短距離場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)員起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作生物力學(xué)分析,運(yùn)動(dòng)生理學(xué)論文1前言短距離場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)是人與機(jī)械裝置相結(jié)合,運(yùn)發(fā)動(dòng)通過蹬踏自行車產(chǎn)生較高的移動(dòng)速度進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的周期性競(jìng)速運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目[8]。與公路自行車項(xiàng)目相比,短距離場(chǎng)地自行車比賽具有距離短、速度快、強(qiáng)度大和戰(zhàn)術(shù)變化多樣的特點(diǎn)。對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)處理的好壞有可能直接決定運(yùn)動(dòng)成績(jī),而起動(dòng)技術(shù)是其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)[2,7,12]。查閱我們國(guó)家有關(guān)自行車技術(shù)的資料發(fā)現(xiàn),對(duì)起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作方式方法和重點(diǎn)的具體描繪敘述極少,尤其缺乏生物力學(xué)根據(jù)。在訓(xùn)練中,教練員和運(yùn)發(fā)動(dòng)對(duì)于起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的介紹也存在模糊不清甚至不統(tǒng)一的情況。由于沒有準(zhǔn)確概念指導(dǎo),教練員經(jīng)常僅憑經(jīng)歷體驗(yàn)去矯正運(yùn)發(fā)動(dòng)的技術(shù),造成運(yùn)發(fā)動(dòng)動(dòng)作不一且實(shí)效性較差。本研究旨在通過揭示短距離場(chǎng)地自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的生物力學(xué)特點(diǎn)、原地起動(dòng)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和肌電活動(dòng)特征,探討曲柄起動(dòng)角對(duì)于起動(dòng)成績(jī)的影響。以此為根據(jù),對(duì)起動(dòng)技術(shù)提出規(guī)范要求和改良建議,起到實(shí)踐中的指導(dǎo)作用。2研究對(duì)象與方式方法2.1研究對(duì)象本研究以短距離場(chǎng)地自行車項(xiàng)目的原地起動(dòng)技術(shù)為研究對(duì)象,選取北京市自行車隊(duì)11名運(yùn)發(fā)動(dòng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象(表1)?！?】2.2研究方式方法2.2.1文獻(xiàn)資料調(diào)研從北京體育大學(xué)圖書館、國(guó)家圖書館、國(guó)家體育總局自行車擊劍運(yùn)動(dòng)管理中心、中國(guó)知網(wǎng)以及其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱了相關(guān)文獻(xiàn)和資料,主要包括下面幾個(gè)方面:1)我們國(guó)家場(chǎng)地自行車項(xiàng)目發(fā)展的情況;2)短距離場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)技術(shù)的教學(xué)資料以及相關(guān)研究文獻(xiàn);3)解剖學(xué)和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的基本知識(shí)。2.2.2跟蹤調(diào)查根據(jù)研究需要,于2020年6月和2020年4月,跟隨北京市自行車隊(duì)在老山自行車館和蘆城體校自行車館進(jìn)行備戰(zhàn)2020年全運(yùn)會(huì)的訓(xùn)練和比賽,對(duì)該隊(duì)短距離場(chǎng)地自行車項(xiàng)目原地起動(dòng)技術(shù)訓(xùn)練進(jìn)行長(zhǎng)期、深切進(jìn)入的觀察,期間向教練員、運(yùn)發(fā)動(dòng)詢問有關(guān)現(xiàn)行原地起動(dòng)技術(shù)的動(dòng)作要領(lǐng)、訓(xùn)練方式方法等,記錄并整理第一手資料。