國(guó)家自由式滑雪空中技巧運(yùn)動(dòng)員3周臺(tái)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究

國(guó)家自由式滑雪空中技巧運(yùn)動(dòng)員3周臺(tái)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究

自由滑翔技術(shù)項(xiàng)目屬于難度較大的項(xiàng)目。動(dòng)作結(jié)構(gòu)由四個(gè)部分組成：幫助滑、跳躍、空中動(dòng)作和著陸。運(yùn)動(dòng)員不但要很好地完成空中動(dòng)作,還要穩(wěn)定地完成落地動(dòng)作。穩(wěn)定的落地動(dòng)作不僅能為運(yùn)動(dòng)員的參賽動(dòng)作贏得高分,也會(huì)為運(yùn)動(dòng)員的安全提供保障。因此,落地穩(wěn)定性成為自由式滑雪空中技巧運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作完成質(zhì)量最基本和最重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。雖然,自由式滑雪空中技巧項(xiàng)目在第20屆冬奧會(huì)取得了我國(guó)雪上項(xiàng)目的歷史性突破,但是與世界強(qiáng)隊(duì)、強(qiáng)手相比,我國(guó)運(yùn)動(dòng)員在該項(xiàng)目上的優(yōu)勢(shì)并不明顯,尤其在動(dòng)作的難度上更沒有優(yōu)勢(shì)。因此,我國(guó)女子運(yùn)動(dòng)員要想達(dá)到世界最高水平,應(yīng)該提高2周臺(tái)的難度并沖擊3周臺(tái)動(dòng)作;男子運(yùn)動(dòng)員應(yīng)注重細(xì)化各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)作質(zhì)量,進(jìn)一步提高3周難度動(dòng)作的整體質(zhì)量。而要解決好提高運(yùn)動(dòng)員落地穩(wěn)定性問題,是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的基本保證和核心問題。目前,關(guān)于自由式滑雪空中技巧運(yùn)動(dòng)的出臺(tái)技術(shù)、人體環(huán)節(jié)的肌肉力與人體落地瞬間受到的沖擊力及與動(dòng)作穩(wěn)定性之間的關(guān)系,在國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)中并鮮見相關(guān)研究報(bào)道。因此,根據(jù)自由式滑雪空中技巧國(guó)家隊(duì)備戰(zhàn)第21屆冬季奧運(yùn)會(huì)的實(shí)際需要,本研究以日常技術(shù)攻關(guān)服務(wù)為切入點(diǎn),以力量測(cè)試為著眼點(diǎn),全線貫穿對(duì)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)監(jiān)控和評(píng)價(jià),以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)項(xiàng)目的內(nèi)在規(guī)律為核心,探討影響運(yùn)動(dòng)技術(shù)的更深層次的原因,在實(shí)現(xiàn)出臺(tái)速度、角度、擺臂技術(shù)對(duì)不同軸的初始轉(zhuǎn)體速度分布等影響因素的研究基礎(chǔ)上,對(duì)出臺(tái)技術(shù)、沖擊力及動(dòng)作穩(wěn)定性的聯(lián)系進(jìn)行深入的研究,揭示運(yùn)動(dòng)員出臺(tái)技術(shù)動(dòng)作、環(huán)節(jié)肌肉力、落地沖擊力與落地穩(wěn)定性的關(guān)系。以此為運(yùn)動(dòng)員提高落地穩(wěn)定性,進(jìn)而提高動(dòng)作質(zhì)量提供理論依據(jù)和可行的技術(shù)方案。1研究對(duì)象和方法1.1運(yùn)動(dòng)員的年齡特點(diǎn)以自由式滑雪空中技巧國(guó)家隊(duì)備戰(zhàn)第21屆冬奧會(huì)9名重點(diǎn)運(yùn)動(dòng)員為觀察和實(shí)驗(yàn)對(duì)象。