u型場地冰雪技巧運(yùn)動生物力學(xué)分析

單帶u型林場滑雪技術(shù)是一個(gè)難以形容的技能主導(dǎo)的技術(shù)性項(xiàng)目，屬于主觀評價(jià)分類比賽項(xiàng)目組。運(yùn)動員利用一塊滑雪板,在規(guī)定的U形場內(nèi)借助滑坡助滑起跳,利用身體和雙腳來控制方向,在空中完成各種高難動作。自2003年U型場地單板雪上技巧項(xiàng)目引進(jìn)我國以來,發(fā)展迅速。我國選手分別在2005年和2007年的第22、23屆世界大冬會上,獲得女子比賽的銀牌,為此國家體育總局把該項(xiàng)目列為潛優(yōu)勢項(xiàng)目,并制定了2010年冬季奧運(yùn)會的參賽目標(biāo)。在2009年世界大學(xué)生冬運(yùn)會上,劉佳宇獲得女子金牌。該項(xiàng)目集滑行、飛躍、技巧于一體,既有競技性,又有觀賞性。在動作的構(gòu)成因素中,包括飛起的高度、難度、多樣性、動作的完成質(zhì)量、場地利用及著陸情況諸多因素。因?yàn)轱w起的高度會對難度、多樣性、動作的完成質(zhì)量產(chǎn)生制約作用,所以飛起的高度為諸多因素中的核心因素,是運(yùn)動員進(jìn)行空中技巧表演的基礎(chǔ)。沒有高度就沒有更長的飛行時(shí)間,沒有飛行時(shí)間的保障就無法完成高難的動作,也就無法獲得高分,而制約飛行高度的主要因素是出槽速度。那么影響出槽速度的因素有哪些?目前在U型場地單板雪上技巧項(xiàng)目上國內(nèi)外還沒有定量的分析和研究。結(jié)合2010年U型場地單板雪上技巧技術(shù)攻關(guān)服務(wù),筆者通過理論探討和實(shí)驗(yàn)方法,對影響U型場地滑雪技巧出槽速度的因素進(jìn)行分析,意在揭示此項(xiàng)目的內(nèi)在技術(shù)特點(diǎn)及規(guī)律,填補(bǔ)該項(xiàng)目在國內(nèi)外研究領(lǐng)域的空白,并為教練員、運(yùn)動員備戰(zhàn)2010年冬季奧運(yùn)會進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練提供參考依據(jù)。1研究對象和方法1.1研究主題以國家隊(duì)男女優(yōu)秀單板運(yùn)動員為研究對象,其中男運(yùn)動員3名、女運(yùn)動員3名,運(yùn)動員的自然情況表見表1。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1對u型場地面板雪上技巧的初步研究意義查閱了U型場地單板雪上技巧相關(guān)技術(shù)、訓(xùn)練理論,以及備戰(zhàn)2010年冬季奧運(yùn)會的備戰(zhàn)方案等,為進(jìn)行U型場地單板雪上技巧的速度影因素的研究提供借鑒和理論參考依據(jù)。1.2.2理論分析根據(jù)U型場地單板雪上技巧的場地特點(diǎn),從運(yùn)動生物力學(xué)理論角度對影響入槽速度和出槽速度的因素進(jìn)行分析。1.2.3運(yùn)動影像分析2009年1月6～7日,在哈爾濱體育學(xué)院帽兒山U型單板場地舉辦的全國U型場地單板滑雪技巧錦標(biāo)賽上,使用沈陽體育學(xué)院國家體育總局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2臺Sony高清攝像機(jī),對我國部分優(yōu)秀單板運(yùn)動員的技術(shù)動作進(jìn)行定點(diǎn)抓拍,并對抓拍的錄像資料運(yùn)用美國APAS運(yùn)動學(xué)影像解析系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動影像分析,獲取相關(guān)的運(yùn)動學(xué)參數(shù),并對獲得的參數(shù)進(jìn)行分析。2結(jié)果與分析2.1垂直方向上產(chǎn)生的垂直速度w單板U型場地雪上技巧比賽是在特定的場地進(jìn)行的?！秵伟逡?guī)則》規(guī)定一般U型場地參數(shù)見表2,國內(nèi)各場地的參數(shù)見表3。從場地?cái)?shù)據(jù)看出,哈爾濱帽兒山場地各種數(shù)據(jù)符合國際雪聯(lián)關(guān)于U型場地單板雪上技巧場地的要求;哈爾濱亞布力和沈陽白清寨場地?cái)?shù)據(jù)基本符合國際雪聯(lián)關(guān)于U型場地單板雪上技巧場地的要求;北京云佛山場地各種數(shù)據(jù)不太符合要求。