2.2.3專家訪談采用面訪、和網(wǎng)絡(luò)訪談等多種方式對(duì)相關(guān)的專家學(xué)者進(jìn)行訪談,包括運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)專家學(xué)者3人、自行車項(xiàng)目教練員(領(lǐng)隊(duì))3人、短距離競(jìng)速項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員3人、科研及管理人員2人。訪談的內(nèi)容主要包括原地起動(dòng)技術(shù)的動(dòng)作方式方法和要領(lǐng),原地起動(dòng)技術(shù)的力學(xué)原理和形態(tài)學(xué)原理以及實(shí)驗(yàn)方案的可行性。2.2.4實(shí)驗(yàn)法在北京市蘆城體校室內(nèi)自行車館,對(duì)北京市自行車隊(duì)11名運(yùn)發(fā)動(dòng)在計(jì)時(shí)賽出發(fā)點(diǎn)上利用起跑器原地起動(dòng)的技術(shù)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試前以全賽道騎車追逐跑作為準(zhǔn)備活動(dòng),使運(yùn)發(fā)動(dòng)的身體和技術(shù)狀態(tài)接近日常訓(xùn)練狀態(tài)。每人測(cè)試3次,每次測(cè)試之間間隔10min,使運(yùn)發(fā)動(dòng)充分恢復(fù)體力,3次測(cè)試起動(dòng)時(shí)曲柄與水平面的夾角分別為15、30和45,其他起動(dòng)條件保持不變,對(duì)3次起動(dòng)騎行60m進(jìn)行手動(dòng)計(jì)時(shí)并記錄成績(jī)。用攝像儀和肌電儀同步采集起動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和外表肌電數(shù)據(jù)。1.主要儀器與設(shè)備:起跑器、秒表、芬蘭產(chǎn)的MegaWinME6000-16導(dǎo)肌電測(cè)試系統(tǒng)、索尼JVC攝像機(jī)、量角器。2.平面定點(diǎn)攝像:拍攝點(diǎn)距離騎行軌跡10m,攝像機(jī)機(jī)頭與運(yùn)發(fā)動(dòng)重心等高,拍攝頻率為50Hz,取自行車車輪中心和曲柄中心為解析點(diǎn),運(yùn)用視訊錄像解析系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的解析,得到車輪和曲柄的時(shí)間參數(shù)、角度參數(shù)。3.外表肌電采集:選取下肢左、右各8塊肌肉:臀大肌、股直肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌、腓腸肌外側(cè)頭、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、脛骨前肌采集肌肉活動(dòng)信號(hào)。電極粘貼的皮膚外表都經(jīng)過定位、剃刮、打磨和酒精擦拭4道工序處理,用彈性繃帶加固電極和導(dǎo)線。測(cè)量各塊肌肉的最大肌電幅值(MVC),以20%作為肌肉活動(dòng)閾值標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每塊肌肉的積分肌電進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。4.攝像與肌電采集同步方式方法:同步裝置分別與攝像機(jī)和肌電儀相連,運(yùn)發(fā)動(dòng)在動(dòng)作之前,攝像機(jī)與肌電儀均提早開機(jī),當(dāng)測(cè)試人員按下觸發(fā)裝置時(shí),肌電信號(hào)打上同步標(biāo)志,同時(shí),攝像機(jī)拍攝燈亮,以同步標(biāo)志和燈亮的時(shí)間為同步時(shí)刻,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的同步測(cè)試。2.2.5數(shù)理統(tǒng)計(jì)用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,包括均值、標(biāo)準(zhǔn)差和單因素方差分析、t檢驗(yàn),所有統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的顯著水平設(shè)置為P=0.05。3原地起動(dòng)技術(shù)的理論分析3.1原地起動(dòng)技術(shù)的動(dòng)作概述短距離場(chǎng)地自行車比賽起跑時(shí),自行車由起跑器的抓手固定、運(yùn)發(fā)動(dòng)在自行車上要做最后的姿態(tài)調(diào)整,至最佳狀態(tài)之后便保持不動(dòng),將所有注意力集中在聽覺上。起跑信號(hào)是倒計(jì)時(shí)5s,第6s時(shí)模擬槍聲響起,起動(dòng)器自動(dòng)松開自行車,運(yùn)發(fā)動(dòng)出發(fā)。