其中,男運(yùn)動(dòng)員5人,女運(yùn)動(dòng)員4人,平均年齡23.2歲,最大年齡28歲,最小年齡18歲;平均訓(xùn)練年限10.4年,最長(zhǎng)14年,最短6年。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1測(cè)試測(cè)試1.2.1.變化力運(yùn)動(dòng)員的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等速測(cè)試。實(shí)驗(yàn)儀器:選用德國(guó)生產(chǎn)的ISOMED2000等速測(cè)試系統(tǒng),額定力矩750Nm、峰值力矩1950Nm、速度范圍0.1°/s～560°/s。測(cè)試條件:根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn),選擇測(cè)試條件參數(shù),髖、膝關(guān)節(jié)60°/s為慢速,240°/s為快速。測(cè)試指標(biāo):最大力矩、單位體重的最大力矩、最大力矩出現(xiàn)的角度、屈伸最大力矩比、總功、平均功率、關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍。1.2.1.靜態(tài)平衡能力測(cè)試指標(biāo)測(cè)試設(shè)備:采用芬蘭生產(chǎn)的METITUR平衡測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試指標(biāo):平衡能力的測(cè)試分為靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡兩種。動(dòng)態(tài)平衡能力的測(cè)試指標(biāo)通過落地成功率來(lái)體現(xiàn)。靜態(tài)平衡能力的測(cè)試指標(biāo):1)測(cè)試曲線主軸(Y軸)移動(dòng)距離:人體重心投影點(diǎn)在前后方向移動(dòng)的距離;2)左右(X軸)移動(dòng)的距離:人體重心投影點(diǎn)在左右方向移動(dòng)的距離;3)上下(Z軸)移動(dòng)的距離:人體重心在垂直方向移動(dòng)的距離;4)速度矩:重心在3個(gè)軸的合擺速度的大小。1.2.1.眼底壓力分布測(cè)試運(yùn)動(dòng)學(xué)定點(diǎn)拍攝:使用日本索尼攝像機(jī),采樣頻率為50Hz/s,在內(nèi)蒙古阿爾山和長(zhǎng)春蓮花山滑雪場(chǎng)進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)拍攝,運(yùn)用美國(guó)APAS圖像解析系統(tǒng)進(jìn)行圖像解析,獲得1周臺(tái)和2周臺(tái)騰空的絕對(duì)高度數(shù)據(jù)。絕對(duì)高度L是指運(yùn)動(dòng)員在空中的最高點(diǎn)到落地點(diǎn)的距離。是根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)圖像解析求得運(yùn)動(dòng)員在空中最高點(diǎn)到臺(tái)上沿的距離L1和出臺(tái)上沿到落地點(diǎn)的距離L2。故絕對(duì)高度L=L1+L2。足底壓力分布測(cè)試:采用比利時(shí)生產(chǎn)的足底壓力分布測(cè)試系統(tǒng)(Footscaninsolesystem),采樣頻率為500Hz/s,測(cè)量時(shí)長(zhǎng)8s。每只壓力鞋墊裝有199個(gè)壓力傳感器,可以記錄足底不同部位的壓力、壓強(qiáng)等相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過Footscaninsole2.40分析軟件進(jìn)行處理。提取在整個(gè)測(cè)試中的測(cè)量數(shù)據(jù),在整個(gè)動(dòng)作中,分別找出左右腳受到的最大壓力數(shù)值(以合成結(jié)果最大值為依據(jù))。測(cè)試指標(biāo):騰空高度范圍、落地沖擊力范圍、單位體重平均沖擊力。1.2.2數(shù)理統(tǒng)計(jì)利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)部分測(cè)試結(jié)果進(jìn)行差異檢驗(yàn)及相關(guān)性檢驗(yàn),利用回歸方法對(duì)落地沖擊力進(jìn)行估計(jì)。