蘇美華陳 平

（1.漳州師范學院體育系 漳州 363000 2.呂梁學院體育系 呂梁 033000）

楊亞紅跳馬側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°運動學分析*

蘇美華1陳 平2

（1.漳州師范學院體育系 漳州 363000 2.呂梁學院體育系 呂梁 033000）

通過采用運動學等研究方法，揭示我國女子優(yōu)秀體操運動員楊亞紅完成的側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°的高難度動作的運動學規(guī)律和技術特點，發(fā)展此類動作對提高我國女子跳馬技術水平有重要的現(xiàn)實意義。

競技體操；女子；跳馬；側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°；運動學

1 前言

我國的女子跳馬一直以來就是女子競技體操的落后項目，1996年以前在世界體操三大賽中一直與獎牌無緣，近幾年有些起色，但始終未取得突破性的進展，整體實力與世界跳馬強國相比還有相當大的差距。比如1999年天津世界體操錦標賽上，我國沒有運動員進入女子跳馬單項決賽。2000年奧運會我國女子奪得團體第三名，總分與團體第一名羅馬尼亞、第二名俄羅斯非常接近，分別輸0.6分和0.395分。而跳馬一項就輸羅馬尼亞0.388分，輸俄羅斯0.532分。如果跳馬團體總分上去了，我國女隊就能奪得團體第二名。以上充分說明女子跳馬已經(jīng)嚴重阻礙我國女隊向世界團體冠軍沖擊，也就是說，如果跳馬成績上去了，我國女子體操離世界團體冠軍就不遠了。

當前女子跳馬發(fā)展趨勢主要集中在三種類型動作上，即前手翻類、踺子類及跳轉180度類。從第34屆世界體操錦標賽與2000年奧運會的跳馬單項決賽可以看出，參加第34屆世界體操錦標賽女子跳馬決賽的八名運動員中，就有六名運動員跳跳轉180度類的動作，而參加2000年奧運會女子跳馬決賽的八名運動員中，有五名運動員跳此類動作，占兩次單項總人數(shù)的 35.48%，僅次于踺子類動作，這說明這類動作將有很大的發(fā)展前景。

因此要想提高我國女子跳馬的整體水平，就必須應世界發(fā)展潮流，大力加強側手翻類動作（女子原為跳轉180度類動作）。北京體操隊楊亞紅，首次采用了側手翻直體側空翻轉體630度（直體笠松360度）動作。并且在第九屆全運會上獲得了女子跳馬第一名的優(yōu)異成績。此后，她在湖北仙桃國際體操邀請賽上，做了難度更大的側手翻轉體 90°直體后空翻轉體720°。目前為止，還沒有人用三維影像分析技術研究過女子側手翻直體后空翻轉體類動作。因此，研究該動作的技術規(guī)律和技術特點，分析該動作的運動學參數(shù)，對進一步改進和普及該動作，提高完成該動作的成功率和我國女子跳馬技術水平有著重要的現(xiàn)實意義。

2 研究方法

2.1 研究對象

楊亞紅，國家體操集訓隊隊員，身高1.38m，體重31kg。

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料調研

為論證本課題的研究價值及國內外研究現(xiàn)狀，于中國期刊網(wǎng)﹑中國體操網(wǎng)﹑萬方數(shù)據(jù)庫進行了資料檢索，查閱了近十年的國內核心期刊，閱讀了有關文獻資料十余篇。目前還沒有人用三維影像分析技術研究過女子側手翻轉體 90°直體后空翻轉體720°動作。

2.2.2 錄像分析

2004年10月10日，在湖北仙桃國際體操邀請賽上，用兩臺JVC GR-DVL9800攝像機拍攝了楊亞紅跳馬比賽的全套動作。其中一臺攝像機主光軸正對著跳馬正側面，一臺放置于跑道外右側前方，兩臺攝像機主光軸夾角120°，如圖1所示。