運(yùn)發(fā)動(dòng)一般都采用離座站立式姿勢(shì)出發(fā),起動(dòng)時(shí)快速發(fā)力踏蹬,軀干前振使重心前移,同時(shí)配合上肢拉把動(dòng)作,力爭(zhēng)在最短的時(shí)間內(nèi)打破自行車靜止的慣性,獲得初速度。3.2原地起動(dòng)的生物力學(xué)因素分析短距離場(chǎng)地自行車的原地起動(dòng)是一個(gè)人車合一的經(jīng)過,運(yùn)發(fā)動(dòng)通過由上肢、軀干、骨盆和下肢所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)鏈帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車輪獲得加速度并逐漸進(jìn)入平穩(wěn)、高速的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)階段。從動(dòng)作構(gòu)造的角度來看,原地起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作只是周期性單一動(dòng)作構(gòu)造中的一個(gè)環(huán)節(jié),起動(dòng)技術(shù)與高速狀態(tài)下的踏蹬技術(shù)具有某些共性的特征,但由于起動(dòng)技術(shù)由靜至動(dòng)的特殊性,其與高速狀態(tài)下的踏蹬動(dòng)作又有著鮮明的區(qū)別。結(jié)合前人對(duì)自行車運(yùn)動(dòng)踏蹬動(dòng)作的研究以及本次專家訪談的結(jié)果,本研究以為,影響起動(dòng)效果的生物力學(xué)因素能夠歸納為3大類:內(nèi)力因素、器械因素和環(huán)境因素。內(nèi)力因素是指與人體動(dòng)作形態(tài)、肌肉工作相關(guān)聯(lián)的內(nèi)在性力學(xué)因素,是自行車最根本、最主要的驅(qū)動(dòng)因素。內(nèi)力因素包括肌肉的起止長(zhǎng)度,肌肉長(zhǎng)度的變化,力臂長(zhǎng)度,施加于肌肉上的載荷,阻力臂,力的作用方向,作用線及作用類型、作用點(diǎn),關(guān)節(jié)角,肌拉力角,單關(guān)節(jié)肌和多關(guān)節(jié)肌,肌纖維類型及排列方式,有關(guān)杠桿(滑輪)數(shù)目和類型,肌肉的收縮類型(向心、等長(zhǎng)、離心),收縮的速度,肌肉募集形式(激活頻率、同步性、有關(guān)運(yùn)動(dòng)單元數(shù)目),肌肉內(nèi)摩擦阻力,肌肉的粘滯性等[15,17]。內(nèi)力因素間的互相作用可影響到肌肉力、力矩及肌肉功的傳遞[14]。器械因素是指由自行車零部件的機(jī)械工作特性以及人體與器械的互相作用特點(diǎn)所決定的,對(duì)踏蹬效果具有約束或促進(jìn)作用的因素。這些因素主要有曲柄長(zhǎng)度和角度、傳動(dòng)比、坐墊高度、手把高度和長(zhǎng)度、腳踏板的角度、鏈條大小及形狀、輪的大小、質(zhì)量、直徑及慣性等。器械因素的變化會(huì)使得運(yùn)發(fā)動(dòng)的肌肉初長(zhǎng)度、關(guān)節(jié)角位置、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度、阻力載荷等發(fā)生相應(yīng)改變,進(jìn)而影響肌肉用力以及力在人體和器械之間的傳遞。環(huán)境因素主要有重力、摩擦力和空氣阻力,華而不實(shí),摩擦力對(duì)起動(dòng)成績(jī)的影響與賽道的場(chǎng)地情況有關(guān),空氣阻力對(duì)起動(dòng)技術(shù)的影響不大。3種生物力學(xué)因素相互作用產(chǎn)生力、力矩和肌肉功以克服騎行阻力,獲得好的騎行成績(jī)[13,19]。對(duì)于一名短距離場(chǎng)地自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)來講,在影響起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的生物力學(xué)因素中,有一些因素是比擬固定的、難以改變的,如比賽場(chǎng)地條件、自行車車輪的規(guī)格、運(yùn)發(fā)動(dòng)本身的基本身體形態(tài)等;有一些因素則是能夠改變的,如內(nèi)力因素中的肌肉工作方式和效果能夠通過訓(xùn)練不斷改良,器械因素中的傳動(dòng)比、曲柄角度等則能夠人為地進(jìn)行調(diào)整,關(guān)鍵在于找到內(nèi)力因素和器械因素的最佳結(jié)合點(diǎn),進(jìn)而提高起動(dòng)成績(jī)。張莉清研究以為,當(dāng)前我們國(guó)家自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)原地起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的缺乏主要是肌肉協(xié)同發(fā)力缺乏,曲柄位置過高導(dǎo)致不能快速到達(dá)最大用力的有利角度以及拉把動(dòng)作導(dǎo)致身體重心后移,進(jìn)而影響起動(dòng)加速[10],華而不實(shí),曲柄位置是指原地起動(dòng)時(shí)前曲柄與水平面的夾角,本研究稱其為曲柄起動(dòng)角。