通過場地的數(shù)據(jù)可以看到:該比賽在17°的斜坡上沿100多米的長度在溝槽里滑行,并出槽做各種空翻、轉(zhuǎn)體、抓板等難度動作,動作完成后會在垂直方向上產(chǎn)生一定的高度落差。在國際比賽的標(biāo)準(zhǔn)場地上,通過計(jì)算可以得到U型槽的垂直高度落差h=150sin17=43.8m,即運(yùn)動員在完成規(guī)定動作后要在垂直方向上產(chǎn)生40多米的高度落差,40多米高的落差能使運(yùn)動員在垂直方向上產(chǎn)生非常可觀的速度增加。若以自由落體運(yùn)動計(jì)算:Vy=2hg???√≈2×10×40?????????√≈20m/sVy=2hg≈2×10×40≈20m/s,而雪與板的動摩擦系數(shù)變化0.03～0.2,以最大摩擦系數(shù)及全部體重垂直作用來計(jì)算摩擦阻力f=0.2W,即摩擦阻力導(dǎo)致的速度較小為體重產(chǎn)生加速作用的0.2倍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重力產(chǎn)生的加速效果。因此場地的高度落差是運(yùn)動員獲取垂直速度的重要途徑,運(yùn)動員可以通過合理的技術(shù)完成垂直速度和水平速度的轉(zhuǎn)換。另外U型的寬度、U型的深度、壁的高低、場地內(nèi)的平整程度也會對運(yùn)動員的速度產(chǎn)生影響。2.2入槽速度對數(shù)據(jù)獲得的影響運(yùn)動員在第一次入槽前應(yīng)選擇有助滑的進(jìn)槽,運(yùn)動員應(yīng)積極主動獲得可控的速度。如果運(yùn)動員入槽前在槽沿上滑行一定距離獲得一定的速度后,而且在入槽前躍起一定高度,就會獲得一定的初始能量儲備E0,E0=E動0+E勢0(E0代表運(yùn)動員的初始能量,E動0代表運(yùn)動員初始的動能,E勢0代表運(yùn)動員初始的勢能)。隨著入槽動作的完成,運(yùn)動員完成的E勢越來越小,在重力做正功的情況下,運(yùn)動員的E動會相應(yīng)增加,即運(yùn)動員會通過能量轉(zhuǎn)換獲得一定垂直方向的速度。在獲得一定的垂直速度后入槽,運(yùn)動員就有了一定的動能儲備;運(yùn)動員利用儲備的動能,在出槽時(shí)獲得向勢能的轉(zhuǎn)化,即可達(dá)到提高飛行高度的目的;飛行高度的獲得也為再一次入槽動作做好勢能儲備,為下一個(gè)動作的順利完成提供時(shí)空保證。但在運(yùn)動員的動能和勢能轉(zhuǎn)換中,要達(dá)到的速度必須是可控的。如果速度不可控,就會影響運(yùn)動員技術(shù)動作的發(fā)揮,嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致意外事故的發(fā)生,所以應(yīng)提倡積極主動獲得可控的速度。從表4可以看到,運(yùn)動員潘蕾的正刃后腳540°動作的入槽速度最大,為14.93m/s;最小為史萬成的反刃前腳720°動作,為11.06m/s。上述動作均為成功動作,又是國家優(yōu)秀運(yùn)動員,所以可以給出初步判斷:運(yùn)動員在15m/s以下的速度是可控速度。2.3引起人體沖擊的原因入槽時(shí)出現(xiàn)制動現(xiàn)象將不同程度地影響速度的增加,導(dǎo)致能量的損失,并影響下一個(gè)動作的飛起高度。入槽后為了減小速度的損失,著陸時(shí)腿部的髖、膝、踝三關(guān)節(jié)應(yīng)有適度的緩沖,增加板與槽壁的作用時(shí)間,吸收著陸時(shí)受到的地面沖擊反力,E0=E動0+E勢0+FH(F代表地面反力,H為力的作用距離,FH為反力所做的功)減小速度的損失,使人體的勢能充分轉(zhuǎn)化為動能。入槽下壁的同時(shí)身體應(yīng)向槽內(nèi)適度傾斜,重心最好位于板的前半部,見圖1。充分利用重力及重力矩的作用使人體加速。2.4入槽速度特征入槽后運(yùn)動員控制雪板沿壁滑行,由于板的前后刃均具有剎車的作用,因此為了減少速度的損失,應(yīng)盡可能使入槽時(shí)身體重心的速度與板的縱軸方向相同,以減小和雪面接觸瞬間產(chǎn)生的制動效果,并順勢滑出,充分利用下壁的高度差獲得加速度。通過表4可以看到板完全接觸槽的速度小于板前沿接觸槽的速度,這說明完全入槽后的人體速度有一定的損失。