2.2.3 圖象解析

用ARIEL運動解析軟件裁剪出楊亞紅側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°的完整動作。采用扎齊奧爾斯基人體模型。進行數(shù)字化分析時，分別計算膝關節(jié)角，即踝關節(jié)轉動中心與膝關節(jié)轉動中心的連線和膝關節(jié)轉動中心與髖關節(jié)轉動中心的連線之間的夾角；髖關節(jié)角，即膝關節(jié)轉動中心與髖關節(jié)轉動中心的連線和髖關節(jié)轉動中心與肩關節(jié)轉動中心的連線之間的夾角；肩關節(jié)角，即髖關節(jié)轉動中心與肩關節(jié)轉動中心的連線和肩關節(jié)轉動中心與肘關節(jié)轉動中心的連線之間的夾角。上板角，即上板瞬間重心和雙腳著力點連線與水平面后夾角；蹬離角，即蹬離瞬間重心和雙腳著力點連線與水平面前夾角。撐馬角：左手撐馬瞬間重心和手著力點連線與馬水平面后夾角；推離角：右手離馬瞬間重心和手著力點連線與馬水平面后夾角。設跳馬最高邊緣中點為原點；.從外向內為X方向；從右向左為Y方向；從下向上為Z方向。

3 結果與分析

跳馬動作由助跑﹑上板﹑踏跳﹑第1騰空﹑推手﹑第2騰空等7個階段組成。由于拍攝條件的限制，本文重點研究踏跳（觸板瞬間-離板瞬間）﹑第1騰空（離板瞬間-撐馬瞬間）﹑推手﹑第2騰空（推離馬瞬間-落地瞬間）4個關鍵的技術環(huán)節(jié)。其身體重心軌跡圖，如圖2所示。

圖2 楊亞紅完成整個動作身體重心軌跡圖

3.1 踏跳技術分析

踏跳技術主要是使身體獲得向上的騰空高度和向前翻轉速度。它是將身體向前水平速度轉化為向上垂直速度的重要轉換器，是運動員騰越器械以及加快身體翻轉的一個不可缺少的動力。踏跳階段是從兩腳觸板至離板的運動過程。踏跳技術完成的好壞首先與前面的助跑和上板技術完成的好壞有直接關系，尤其是與助跑﹑上板技術完成的好壞有直接關系。據(jù)測算，楊亞紅上板過程最大的瞬時速度為7.63m/s,這個速度能基本保證該動作的完成，但要進一步提高動作質量，還要增加助跑速度和上板速度。下面從兩腳觸板瞬間、踏跳過程和離板瞬間三個方面來分析踏跳技術。

3.1.1 兩腳觸板瞬間

兩腳觸板瞬間，身體重心位于兩腳后面，上板角為58.8°。兩肩位于肩水平部位，肩關節(jié)為 98°，下肢各關節(jié)處于彎曲狀態(tài)，髖角為 117°，膝角為 151°，踝角為101°（具體數(shù)據(jù)見表1）。從表中數(shù)據(jù)可以看出，上板角小于90°，下肢各關節(jié)保持一定的彎曲度，這就為制動性踏跳創(chuàng)造了條件。

表1 踏跳階段有關運動學參數(shù)

3.1.2 踏跳過程

踏跳過程是一個動態(tài)過程，兩腳觸板后，身體重心向前移動的過程中要快速有力地蹬腿，髖角、膝角、踝角呈增大趨勢。楊亞紅的踏跳時間短促，為0.08s。根據(jù)動量定理，在時間一定的情況下，只有增加踏跳時的作用力，使踏板形變和反彈，才能最大限度地增加動量，動量越大，獲得的垂直速度越大，踏跳效果就越好。從表1可知，離板時重心水平速度明顯減小，垂直速度明顯增加，水平速度(Y方向)由6.68m/s減小到4.43 m/s，垂直速度（Z方向）由 0.24 m/s增加到 3.69 m/s。這是踏跳過程最明顯的一個技術特點。在蹬腿的同時，兩臂前伸，肩角增大，上體前傾角也隨之增大。

