握动作的振浪应在此技术范围内完成。图5 C为人体总质心位置。
　　V1为振臂产生的上体腾跃速度，V2是振浪后身体产生的腾跃速度；V0为V1与V2的合成抛射速度。θ为抛射角。
　　振浪力量多借助于单杠的弹力进行，单杠由于振浪时受力产生形变而储备一定的弹力势能，而人体正是利用此能量使人体身体产生向上的腾起速度；单杠的弹力模量K在30～40(kg/cm),最大形变位移可达12 cm弹力系数大小与钢丝绳拉的构紧度有关，一般认为单杠自由振动幅度在8～10 cm为宜。
　　人体在做大摆振浪时受单杠的弹力作用如图6表示，oa为振浪阶段，ab为身体跃起阶段，bc为振臂阶段,右图为单杠在人体做大摆振浪时的运动轨迹。
　　反握向前大回环振荡原理与正握大回环振荡相似，只是方向相反，其腾起的抛物线运动规律是相同的，只是振臂在躯干达空间2.30部位方向是向下压杠，比做向后的振臂相对容易。动作失败往往是压杠动作过晚，人体腾空越杠后水平位移过大造成抓不住杠或根本够不着单杠而跌下。如简图7所示。
3　结论
3.1　我国选手做大摆振浪动作时振臂时间较晚，比合理振臂时间范围长0.2～0.25 s，而使人体腾空后的抛物线后(前)移，造成水平速度增大。完成动作后距单杠水平距离较大，减小了抓杠成功率，易造成动作失误。
3.2　合理的抛射角度应在70°～75°范围、腾起的高度在1.3 m至1.5 m为好。
3.3　加强运动员对时间、空间的感知训练，保证在外界环境和本身兴奋度发生变化条件下，动作节奏不变，以提高大摆振浪的稳定性，保证再抓杠的成功。
4　参考文献
　1　郑秀媛.中国青年正常人体惯性参数测定和大样本统计.全国运动生物力学论文汇编，1996.10
　2　丁海曙.人体运动信息检测与处理.北京：宇航出版社，1992.7
　3　张明立.体育统计.北京：北京体育大学出版社，1990
　4　潘小非.单杠飞行动作腾空阶段身体质心最佳运动轨迹的判断标准，第五届体育科学大会论文摘要汇编，1997.11
1997-12-19收稿　责任编辑：蓝　光
