人体鞭打技术动作的生物力学特点

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论文摘要

  人体鞭打动作在体育运动技术中举足轻重的作用,与此同时,鞭打动作的技术含量和动作难度是所有体育基本技术动作中最复杂的一种方式.人体的鞭打动作几乎渗透到各项体育运动技术动作中.所有的投掷项目无一例外的都与鞭打技术有关,如:标枪、棒球和垒球,其中标枪的鞭打技术最为复杂;再如排球的扣球、乒乓球、羽毛球及网球的扣杀动作,无一例外首先要解决好鞭打的技术,足球运动员的大力踢球;散打中的鞭腿;游泳中的打水,以及体操中的腿鞭打都与鞭打技术有关.

  因此,无论是体育教师还是教练员全面正确深刻地理解人体鞭打技术,对于提高学生的运动技术水平和提高运动员的成绩都具有非常重要的意义.本文从运动生物力学的角度进一步全面准确系统的分析了:人体鞭打技术动作的生物力学特征及特点,希望体育专业的同学有所帮助,也希望对全国的广大体育工作者、中小学体育教师、教练员有所帮助.

  1、鞭打的力学理论基础

  人体鞭打动作的理论基础是动量及动量矩的传递,“通过环节间的动量距,角动量的传递和转移最终实现了人体终端最大动量的获得”.当然除了人体环节间的动量矩传递以外,人体环节间肢体的发力即肌力对鞭打效果也起着致关重要的作用.人体的鞭打动作是不断产生新的动量距的过程,无论是动量矩的传递.

  还是新的冲量矩的产生,都是通过肢体由近端环节到远端环节的依次加速与适时制动实现的.即每个环节的最大线速度与角速度都是在前一个环节达到最大速度获得的.最终人体各环节的速度不断地增加与积累.与此同时近端环节制动的同时,远端做加速运动.人体新的冲量矩的不断产生是实现人体的动量矩传递与转移的根本原因.近端肌肉的收缩力F产生肌力矩,使近端环节产生角加速度.鞭打中最终决定近端环节获得最大动量的要素有四点:1)动量的传递与转移;2)不断加速的原动肌;3)冲量矩与动量矩的逐步积累;4)角速度与线速度的依次叠加.鞭打中动量矩传递的好坏关键是肢体近端环节的适时制动.相邻环节间的肌肉的收缩力,能够使环节的动量矩得到进一步的增加.

  2 、人体鞭打中肌肉的预先拉长原理

  在完成鞭打动作时,人体环节通常先向相反方向运动.反向运动能够使肢体预先拉长肌肉,这一动作有两个重要作用:一方面有利于原动肌充分拉长使其处于一个最适的初长度,可提高后续肌肉收缩的爆发式收缩力;另一方面,可延长力的作用距离,这对于完成鞭打动作的肢体获得较大的动能有着十分重要的意义.

  2.1通过鞭打可提高肌肉爆发式的收缩力

  所谓超等长收缩就是肌肉先进行离心收缩紧接着转为向心收缩的工作形式,通常称为“拉长一缩矩”周期肌肉的预先拉长,能够使其处在于一个最适的初长度的范围内,通过肌肉的超等长收缩的训练可以提高肌肉的爆发式收缩的能力.肌肉的超等长收缩之所以能够爆发出强大的力量主要取决于两个主要原因:1)当肌肉离心式收缩时产生并储存了一定的弹性势能;当肌肉由离心收缩转向向心收缩时,储存的弹性被再利用.2)人体大脑运动神经中枢对肌肉反射性的调控作用.

  弹性势能的产生取决于肌肉牵拉的长度和速度,而不仅仅是由长度决定的.肌肉由离心收缩转向向心收缩的耦联时间,这一时间的长短是决定弹性势能否被很好地再利用的关键因素.因此,运动员通过长期的超等长训练主要提高以下方面的能力:1)充分发展了肌肉弹性势能的产生、储存与转换及再释放的能力;2)提高了人体运动中枢神经对“拉长———收缩”周期的反射性调控能力;3)提高了人体的反射能力;4)提高了肌肉在中枢神经支配下,肌肉发力顺序正确而有力的能力.因此决定一个鞭打动作质量好坏的三个关键因素是:1)肌肉的牵拉长度;2)肌肉的牵拉速度;3)肌肉由离心收缩转向向心收缩的耦联时间.