2結(jié)果與分析2.1自由式滑動(dòng)助力落地分析表1數(shù)據(jù),運(yùn)動(dòng)員左、右下肢力量基本對(duì)稱,但髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的伸肌力量均比較強(qiáng)大,說(shuō)明受試者髖膝關(guān)節(jié)屈伸肌群發(fā)展良好,這在一定程度上對(duì)運(yùn)動(dòng)員在落地時(shí)的穩(wěn)定性有很大的幫助,可以有效地避免在左右方向上出現(xiàn)失衡的現(xiàn)象。自由式滑雪空中技巧在落地階段髖關(guān)節(jié)為了緩沖沖擊力處于由伸到屈的狀態(tài),隨后為了完成比賽動(dòng)作,運(yùn)動(dòng)員的髖關(guān)節(jié)需要進(jìn)行伸展,恢復(fù)到站立姿勢(shì),這就要求運(yùn)動(dòng)員有很強(qiáng)的伸肌力量,從數(shù)據(jù)中可以觀察到,髖關(guān)節(jié)伸肌群的最大肌力在屈肌群的2倍以上,膝關(guān)節(jié)接近2倍。測(cè)試結(jié)果體現(xiàn)了該項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。2.2下肢屈伸肌群的變化速度矩可以判斷運(yùn)動(dòng)員重心變化的速度,以此來(lái)判斷受試者的平衡能力。又由于運(yùn)動(dòng)員在完成落地動(dòng)作時(shí)處于睜眼雙腳支撐狀態(tài),所以,選取該狀態(tài)下的速度矩與下肢屈伸肌群?jiǎn)挝惑w重的峰力矩進(jìn)行相關(guān)性分析。檢驗(yàn)結(jié)果顯示,運(yùn)動(dòng)員的下肢屈伸肌力與靜態(tài)平衡測(cè)試指標(biāo)速度矩,P值均小于0.05,相關(guān)性顯著(表2)。2.3液壓大角度分布的測(cè)試表3給出了通過運(yùn)動(dòng)影像分析得到的運(yùn)動(dòng)員成功著陸時(shí)的髖膝關(guān)節(jié)角度分布范圍,可以看出,成功動(dòng)作的膝角度的分布范圍與等動(dòng)的測(cè)試結(jié)果一致;而髖關(guān)節(jié)不一致,這可能是由于髖關(guān)節(jié)的測(cè)試因設(shè)備的安裝原因采用的是坐姿測(cè)試。2.4相關(guān)分析2.4.1模型擬合與定位精度運(yùn)動(dòng)員在平臺(tái)、1周臺(tái)和2周臺(tái)落地動(dòng)作中騰空高度與落地沖擊力的關(guān)系如表3所示。由表4中數(shù)據(jù)可以看出,自由式滑雪空中技巧女子運(yùn)動(dòng)員在做平臺(tái)、1周臺(tái)和2周臺(tái)落地動(dòng)作時(shí),其絕對(duì)高度和單位體重均力數(shù)值基本呈正增加。因此,可以考慮利用曲線擬合建立曲線回歸方程。根據(jù)數(shù)據(jù)分布形態(tài),擬合過程中分別選擇復(fù)合模型、增長(zhǎng)模型、指數(shù)模型和二元線性回歸模型四種模型進(jìn)行擬合。結(jié)果得出,復(fù)合模型、增長(zhǎng)模型和指數(shù)模型的擬合效果基本相同,二元線性回歸模型效果較差(圖1)。指數(shù)函數(shù)回歸方程為:Y=c×bx(其中,b=1.069,c=27.938)。再依據(jù)定點(diǎn)解析出的3周臺(tái)絕對(duì)騰空高度最小取值范圍為13.59m,最大絕對(duì)高度為15.71m。計(jì)算結(jié)果如下:最大體重均力:Y=27.938×1.069xY=27.938×1.06915.71Y=27.938×2.853=79.707(N/kg)最小體重均力:Y=27.938×1.069xY=27.938×1.06913.59Y=27.938×2.476=69.183(N/kg)再把沖擊力的單位轉(zhuǎn)換成千克力,轉(zhuǎn)換后3周臺(tái)的單位體重均力大約是人體體重的7.06～8.13倍。2.4.2自由式生物能源動(dòng)力技術(shù)在2周臺(tái)動(dòng)作落地時(shí)的安全性分析對(duì)于女子自由式滑雪空中技巧項(xiàng)目,運(yùn)動(dòng)員在落地過程中是由滑雪板直接和著陸坡相接觸的,所受的外界沖擊力是來(lái)自著陸坡。