從力學(xué)角度分析,自行車的曲柄裝置是一個(gè)杠桿,人體作用于曲柄上的踏蹬力有兩個(gè)分量,只要垂直于曲柄的切向力才是有用力,產(chǎn)生力矩推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可知,當(dāng)曲柄與水平面平行時(shí),踏蹬力全部轉(zhuǎn)化為有用力,此時(shí)的曲柄處于最大杠桿用力狀態(tài)。在起動(dòng)動(dòng)作中,考慮到運(yùn)發(fā)動(dòng)從發(fā)力到驅(qū)使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)有一個(gè)時(shí)間的延遲,運(yùn)動(dòng)單位的募集和發(fā)力也是一個(gè)漸進(jìn)的經(jīng)過,所以,前曲柄應(yīng)當(dāng)比水平位置略高,以便當(dāng)曲柄過渡到最大杠桿用力狀態(tài)時(shí),人體產(chǎn)生的踏蹬力也到達(dá)較高值,兩者結(jié)合產(chǎn)生最好的踏蹬效果。另外,曲柄略微抬高也有利于前腿的下蹬和后腿的提拉用力。當(dāng)前,我們國(guó)家自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)在訓(xùn)練和比賽中所慣用的曲柄起動(dòng)角大小不一,缺乏對(duì)這一技術(shù)動(dòng)作的規(guī)范要求。因而,本研究從運(yùn)發(fā)動(dòng)慣用的曲柄起動(dòng)角范圍內(nèi)選取了3個(gè)角度:15、30、45作為實(shí)驗(yàn)因素,探究不同起動(dòng)角度對(duì)于起動(dòng)成績(jī)的影響,以及不同角度下起動(dòng)時(shí),運(yùn)發(fā)動(dòng)的技術(shù)表現(xiàn)和肌電活動(dòng)情況。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析4.1不同曲柄起動(dòng)角對(duì)起動(dòng)成績(jī)的影響實(shí)驗(yàn)測(cè)試了11名運(yùn)動(dòng)員分別在15、30、453個(gè)曲柄起動(dòng)角上起動(dòng)后騎行60m的時(shí)間(表2)。經(jīng)單因素方差分析得到P=0.016(P0.05),表示清楚曲柄起動(dòng)角這一變量對(duì)場(chǎng)地自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)原地起動(dòng)60m的成績(jī)具有顯著性影響。對(duì)3次測(cè)試成績(jī)的兩兩比擬發(fā)現(xiàn),當(dāng)曲柄起動(dòng)角為30時(shí),11名運(yùn)發(fā)動(dòng)60m起動(dòng)時(shí)間最短,當(dāng)曲柄起動(dòng)角為45時(shí),起動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng),經(jīng)t檢驗(yàn),兩次測(cè)試成績(jī)不具有顯著性差異(P=0.075),但15和45以及30和45曲柄起動(dòng)角的測(cè)試成績(jī)都具有顯著性差異(P0.05)。由此結(jié)果能夠推斷,短距離場(chǎng)地自行車原地起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作中的曲柄起始角度不能過大,也不宜太小,30是比擬合理的,在這一起動(dòng)角上出發(fā)有利于提高運(yùn)發(fā)動(dòng)的起動(dòng)成績(jī)?！?】4.2起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征4.2.1車輪速度上升的連貫性分析將前10m騎行的時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,采用3次樣條的插值方式方法將絕對(duì)時(shí)間轉(zhuǎn)化為相對(duì)時(shí)間,采用百分比表示,獲得的車輪中心速度-時(shí)間曲線如圖1~圖3所示,自行車在15、30和45曲柄起動(dòng)角起動(dòng)后騎行10m,到達(dá)的速度分別為3.75m/s,3.94m/s和3.71m/s,講明在30曲柄角上起動(dòng)時(shí),前10m起動(dòng)加速效果最好。趙芳、周興龍的研究發(fā)現(xiàn),短距離自行車原地出發(fā)技術(shù)較好的運(yùn)發(fā)動(dòng)車輪速度遞增曲線較平滑,速度上升較連貫,具有良好的用力[11]。