3.1.3 兩腳離板瞬間

兩腳離板瞬間身體重心向前水平位移距離為0.43m，向上垂直距離為0.15m。兩腿充分伸直，直至腳尖離板，髖角167°，膝角167°，踝角104°。兩臂處于肩水平位置，肩角增大到133°。最明顯的一個特點是身體重心已越過腳支點垂線，蹬離角為 88°，使踏跳獲得的垂直分力不通過身體重心，形成了繞橫軸向前翻轉的動力。

3.2 第1騰空階段技術分析

兩腳離板至左手撐馬的運動過程為第1騰空階段。本階段主要任務是積極主動撐馬，加快身體繞橫軸的翻轉速度和繞縱軸的轉體速度。主要特征分析如下：

（1）從重心在空中移動的軌跡曲線和騰空時間來看，身體重心在第1騰空過程中是持續(xù)在上升的（見圖2）。

（2）騰空時間相對較短，重心垂直速度損失較少。楊亞紅的第1騰空飛行時間極短，為0.08s（見表2）。根據(jù)公式（t為第1騰空時間，VY為離板時重心的垂直速度， VY′為觸馬時的垂直速度），不難看出，t越小，即越早撐馬，則第1騰空過程中的垂直速度損耗就越小。楊亞紅觸馬時的垂直速度為 3.61m/s,垂直速度較大，對完成推手和第2騰空是很有利的。

（3）快速擺腿，身體的翻轉速度加快。第 1騰空的拋物線是由離板時重心得騰起角決定的，在空中人體內力不能改變重心拋物線軌跡，但是肌肉內力可以改變人體在空中的姿態(tài)，改變人體沿橫軸翻轉的速度。楊亞紅離板后，左髖角無明顯變化，而右髖角一直增大，由144°增大到162°。主要是由側手翻的運動結構導致的，由于左側面領先右側面，又作為身體繞縱軸轉體的作用支點，因此右側面需要比左面更大的速度。在髖角增大的同時踝關節(jié)速度加大，腕關節(jié)速度減小，踝關節(jié)平均速度由3.70m/s增大到8.56m/s，腕關節(jié)由7.60m/s減小到3.00m/s。（見表2）根據(jù)力學原理，上肢運動速度的減小有利于加快下肢的運動速度。這樣，使身體翻轉得到必要的高度和較理想的撐馬姿勢，為下階段的推手和第2騰空身體的轉體創(chuàng)造了條件。

表2 第1騰空的運動學參數(shù)

3.3 推手技術分析

從雙手觸馬至雙手同時推離馬的運動過程為推手階段。下面從撐馬身體位置、推手過程和推離馬身體位置三個方面來分析推手技術。

3.3.1 撐馬瞬間身體位置

楊亞紅雙手撐在離馬前端 0.90m到 1.15m的區(qū)域內（注：馬長1.20m，馬寬0.95m，高1.25m），此區(qū)域向下傾斜，有點坡度，有利于快速撐馬和增加推手的力度。兩手撐馬瞬間身體重心略高于肩水平位置，撐馬角為 29.5°，肩角為121°，髖角為139°。（見表3）從理論上說，撐馬時身體位置越高越有利于推手動作的發(fā)揮和身體的翻轉。楊亞紅的腳的位置較高，但髖關節(jié)和重心位置還不是很高，身體重心位置還有待提高。

3.3.2 推手過程

楊亞紅在完成踏跳動作后，在迅速擺腿的同時從頭肩開始迅速轉體 90°，實際上是在蹬離板瞬間已經(jīng)開始轉體，在0.16到0.20秒騰空之內積極主動撐馬，第一只手撐馬時肘關節(jié)微屈肘關節(jié)角度為170°左右，這時身體位置高于肩水平。緊接著第二只手向側下方迅猛有力頂肩推手，兩手依次撐馬，但間隔時間極短，整個推手時間較前手翻類動作長一些，推手總時間大約為0.12s。兩手依次推離馬，推離角為 87.4°，身體基本上在垂直位置上完成推手動作，因為在垂直部位推手是最有利的時機。推手頂肩越有力越充分，獲得的支撐反作用力就越大，推手的效果就越好。在推手頂肩的同時制動腿。根據(jù)動量傳遞原理，身體一部分動量減少必然導致其它部位動量增加。由于腿的速度的減少，就必然導致身體其它部位（如上體、腰）運動速度的增加。這樣能有效的增加推手后上體的翻轉速度，即推手后迅速立肩，從而增加動力支撐反作用力，獲得較好的推手效果和騰空高度。

