武术套路健将童通旋风脚720°接马步动作生物力学分析
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摘 要：旋风脚720°接马步动作是武术套路运动C级动作，技术难度大，动作要求高，在竞技比赛中更是运动员的关键得分点，运动员只有准确掌握动作要领，才能完成好整个技术动作。本研究运用三维影像解析和足底压力测试方法，从运动学、动力学角度对健将级运动员童通完成的旋风脚720°接马步动作进行了运动生物力学分析，旨在揭示其技术动作特点。旋风脚720°接马步动作复杂、技术难度大，在竞技比赛中更是运动员的关键得分点，同时该动作对运动员的专项素质、身体自控能力有较高要求，运动员只有准确掌握动作要领，才能完成好整个技术动作。
关键词：武术套路 C级难度 运动生物力学 三维解析 足底压力
中图分类号：G852 文獻标识码：A 文章编号：2095-2813（2020）01（c）-0244-02
目前，国内外学者针对武术套路运动中C级跳跃动作多采用通过高速摄影方法取得数据，而后进行运动学分析，或对动作进行定性分析，而对此类动作进行动力学与运动学联合分析尚为数不多。随着国家对传统文化的重视程度日益提高，武术套路运动的快速发展，武术套路竞赛的日益激烈，高难度动作的训练至关重要。采用科学的方法和手段指导训练，才能不断提高动作难度的稳定性，减少武术运动员的运动损伤。
1 研究对象和方法
1.1 研究对象
本研究以湖北省武术代表队健将级运动员童通为研究对象，其基本情况如下。童通，男，年龄20岁，身高175cm，体重67kg，鞋号41，运动年限11年，运动级别为健将。
1.2 研究方法
1.2.1 影响分析法
利用2台日产松下NV—MD9000摄像机采用定点、定焦、定距的方式进行同步（外同步）拍摄，曝光时间为1/500s，频率为50帧/s。其摄影框架为爱捷009-D，并设23球13球为X轴。采用美国ARIEL三维图像解析系统对运动员的技术动作进行解析，其中选用汉纳范人体模型，数字低通滤波平滑系数为5。
1.2.2 足底压力测试法
在标准武术训练场地，应用比利时RSscan footscan insol足底压力测试系统获取相关技术动作的参数及图像。
2 分析与讨论
2.1 运动学分析
在研究过程中，根据旋风脚720°接马步技术动作特征，按照两髋关节连线围绕Z轴旋转角度将整个动作划分为4个阶段，即第一阶段从开始0～0.34s为起跳阶段;第二阶段从0.34～0.78s为完成第一周转体时间;第三阶段从0.78～1.10s为完成转体第二周时间，此阶段中1.06s双脚同时落地，因此将1.04～1.10s间时间同时计入落地阶段以便分析研究;第四阶段从1.04～1.9s为落地阶段。运动员两髋关节连线共围绕垂直轴Z轴转体754.02°，符合动作转体角度要求。
旋风脚720°的起跳阶段从0s开始到0.34s结束，身体重心在X、Y轴方向位移幅度分别为0.8582m和0.1447m;在Z轴方向上，在助跑结束瞬间身体重心相对高度为0.3251m，重心于0.1s到达最低相对高度0.3047m，继而双腿依次着地、蹬伸，身体重心不断上升，0.14s右脚蹬离地面，身体重心相对高度为0.3105m，0.34s双脚离开地面瞬间身体重心相对高度为0.7350m。以身体重心处于最低点开始至双脚离开地面为蹬伸阶段，共持续0.24s，总蹬伸距离为0.4303m。
起跳过程中身体重心在水平方向上速度明显降低，同时身体重心垂直速度不断增加，这说明在起跳阶段运动员采取快速制动的方式有效地使身体的水平速度转化为垂直速度。其中左脚从0s开始着地至0.14s离开地面。从0～0.14s身体重心的三维加速度不断增大至0.11s达到相对稳定，而此时身体重心垂直加速度快速增大，说明左腿开始蹬伸直至0.14s左脚离开地面;根据试验数据坐标系设置可知，水平方向两坐标轴正向加速度方向与运动员身体运动方向相反，因此可知，在左腿支撑阶段身体重心水平方向速度是不断减小的。0.14s在左脚离开地面的同时，右脚着地，运动员身体进入右腿支撑阶段。此刻右腿膝关节角度为129.18°。右脚着地之后，0.14～0.22s右膝关节角度由129.18°增大为139.67°，变化速度明显变慢，同时身体重心Z轴方向加速度增大速度明显加快，说明运动员在此身体姿态下能够发挥下肢最大蹬伸力量，取得最佳蹬伸效果。在0.22～0.34s时间段内，随着膝关节角度继续增大，身体重心Z轴方向加速度不断减小，至0.34s加速度为-11.755m/s2，运动员身体进入腾空阶段。