本測(cè)試也出現(xiàn)了一樣的結(jié)果,即在30曲柄起動(dòng)角上起動(dòng)時(shí),車輪中心的速度-時(shí)間曲線要比15和45的曲線更為平滑,速度起伏較小,講明這一曲柄起動(dòng)角有助于提高運(yùn)發(fā)動(dòng)起動(dòng)加速的連貫性。【3】4.2.2第1踏蹬周期車輪速度變化分析自行車起動(dòng)過程中,第1個(gè)踏蹬周期是技術(shù)的關(guān)鍵,而克制踏蹬周期中的死點(diǎn)區(qū)問題又是起動(dòng)技術(shù)的核心[6]。為了更清楚明晰地分析短距離自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)起動(dòng)第1個(gè)踏蹬周期的技術(shù)狀況,本研究根據(jù)上述車輪中心速度-時(shí)間曲線的特點(diǎn)以及曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)1周的時(shí)相數(shù)據(jù),將短距離場(chǎng)地自行車原地起動(dòng)第1個(gè)踏蹬周期的速度變化情況繪制成簡(jiǎn)化曲線(圖4)。整個(gè)曲線由6段直線構(gòu)成,分別對(duì)應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)1周的6個(gè)時(shí)相(圖5):原點(diǎn)O為起跑器松開自行車的一霎時(shí);OA段為曲柄從起始角轉(zhuǎn)動(dòng)到水平角附近即進(jìn)入曲柄最大杠桿用力狀態(tài)這一階段的加速經(jīng)過;AB段為曲柄從最大杠桿用力狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)到下死點(diǎn)位置的快速加速經(jīng)過;BC段為曲柄在下死點(diǎn)區(qū)域的減速經(jīng)過;CD段為曲柄擺脫下死點(diǎn)區(qū)域后又一次經(jīng)過曲柄最大杠桿用力位置這一階段的加速經(jīng)過;DE段曲柄在上死點(diǎn)區(qū)域的快速減速經(jīng)過;EO為曲柄擺脫上死點(diǎn)后再一次加速至曲柄起始位置的階段。朱旭3次起動(dòng)測(cè)試中,第1個(gè)踏蹬周期里曲柄各個(gè)時(shí)相的車輪速度變化情況見表3?！?】表3顯示,在15、30兩個(gè)曲柄起動(dòng)角上起動(dòng)時(shí),曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過OA段的時(shí)間都是6%,但平均加速度分別為0.08m/s2和0.05m/s2,講明當(dāng)曲柄起動(dòng)角為15時(shí)更有利于OA段的加速。這是由于,曲柄更接近水平最大杠桿用力位置,有利于運(yùn)發(fā)動(dòng)的第1腳踏蹬力更多地轉(zhuǎn)化為有用力,進(jìn)而較早克制慣性阻力。與此相比,當(dāng)曲柄起動(dòng)角為45時(shí),曲柄經(jīng)過16.5%的時(shí)間才越過OA段,速度增幅為0.72m/s,平均加速度為0.04m/s2,比前兩次起動(dòng)更慢,這與曲柄抬起過高,不利于踏蹬發(fā)力有關(guān)。在AB段,15、30、453次起動(dòng)的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間分別是15%、16.5%和19.5%,轉(zhuǎn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí),車輪中心的速度分別是1.71m/s、1.64m/s和2.08m/s,平均加速度相差不大。從OA和AB時(shí)相的車輪加速情況能夠推斷,早期加速的延遲可能是導(dǎo)致45曲柄角起動(dòng)效果較差的主要原因。BC段是車輪圓周運(yùn)動(dòng)中的下死點(diǎn)區(qū)域。從圓周運(yùn)動(dòng)的機(jī)械原理可知,由于受人體本身構(gòu)造特點(diǎn)的制約,下肢在驅(qū)使曲柄運(yùn)動(dòng)的經(jīng)過中,不可能在圓周的任何位置都能產(chǎn)生一樣的速度。曲柄在某些位置會(huì)表現(xiàn)出相對(duì)最慢的角速度,這也就是通常所講的死點(diǎn)[3]。死點(diǎn)區(qū)范圍越大、減速越快就講明踏蹬效果越差。比擬3次起動(dòng)在下死點(diǎn)區(qū)域的速度變化可知,45曲柄角起動(dòng)時(shí)曲柄越過下死點(diǎn)區(qū)的時(shí)間最短,為4.5%,且速度減慢不明顯,講明比起15和30兩次起動(dòng),45曲柄角起動(dòng)時(shí)越過第1個(gè)下死點(diǎn)的經(jīng)過愈加順暢。當(dāng)曲柄擺脫下死點(diǎn)區(qū)之后,隨即進(jìn)入了一個(gè)非常明顯的加速階段CD段。45起動(dòng)時(shí)CD段時(shí)間為11.5%,固然到D點(diǎn)時(shí)速度到達(dá)了3.09m/s,是3次起動(dòng)中最快的,但從起動(dòng)到D點(diǎn)的累計(jì)加速時(shí)間已明顯長(zhǎng)于15和30兩次起動(dòng)。