所以,有必要對(duì)來(lái)自外界的沖擊力——測(cè)力平臺(tái)上的沖擊力和測(cè)力鞋墊的沖擊力進(jìn)行比較。根據(jù)對(duì)比分析結(jié)果,人體落地過程中,鞋墊最大壓力(1624.87±102.32)N,平臺(tái)最大壓力(1202.34±77.21)N,鞋墊數(shù)據(jù)為測(cè)力平臺(tái)數(shù)據(jù)的1.35倍。由此可推算出,運(yùn)動(dòng)員在測(cè)力平臺(tái)完成3周臺(tái)動(dòng)作時(shí)承受的沖擊力相當(dāng)于人體體重的5.22～6.02倍。通過相關(guān)文獻(xiàn)資料和近兩年來(lái)的近千例實(shí)驗(yàn),在人體受到?jīng)_擊力作用時(shí),健康青年可以承受的安全載荷約為人體體重的15～16倍。結(jié)合以上研究結(jié)果,運(yùn)動(dòng)員在完成3周臺(tái)動(dòng)作時(shí)所承受的沖擊力沒有超出人體所能承受的正常載荷,故可得出,自由式滑雪空中技巧運(yùn)動(dòng)員在以合理的技術(shù)完成3周臺(tái)動(dòng)作落地時(shí)是安全的。因此,出臺(tái)技術(shù)成為制約落地穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。2.5圖像解析系統(tǒng)利用日本索尼常速攝像機(jī),在阿爾山現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)每名運(yùn)動(dòng)員的3周臺(tái)動(dòng)作進(jìn)行定點(diǎn)拍攝,然后利用美國(guó)APAS圖像解析系統(tǒng)進(jìn)行解析。得出3周臺(tái)不同動(dòng)作的助滑速度、出臺(tái)速度、騰空高度、人體體位角度、落地距離的分布范圍。阿爾山場(chǎng)地寬度為20～25m,著陸坡度38°,助滑坡度22°～25°,測(cè)速位置距離著陸坡上沿距離為27.5m(標(biāo)準(zhǔn)值為28m),切光器間距為3m。2.5.1fff動(dòng)作臺(tái)測(cè)試結(jié)果由表5可知,運(yùn)動(dòng)員在做LTF動(dòng)作中,出臺(tái)瞬間的速度最大值為15.7m/s,騰空高度分布為15.94～11.02m;LFF動(dòng)作出臺(tái)瞬間的速度最大值為16.17m/s,騰空高度分布為16.63～11.45m;FFF動(dòng)作出臺(tái)瞬間的速度最大值為16.54m/s,最大垂直速度為14.52m/s,騰空高度分布為17.05～12.01m;LFF動(dòng)作臺(tái)瞬間的速度最大值為16.61m/s,騰空高度分布為17.07～12.44m;FdFF動(dòng)作出臺(tái)瞬間的速度最大值為16.78m/s,最大垂直速度為14.70m/s,騰空高度分布為17.43～12.44m;dFFF動(dòng)作出臺(tái)瞬間的速度最大值為16.85m/s,最大垂直速度為14.82m/s,騰空高度分布為17.61～12.72m。在以上速度內(nèi)加上合理的出臺(tái)技術(shù)均能達(dá)到穩(wěn)定的落地動(dòng)作。2.5.2dff動(dòng)作的相位角及0.落地穩(wěn)定性不僅和助滑速度、出臺(tái)速度和騰空高度有關(guān),還與運(yùn)動(dòng)員出臺(tái)瞬間的體位角和著陸距離有關(guān)。體位角大小決定了運(yùn)動(dòng)員出臺(tái)后空翻中繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小,體位角大,運(yùn)動(dòng)員出臺(tái)后將獲得較大的橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度,反之則較小。通過表6可以看出,在FdFF動(dòng)作中,體位角的分布范圍最小,最大為178°,最小為175.5°;dFFF動(dòng)作體位角分布范圍最大,最大為186.5°,最小為182°。著陸距離也是影響落地穩(wěn)定性的一個(gè)較為重要的因素,著陸距離較大時(shí),水平方向速度和騰空時(shí)間較大,勢(shì)必會(huì)使垂直速度變小,從而導(dǎo)致騰空高度的降低,影響空中動(dòng)作的質(zhì)量,導(dǎo)致落地失敗;同時(shí),水平速度增大,水平飛行距離隨著增大,使落地的高度增大,增大運(yùn)動(dòng)員著陸時(shí)受到的沖擊力,容易造成運(yùn)動(dòng)損傷。