运动员在旋风脚720°起跳阶段，左腿主要起到制动作用，使水平方向的速度转化为垂直方向的速度，同时使身体绕左脚支撑点转体，产生一定转体力矩;右腿在垂直方向起到进一步加速的作用，为动作的成功提供足够的腾空高度，同时在蹬伸过程中右脚脚尖内扣偏心用力，加大由左脚制动产生的转动力矩。
旋风脚720°完成空中转体第二周，从0.78s开始到1.10s两髋关节连线围绕Z轴转体720°结束，共用时0.32s。身体重心在X、Y轴方向位移幅度分别为0.4250m和0.0030m;在Z轴方向上，0.78s完成第一周转体运动身体重心相对高度为1.0404m，1.34s身体完成第二周转体身体重心相对高度为0.1753m，身体重心相对高度下降0.8648m。 在完成空中转体第一周之后，随着身体重心高度的不断下降，运动员必须使身体各个环节尽量靠近身体纵轴，减小身体围绕纵轴的转动惯量，加快转体速度，才能在较短的时间内完成动作要求的转体720°。身体在进入转体第二周之后转动速度明显加快。
1.04～1.16s双脚着地之后，身体重心在Y轴方向上存在一个速度方向改变的过程，身体重心Y轴速度方向由指向运动员身体前方变为指向运动员身体后方;此时间段也是Z轴加速度最大的一段时间。1.16～1.25sY轴方向出现与1.04～1.16s方向相反的加速度，使指向身体后方的Y轴方向速度逐渐减小，Y轴方向身体重心趋向稳定，但是直至1.25s指向身体后方的Y轴方向速度也并没有减小至0m/s，而是开始了新一轮的加速过程。由以上分析过程可知，自1.10s身体重心Y轴方向速度变为指向身体后方之后，至1.25s身体一直向后方运动。1.25～1.36s，随着身体不断向下运动，下肢由于软组织受到牵拉和压缩，力量开始增大，使身体重心Z轴加速度再次增大，同时由于身体重心向后运动幅度过大，造成重心偏后，使身体再次出现向后加速的过程，指向身体后方的Y轴方向速度再次增大，加剧了身体向后方的不稳定性。1.36s身体重心达到最低点，在肌力和软组织弹性力共同作用下，身体开始向上加速运动。由于身体重心向后运动幅度过大，使重力与地面的支持力产生力偶，造成身体向后翻倒，运动员为了维持身体平衡不得已向后跳动。
2.2 动力学分析
起跳阶段，左脚先于右脚0.16s产生压力，而左腳离开地面的同时右脚产生压力，显示运动员动作连贯性好。左脚足底压力分布显示，足底跟部首先着地，产生冲击力，形成冲击波形，最大冲击力为1204.7N，随着压力滚动变化，压力主要分布于左脚前部内侧第一、二、三脚趾及跖骨处，最大压力为908.6N。左脚的整个压力变化过程明显体现了制动和支撑两个过程，制动过程是身体水平方向动能转化为弹性势能储存在身体软组织当中，支撑过程则以左脚着地点为支点，使身体围绕左脚着地点发生转动，从而产生转动能量。
右脚足底前部外侧首先着地，逐渐过渡至足底前部中间部分，然后是足底前部内侧，在过渡到足底前部内侧的同时压力滚动至足底中后部，形成整个右脚压力分布的最大值1137.1N，经过最大压力值后，压力主要分布在足底前部内侧，第一、二、三脚趾及跖骨处，直至右脚离地，足底压力消失。右脚的足底压力变化过程充分体现了右脚着地时内扣的特点，右脚由外至内的滚动过程，很好地将左脚制动过程产生的身体的弹性势能转化为垂直向上的动能，同时通过右脚内侧的蹬伸进一步加大了身体转动的能量，提高了转体的速度。
落地阶段，左右脚几乎同时记录到数据，右脚仅先于左脚0.014s。右脚足跟部内侧首先落地，形成明显冲击波形，冲击力最大值为1673.3N，继而压力中心向足跟内侧移动，足底压力主要分布于足跟部内侧，足底其他部分压力不明显，直到右脚再次离开地面。右脚再次落地后，足底压力依然是主要分布在足跟部内侧。
双脚在落地后压力中心迅速滚动至足底前部，而后随身体运动缓慢移动至足跟部。右脚主要是足跟部受到压力作用，而左脚足底内侧受到压力作用，说明在落地过程中，右脚主要起到缓冲和支撑作用，而左脚主要起到平衡转体力矩的作用。
3 结语
旋风脚720°接马步动作起跳阶段，体现了运动员踝关节出色的稳定性和整个动作的连贯性。踝关节稳定性是制动效果的保证，提高运动动员踝关节稳定性，增强踝关节周围肌肉力量，能够有效提高运动员起跳速度和腾空高度。旋风脚720°接马步动作落地阶段，运动员应于双脚触地前调动全身肌肉进入紧张状态，从而有效地进行缓冲，并能够及时地调整重心运动方向，保证动作的成功完成。
参考文献
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