另外,30曲柄起動(dòng)角起動(dòng)時(shí)CD段的平均加速度達(dá)到0.11m/s2,是3次起動(dòng)中最大的,講明此階段踏蹬力轉(zhuǎn)化為有用力的程度最高,踏蹬效果最好。DE段是車輪圓周運(yùn)動(dòng)中的上死點(diǎn)區(qū)域,15起動(dòng)時(shí)該階段的速度下降比擬平緩,而30和45兩次起動(dòng)的速度下降明顯,講明在上死點(diǎn)區(qū)域的過渡效果較差。EO階段,曲柄從E點(diǎn)轉(zhuǎn)回到起始位置,15和30起動(dòng)時(shí)此階段的平均加速度較大,分別為0.07m/s2和0.06m/s2,到達(dá)O點(diǎn)時(shí),15、30、453次起動(dòng)的車輪中心速度分別為3.05m/s、2.92m/s和2.85m/s。【5】綜上所述,在15、30和45曲柄起動(dòng)角的3次起動(dòng)經(jīng)過中,45起動(dòng)前期的OA和AB段加速效果最差,導(dǎo)致起動(dòng)速度落后于其他兩次起動(dòng);在下死點(diǎn)區(qū)BC段,45起動(dòng)的死點(diǎn)過渡能力較好;而在上死點(diǎn)區(qū)DE段,30和45起動(dòng)的死點(diǎn)過渡能力較差;AB段、CD段和EO段30起動(dòng)角的車輪速度增長(zhǎng)最快,講明踏蹬效果最好。4.3起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的肌電分析神經(jīng)肌肉系統(tǒng)協(xié)同活動(dòng)的變化決定了踏蹬動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的外部表現(xiàn),而觀察神經(jīng)肌肉協(xié)同變化的最佳手段就是外表肌電圖技術(shù)[9]。因而,利用外表肌電技術(shù)研究場(chǎng)地自行車原地起動(dòng)技術(shù)能夠更好地反映技術(shù)動(dòng)作特征。4.3.1起動(dòng)10m的動(dòng)作階段劃分結(jié)合錄像與肌電圖發(fā)現(xiàn),所有運(yùn)發(fā)動(dòng)起動(dòng)并騎行10m的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過涵蓋了3個(gè)動(dòng)作階段:預(yù)備起動(dòng)階段、完好的第1個(gè)踏蹬周期和部分的第2個(gè)踏蹬周期。以一級(jí)運(yùn)發(fā)動(dòng)朱旭的3次起動(dòng)測(cè)試作為案例進(jìn)行分析,其動(dòng)作階段的時(shí)間節(jié)點(diǎn)如表4所示,發(fā)現(xiàn)3次起動(dòng)騎行10m所花費(fèi)的時(shí)間不同,在曲柄起始角度為30時(shí)起動(dòng)耗時(shí)最短,15次之,45耗時(shí)最長(zhǎng)。曲柄經(jīng)過第1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的時(shí)間也有一樣的規(guī)律:在曲柄起始角度為30時(shí)起動(dòng)第1踏蹬周期耗時(shí)最短,15次之,45耗時(shí)最長(zhǎng)?！?】4.3.2起動(dòng)各階段下肢肌肉的工作時(shí)序在外表肌電技術(shù)中,肌電活動(dòng)曲線是判定肌肉活動(dòng)開場(chǎng)、結(jié)束和峰值的根據(jù),觀察肌電活動(dòng)曲線波動(dòng)出現(xiàn)的次序能夠判定各塊肌肉發(fā)力的先后順序,即肌肉激活順序。在對(duì)肌電活動(dòng)曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的經(jīng)過中,肌電活動(dòng)閾值的判定具有主觀性,常見的判定標(biāo)準(zhǔn)有3種,即最大肌電幅值(MVC)的15%、20%和25%。本研究中采用20%,以為各肌肉肌電活動(dòng)曲線的肌電幅值到達(dá)該肌肉MVC的20%且持續(xù)0.3s以上則為被激活。為了研究原地起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作下肢肌肉的發(fā)力情況,對(duì)照錄像,截取運(yùn)發(fā)動(dòng)從發(fā)力抬臀到自行車前輪越過10m標(biāo)志線為止這一運(yùn)動(dòng)經(jīng)過的下肢肌電圖,發(fā)現(xiàn)高水平運(yùn)發(fā)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)等級(jí)在一級(jí)以上)與普通水平運(yùn)發(fā)動(dòng)以及男、女運(yùn)發(fā)動(dòng)原地起動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的下肢肌肉激活順序一致(圖6~圖9)。