由于壁的阻力的存在,速度的損失是正常的。但如果使身體重心速度與用刃方向一致,速度的損失將會減小。從表4可以看出,運(yùn)動員身體重心速度方向與用刃方向均存在一定的夾角,最小為1.2°,最大為5.4°,速度方向與用刃方向沒有達(dá)到完全一致。下降最高幅度達(dá)到27.5%、最小為6.8%的速度。從圖2可以看出運(yùn)動員的速度損失率和速度與用刃方向夾角大小趨勢并不完全一致,可能有如下幾個(gè)方面的原因①運(yùn)動員入槽時(shí)的滑行技術(shù)不十分嫻熟,對板的控制能力不強(qiáng);②下一次空中動作不同,可能需要不同的滑行速度,導(dǎo)致運(yùn)動員有意控制滑行速度;③重心的位置過于靠前,導(dǎo)致重力矩過大,產(chǎn)生阻礙作用。因此入槽的技術(shù)對入槽速度會產(chǎn)生重要影響。2.5出槽板及板下板下過板出槽上壁時(shí)板的受力點(diǎn)和速度與板縱軸的角度也是影響出槽速度、決定高度的因素。在出槽壁的一剎那,由于雪板的前沿即將失去支撐,此時(shí)受力點(diǎn)應(yīng)離開板的中心,逐漸向板后部過渡,使板的受力點(diǎn)始終在臺壁上,前腳順勢滑出,后腳應(yīng)逐漸用力踏板。在獲得足夠反力的同時(shí),保持拋物線軌跡的流暢,增大出槽速度,并保持合理的出槽角度。在達(dá)到有效增加高度的目的的同時(shí),還可以獲得適宜的轉(zhuǎn)體速度和入槽角度。在達(dá)到動作高飄的同時(shí),減小水平速度,減小入槽阻力的效果,達(dá)到合理的入槽,為下一次的動作做好能量的儲備。2.6完全出槽”速度較小表5是我國部分優(yōu)秀單板運(yùn)動員部分出槽動作的運(yùn)動學(xué)參數(shù)。通過表4中的數(shù)據(jù)比較可以發(fā)現(xiàn),完全出槽瞬間速度明顯的小于板前沿出槽瞬間的速度。通過圖3可以看出有5名運(yùn)動員的速度和用刃方向夾角與速度損失率成正相關(guān),說明速度和用刃方向夾角越大速度損失率越大,因此在滑行中要控制好板的方向,使其長軸的方向盡可能與人體速度方向一致。2.7異常平均速度從圖4可以看出運(yùn)動員的出槽速度均小于入槽的速度。二者相差最大的是史萬成,二者相差最小的是曾小曄。入槽時(shí)的平均速度11.69m/s,出入槽時(shí)的平均速度9.75m/s,平均下降1.94m/s。出槽速度的下降會導(dǎo)致飛行高度的下降,而使后續(xù)動作的入槽速度受到影響,進(jìn)而影響下一次的飛行高度,制約了運(yùn)動員動作難度的提高和運(yùn)動技術(shù)水平的發(fā)揮,也會使動作的質(zhì)量大打折扣,因此運(yùn)動員在完成連續(xù)動作時(shí)應(yīng)注意下肢肌群的發(fā)力,2.8改善動作飛起后運(yùn)動員將沿著拋物線飛行。如果想增加滯空時(shí)間,在出槽速度不變的情況下,應(yīng)該盡量向胸部方向收大腿,并防止身體或手臂產(chǎn)生的晃動、搖擺。因?yàn)樯眢w的晃動、搖擺會打破人體的平衡系統(tǒng),使運(yùn)動員的自我控制能力減弱,空中的動作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)降低,并影響運(yùn)動員的入槽動作。運(yùn)動員在飛行中最好保持身體的自然、放松,并減少多余的動作,以保證空中動作的順利完成;另外,向胸部收大腿的動作還有利于空中抓板動作的完成。在運(yùn)動員騰空后,遵守動量矩守恒I1W1=I2W2,在動量矩守恒的條件下,向胸部收大腿的動作能帶動上體的下壓,在重心軌跡不變的情況下有利于抓版動作的完成。向胸部收大腿的動作還提高了身體在空中的滯留時(shí)間,能提高入槽時(shí)身體的速度。3結(jié)論和建議3.1可控速度分析1)場地的高度落差對滑行適度產(chǎn)生一定的影響,運(yùn)動員應(yīng)充分利用高度落差來增加速度儲備。2)運(yùn)動員在第一次入槽前應(yīng)選擇有助滑的進(jìn)槽,積極主動,獲得可控的速度和適當(dāng)?shù)哪芰績?。?yōu)秀運(yùn)動員可控速度的上線約為15m/s。3)理論上速度和用刃方向夾角越大,速度損失率越大,多數(shù)運(yùn)動員符合該規(guī)律,但個(gè)別運(yùn)動員并不符合該規(guī)律,這可能和運(yùn)動員的自我控制有關(guān),需要進(jìn)一步分析研究。4)入槽下壁的同時(shí)身體應(yīng)向槽內(nèi)