2.5.3下肢肌力較好的情況落地穩(wěn)定性不僅與出臺(tái)技術(shù)有關(guān),還與運(yùn)動(dòng)員的下肢肌力配部有關(guān),運(yùn)動(dòng)員在完成最后1周轉(zhuǎn)體過程中,在著陸時(shí)繞橫軸的轉(zhuǎn)動(dòng)較大,即運(yùn)動(dòng)員的重心方向落在運(yùn)動(dòng)員支撐面的后方,會(huì)出現(xiàn)臀部、背部或雙手觸雪的現(xiàn)象,此時(shí),如果運(yùn)動(dòng)員下肢肌力較好,可以通過下肢和軀干的肌肉力量來(lái)有效地彌補(bǔ)。因?yàn)橄轮募∪饫€比較長(zhǎng),肌力矩比較大,運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)強(qiáng)大的沖擊力完全由肌肉力矩來(lái)克服,這樣就對(duì)下肢肌肉群提出更大的挑戰(zhàn),特別是控制軀干屈伸的髂腰肌、豎棘肌、腹直肌、腹內(nèi)斜肌和腹外斜肌,控制髖關(guān)節(jié)的髂腰肌和股四頭肌以及控制膝關(guān)節(jié)的小腿三頭肌,一定要加強(qiáng)這些肌肉離心收縮時(shí)的肌肉力量,如果下肢肌力較好,配部得較為合理,對(duì)于落地穩(wěn)定性的提高會(huì)起到非常有效的作用。3空間轉(zhuǎn)體動(dòng)作訓(xùn)練1.沖擊力測(cè)試結(jié)果,為女子運(yùn)動(dòng)員沖擊3周臺(tái)動(dòng)作的安全性提供了科學(xué)依據(jù),消除了運(yùn)動(dòng)員上3周臺(tái)的心理顧慮。2.根據(jù)力量的測(cè)試結(jié)果,建議強(qiáng)化郭心心的軀干前群的肌肉力量訓(xùn)練,并對(duì)其進(jìn)行必要心理訓(xùn)練,消除其對(duì)3周臺(tái)的恐懼,提高了動(dòng)作成功率。3.針對(duì)2009賽季初期徐夢(mèng)桃的康復(fù)情況,根據(jù)測(cè)試結(jié)果提出該運(yùn)動(dòng)員已經(jīng)完全有能力完成3周動(dòng)作,但要保持體型,控制體重,以保證空間轉(zhuǎn)動(dòng)的能力,使其在落地時(shí)能旋轉(zhuǎn)到位,保持合理的落地姿態(tài)的系列訓(xùn)練建議。做出了在出臺(tái)技術(shù)規(guī)范的情況下,如能較好地完成空間轉(zhuǎn)體,就能達(dá)到3周的穩(wěn)定著陸的提示,提前實(shí)現(xiàn)了徐夢(mèng)桃的3周臺(tái)的訓(xùn)練。4.根據(jù)對(duì)李妮娜新動(dòng)作dFdF動(dòng)作的成功與失敗的分析,提示出臺(tái)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制是完成動(dòng)作的關(guān)鍵,轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制能達(dá)到提高dFdF動(dòng)作的成功率,其出臺(tái)速度應(yīng)大于dFF和FdF,在不破壞出臺(tái)速度的情況下,增加滯空時(shí)間,使其轉(zhuǎn)動(dòng)到位。進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練后,在2010年冬奧會(huì)上使用該動(dòng)作,并取得成功。5.針對(duì)韓曉鵬小腿屈腿的特點(diǎn),提出了加強(qiáng)小腿前群肌肉能力的訓(xùn)練建議,并在出臺(tái)瞬間增加膝關(guān)節(jié)的伸展動(dòng)作,提高空中動(dòng)作的質(zhì)量,提高了動(dòng)作的成功率。6.運(yùn)動(dòng)員要想提高落地穩(wěn)定性,應(yīng)采取適度的緩沖,屈髖、屈膝,降低重心,同時(shí)還達(dá)到了延長(zhǎng)時(shí)間、減小沖擊力的作用,提倡運(yùn)動(dòng)員采用順勢(shì)的落地方式,增加滑出的穩(wěn)定性,得到了國(guó)家隊(duì)的充分肯定。4速度矩與等動(dòng)測(cè)試關(guān)聯(lián)分析1.自由式滑雪空中技巧運(yùn)動(dòng)員