最先激活的都是左、右腿的股四頭肌內(nèi)、外側(cè)頭,然后依次是左、右腿的腓腸肌外側(cè)頭、左、右腿腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、左、右腿股二頭肌、右臀大肌、左脛骨前肌、右股直肌、左股直肌、右脛骨前肌和左臀大肌。下面以朱旭為例進(jìn)行詳細(xì)分析,將其肌電圖經(jīng)數(shù)據(jù)計(jì)算和繪制得到在3個(gè)不同的曲柄起動(dòng)角下起動(dòng)并騎行10m的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過中下肢主要肌肉的激活時(shí)序圖(圖10~圖12,注:朱旭原地起動(dòng)時(shí)前腿為右腿)。1.起動(dòng)前的預(yù)備階段:由錄像觀察得知,在起動(dòng)前的預(yù)備階段,運(yùn)動(dòng)員的任務(wù)是集中注意力把握倒計(jì)時(shí)節(jié)拍,在模擬槍聲響起之前1.5s內(nèi)完成離座站立式起動(dòng)。從圖10~圖12可以看到,預(yù)備動(dòng)作階段中最先激活的是左、右腿的股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌和腓腸肌外側(cè)頭。此時(shí),由于運(yùn)發(fā)動(dòng)的雙腳固定在腳蹬上,腳蹬和曲柄的起始位置也已經(jīng)固定,這些肌肉的工作方式都為遠(yuǎn)固定主動(dòng)收縮,使大腿在膝關(guān)節(jié)處伸,小腿在踝關(guān)節(jié)處屈,進(jìn)而支撐運(yùn)發(fā)動(dòng)在自行車上站立起來。緊接著,右腿臀大肌、股直肌和左、右腿的腓腸肌內(nèi)側(cè)頭、股二頭肌參加遠(yuǎn)固定主動(dòng)收縮發(fā)力的行列。右腿臀大肌和雙側(cè)股二頭肌收縮使骨盆后傾,股直肌收縮使大腿在膝關(guān)節(jié)處伸,腓腸肌內(nèi)側(cè)頭收縮以固定踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)防止人體向前傾倒,三者與右腿股內(nèi)側(cè)肌、外側(cè)肌以及左、右腿雙側(cè)腓腸肌外側(cè)頭協(xié)同工作,起到維持人體直立姿勢(shì)的作用。幾乎與此同時(shí),最先被激活的左腿股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌停止放電,左腿脛骨前肌被激活,講明在離座站立式起動(dòng)姿態(tài)構(gòu)成、維持到踏蹬起動(dòng)這一連續(xù)的運(yùn)動(dòng)過程中,運(yùn)動(dòng)員后腿的大腿前群肌有一個(gè)短暫的放松經(jīng)過,這有利于其拮抗肌群,即大腿后群肌在踏蹬起動(dòng)中爆發(fā)式發(fā)力。綜上所述,運(yùn)發(fā)動(dòng)起動(dòng)前預(yù)備動(dòng)作的節(jié)拍非常重要,假如用力過早,就會(huì)被起跑器拉住或肌張力下降,假如用力過晚,還未構(gòu)成有利的站立姿態(tài)就倉(cāng)促起動(dòng)或在脫離起跑器支持的條件下起動(dòng)都會(huì)直接影響起動(dòng)成績(jī)。另外,離座站立式的出發(fā)動(dòng)作有利于增加股二頭肌、臀大肌等的初長(zhǎng)度,有利于后續(xù)的收縮發(fā)力。即利用提高肌肉預(yù)張力的方式方法使肌肉提早進(jìn)入工作狀態(tài),進(jìn)而增大踏蹬的氣力和速度[5]。2.第1個(gè)踏蹬周期:由于對(duì)肌電圖進(jìn)行時(shí)間階段劃分時(shí),是以曲柄開始轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)刻作為第1個(gè)踏蹬周期的開場(chǎng),而產(chǎn)生起動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的原動(dòng)肌活動(dòng)是優(yōu)先于曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的,因而,研究起動(dòng)時(shí)的肌肉發(fā)力需要觀察第一個(gè)踏蹬周期起始線左、右兩側(cè)的肌電情況。比擬圖10~圖12可知,起動(dòng)時(shí),雙腿都有發(fā)力,前腳主要是踏蹬用力,后腳主要是提拉用力。由于起動(dòng)時(shí)曲柄由靜止到運(yùn)動(dòng)需要克制巨大的慣性,且剛開場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速度很慢,因而,能夠以為,起動(dòng)霎時(shí)下肢主要肌肉的工作方式都為遠(yuǎn)固定。介入前腳(右腿)踏蹬動(dòng)作的肌肉主要有臀大肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、股二頭肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和腓腸肌外側(cè)頭。