3.3.3 推離馬瞬間

楊亞紅推離馬瞬間身體處于倒立部位，從撐馬到推離馬，身體重心向前移動0.48m，向上移動了0.36m。但身體伸直不夠，離馬時髖關節(jié)的角度仍然很大，為159°，而且肩關節(jié)有點后撤，這樣身體重心不能接近手支點的垂線位置，致使推離角較小，對身體向前翻轉的速度會造成不良的影響，特別是完成側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°這樣的高難度動作。

表3 推手階段有關的運動學參數(shù)。

3.4 第2騰空技術分析

第2騰空是評判跳馬動作質量和價值的主要依據(jù)，也是前面各動作階段的綜合結果。通過第2騰空分析，可以說明前面動作階段存在的問題，因為第2騰空的垂直速度，水平速度、垂直位移、水平位移和騰空時間等是由離馬瞬間的運動狀態(tài)決定的。楊亞紅側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°動作的第2騰空技術主要有如下特征：

⑴第2騰空動作空間和時間特征。第2騰空的高度決定著滯空的時間，是完成側手翻轉體90°直體后空翻轉體720°動作的必備條件之一，其最大高度H是由離馬時重心高度H1和絕對上升高度H2組成。H1時由離馬時的身體姿勢決定的。絕對上升高度H2時由離馬瞬間重心的垂直速度決定的。楊亞紅離馬時的重心高度為0.44m。第2騰空時間為1.00s，身體絕對上升高度為1.42m。（由表 4可見），楊亞紅在第2騰空中重心上升的絕對高度較高，這為完成高質量空中動作左了充分的準備。

⑵開始轉體的時間和轉動動力。根據(jù)楊亞紅的動作圖像和有關參數(shù)分析，楊亞紅開始轉體時間在推馬后 0.08s左右。轉體動力一是推離馬時，身體略有轉動，獲得了支撐情況下的初始轉體力矩；二是騰空后兩臂向胸腹前屈抱，減小縱軸的轉動慣量，從而加快轉體角速度。轉體開始后，肩角和肘角迅速減小，轉體到180°到360°時肩角和肘角達到最小值。此時，是兩臂屈抱的最緊的時候，這樣就縮短了身體沿縱軸轉動的半徑，有利于減小轉動慣量，加快繞縱軸轉體的角速度。為了保持身體在空中的轉體速度，楊亞紅在轉體的過程中身體始終保持比較直，兩腿并得比較緊，姿態(tài)控制較好，膝角保持在135°到164°之間，髖關節(jié)角度基本上保持在155°到165°的之間，只是在落地前髖角稍有減小，直至落地。說明在轉體的過程中沒有彎腿和屈髖的現(xiàn)象。在落地前為了減小繞縱軸的旋轉速度，為做好落地動作創(chuàng)造條件，到轉體540°時，兩臂開始打開，肘角和肩角隨之增大。

⑶第2騰空轉體角速度特征。在第2騰空動作過程中，其轉體速度是隨肩、肘角度的增減而變化。轉體0°到180°時，角速度為15.58rad/s，由180°轉到360°時角速度為16.60rad/s。當轉體到360°到540°時，平均角速度變?yōu)?14.42rad/s，可見平均角速度較小，原因是從離馬時雙臂由上舉位到胸前屈抱有個過程，身體繞縱軸轉動慣量較大。因此，轉動速度慢一些。從360°到720°時，轉動速度角度增加較大，主要是利用了前面的轉動慣性，另外，也由于她的縮身緊度加強。在轉體540°時手臂開始離開身體準備著地，縱軸轉體半徑加大，所以，最后180°的轉體角速度變小。第2騰空過程中，身體利用離馬瞬間獲得的繞額狀軸旋轉的動量距，直體向前翻轉了兩周。初始翻轉角速度比較快，中間翻轉角速度減慢，結束階段又加快，這是受轉體因素的影響。轉體角速度由慢到快，然后又減慢。從橫軸翻轉角速度與縱軸角速度比較，顯然橫軸翻轉角速度遠遠小于縱軸轉體角速度。因此加快第2騰空的轉體速度是完成該動作的主要矛盾。