臀大肌、股四頭肌和股二頭肌的遠(yuǎn)固定主動(dòng)收縮使運(yùn)動(dòng)員伸髖、伸膝,產(chǎn)生下踏腳蹬的力,腓腸肌遠(yuǎn)固定收縮使小腿在踝關(guān)節(jié)處屈,結(jié)合運(yùn)發(fā)動(dòng)站立及向前俯身的重力作用一同下壓腳蹬,進(jìn)而驅(qū)使曲柄開場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。與前腳踏蹬相配合,介入后腳(左腿)提拉動(dòng)作的肌肉主要有脛骨前肌、股二頭肌和腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭。脛骨前肌遠(yuǎn)固定收縮使小腿在踝關(guān)節(jié)處伸,給腳蹬一個(gè)向后帶的力,股二頭肌和腓腸肌則主要以近固定主動(dòng)收縮的方式起到屈膝的作用,產(chǎn)生后腳上提腳蹬的效果。隨著前腿和后腿分別完成踏蹬和后帶提拉動(dòng)作,曲柄獲得了一定的起動(dòng)初速度并轉(zhuǎn)過了下死點(diǎn),前腿隨即進(jìn)入提拉階段,后腿則進(jìn)入前帶階段。右腿股二頭肌、腓腸肌持續(xù)放電,主動(dòng)收縮以伸髖、屈膝,脛骨前肌近固定收縮使小腿在踝關(guān)節(jié)處伸,而臀大肌和股四頭肌則停止放電,進(jìn)入放松期。此時(shí),左腿的臀大肌、股四頭肌則被激活,伸膝、伸髖帶動(dòng)曲柄向前轉(zhuǎn)動(dòng),以便快速克制上死點(diǎn)過渡到下蹬階段。當(dāng)曲柄經(jīng)過上死點(diǎn)后,右腿又進(jìn)入了新一輪的發(fā)力踏蹬,左腿則又進(jìn)入提拉階段。右腿臀大肌、股四頭肌開始工作,左腿臀大肌和股四頭肌則開場(chǎng)放松。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)到起動(dòng)原始角度時(shí),第2個(gè)踏蹬周期開場(chǎng)。上述肌電活動(dòng)所反映出來的肌肉工作情況與李立的研究基本保持一致[4]。但在蹬踏運(yùn)動(dòng)經(jīng)過中,下肢不同肌肉的功能作用上,本研究的肌電分析結(jié)果與前人的研究結(jié)論有所不同。Ryan等[18,16]人指出:單關(guān)節(jié)肌肉如臀大肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌、脛骨前肌、比目魚肌在蹬踏經(jīng)過中一直以主要用力肌肉介入運(yùn)動(dòng),而股二頭肌、股直肌、半膜肌、半腱肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭等雙關(guān)節(jié)肌肉在蹬踏經(jīng)過中則有所變化。文獻(xiàn)資料表示清楚,雙關(guān)節(jié)肌肉在關(guān)節(jié)處于關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行能量傳遞時(shí)表現(xiàn)最為活潑踴躍[20]。而本研究的肌電激活時(shí)序特征顯示,在起動(dòng)的第1個(gè)踏蹬周期內(nèi),雙側(cè)股二頭肌和腓腸肌是持續(xù)激活的肌肉,而臀大肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌則表現(xiàn)出明顯的左、右腿交替激活特征。3.第2個(gè)踏蹬周期:自行車運(yùn)發(fā)動(dòng)的踏蹬動(dòng)作是以車輪中軸為圓心,以曲柄為半徑,通過雙腿交替踏蹬和提拉驅(qū)使曲柄進(jìn)行機(jī)械圓周運(yùn)動(dòng),因而,整個(gè)踏蹬經(jīng)過應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)出某一特定肌肉用力程序的循環(huán)往復(fù)。在圖10~圖12中,固然第2個(gè)踏蹬周期不完好,但已經(jīng)能夠看出自行車踏蹬動(dòng)作周期性的特征。結(jié)合起動(dòng)10m的時(shí)間數(shù)據(jù)(表5)與肌電活動(dòng)時(shí)序圖(圖10~圖12)綜合分析發(fā)現(xiàn),3次起動(dòng)測(cè)試中,預(yù)備動(dòng)作從肌肉開場(chǎng)激活到槍響起動(dòng),所花費(fèi)的時(shí)間在1.4s左右,與錄像顯示的動(dòng)作節(jié)拍特征一致。與15和45兩次起動(dòng)相比,在30曲柄起動(dòng)角起動(dòng)時(shí),左、右腿的臀大肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌的交替放電有較大的重疊區(qū),雙側(cè)腿同位置肌肉的收縮與舒張轉(zhuǎn)換表現(xiàn)出銜接緊湊的特點(diǎn),講明此時(shí)雙側(cè)腿肌肉的協(xié)同工作水平更高層次。另外,在30曲柄起動(dòng)角上起動(dòng)時(shí),下肢各主要肌肉的肌電活動(dòng)還表現(xiàn)出總