表4 第2騰空有關的運動學參數(shù)

4 結論

經(jīng)過分析論證，楊亞紅完成的側手翻轉體 90°直體后空翻轉體720°的技術是成功的。結論如下：

（1）上板瞬間兩臂擺至肩水平部位，上板角為58.8°。然后經(jīng)過0.08s的快速有力的蹬跳，充分蹬直腿，垂直速度明顯增加，離板時兩臂前伸，上體前傾，重心越過腳支點垂線，上體前傾，重心越過腳支點垂線，蹬離角為 88°。兩臂位置不一樣，左手略低于前水平位置，右手略高于前水平位置，上體略有轉體動作。

（2）離板時左手積極主動撐馬，第一騰空時間較短，為0.08s。它減小了垂直速度的損失。在重心拋物線上升過程中要加速擺腿，同時轉體 90°，形成左手撐馬的側撐姿勢。

（3）推手迅速有力，推手時間為 0.12s。推手過程兩手順勢向下“扒馬”肩角繼續(xù)增大，推離前有制動雙腿的動作。雙手離馬時，身體基本處于倒立部位，推離角為 87.4°。

（4）楊亞紅第2騰空重心最高點距地面為2.67m，騰空時間為1.00s。推離馬后，然后經(jīng)過0.08s發(fā)動轉體，轉體的動力主要靠騰空后兩臂向胸腹前屈抱，減小縱軸的轉動慣量，從而加快轉體角速度。屈抱越緊轉速越快。落地前身開兩臂減緩轉速，準備落地，楊亞紅轉體角速度比繞橫軸翻轉的角速度快，分別為15.45 rad/s和9.53 rad/s。

1 徐元玉，姚俠文，紀中秋等.李小鵬、陸斌跳馬前手翻直體前空翻轉體 900°的運動學分析[J].中國體育科技,2004.40（4）:73-77

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3 姚俠文，李吉，李翠玲，等.刑傲偉跳馬側手翻直體側空翻轉體 810°的運動學分析[J].北京體育大學學報,2004.27（3）：402-404

4 吳惠明，邵金寶.跳馬踺子轉體 180°前手翻屈體前空翻動作上板技術分析[J].上海體院學報,2000.24(1);63－68

5 姚俠文.現(xiàn)代教學技術與教學訓練[M].北京：北京體育大學出版設，1993

6 俞繼英，張健.競技體操高級教程[M].北京：人民教育出版社，2000

7 徐元玉，趙蘭革，姚俠文.女子跳馬前手翻類和側手翻類動作推手技術的比較研究[J].中國體育科技,2002,38(10):28-29

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9 運動生物力學編寫組.運動生物力學[M].北京：高等教育出版社.

Kinematic analysis of Yang Hong’s vault cartwheel flip body 90 ° the backflip swivel 720 °

SU Meihua, etal.
(P.E.department, Zhang zhou normal university, Zhangzhou, Fujian, 363000, China)

This paper points out the law and technical characteristics of Yang Ya-hong's handspring sideway with 1/4 turn and salto backward stretched with twist 2/1 in horse vaulting by the method of kinematic analysis.It is significant to research this kind of motion which can promote the level of the woman horse vaulting technique in our country.

Gymnastics; Horse vaulting; Handspring sideway with 1/4 turn and salto backward stretched with twist 2/1; Kinematics

漳州師范學院2011年杰青資助項目，編號：SJ1112。

蘇美華（1983-），女，福建泉州人，博士，講師，研究方向：運動生理與體育健康促進。