  2.2延长肌力的作用距离

  通过长肌力的作用距离,最大限度地提高终端环节的速度.通过反向运动.使肌肉得到预先拉长.延长肌力的作用距离就是增加弹性势能储存,无形中增加了终端环节的动能.从冲量定律中可以看出,要想增加动量,最好的办法就是增加肌力.在运动过程中,增加肌力和延长肌力的作用时间常常是矛盾的,其原因是在于肌肉收缩的力量和速度呈非线性的反比关系,即力量的增大以速度的减小为代价,因此,在技术上通常采取的方法是:在保证发挥肌肉最大力量的同时,通过延长肌力的工作距离来延长肌力的作用时间.

  3、人体鞭打中关节肌肉活动顺序原理

  人体鞭打中肌肉的活动顺序表现出一定的时序性.

  通常情况下.一般由大肌群先活动,遵循近端先于远端的原理.这样确保近端环节肌肉在收缩前的适度拉长.在鞭打过程中,小关节的作用不可忽视,因为小关节具有一定的定向作用.小关节运动的质量直接影响到动作的速度和质量.例如,投掷标枪最后出手瞬间,屈腕、屈指“拨”的动作,除了增加标枪的初速度,还可以加快标枪绕纵轴旋转的速度,保证飞行过程中的稳定性.

  4、上肢鞭打动作的生物力学分析

  4.1在上肢鞭打中,力的曲线呈现出规律性的变化

  首先人体上肢环节的反向运动使肢体的肌肉预先拉长,紧接着肌肉由离心收缩转向向心收缩,力的曲线出现了第一次波峰,由于躯杆的制动和身体的另一部分的固定,使力的曲线出现了一个小小的波谷,最后在鞭打动作即将结束时,力的曲线出现了第二次波峰达最大值.

  4.2人体各环节的曲线图,呈现出规律性的变化

  肩关节首先出现速度峰值接着开始减速,肘关节出现速度峰值接着开始减速,最后腕关节出现速度峰值,以上说明鞭打动作的一个特点,即每一个环节最大运动速度是在前一个环节达到最大速度后获得的.近端环节制动的同时远端环节做加速运动,远端环节速度是由近端环节动量传递和速度依次叠加而成的,使远端获得最大的角速度和线速度.当然,动量传递只是肢体鞭打动作快速有力的一个方面,在这一过程中,使远端环节在鞭打方向上加速的原动肌也发挥着较大的作用.肢体各关节依次发力,使各环节的动量逐步积累,末端环节(手或足)的运动速度是由其各近侧环节的运动速度的依次叠加而成,这是另一个重要方面.

  排球的扣球、发球等均为上肢打击性鞭打中的无器械鞭打动作形式.打击性鞭打动作,其运动规律与投掷性鞭打动作相仿.其特点是在做动作之前,各关节的肌肉更加放松被拉长,以保证肢体完成鞭打动作的速度和幅度.

  5、结论

  鞭打中动量矩的传递与转移是关键,肢体的各环节依次发力,使各环节产生新的冲量矩依次叠加而成.与此同时,相邻环节间的肌肉的收缩力能够使环节的动量矩,得到进一步的增加.鞭打动作中,肢体的反向动作,给原动肌一个最适宜的初长度,同时也提高了原动的爆发式收缩力,尽可能延长了肌力工作距离.鞭打过程中,各环节的依次加速与制动,最终近端获得最大的角速度与线速度.鞭打效果的好坏,不仅与动量的传递有关,而且与原动肌加速有关,同时与动量的逐步积累和依次叠加有着密切关系.

  6、建议

  人体鞭打中最突出的特点是人体肌群的超等长收缩,肌群的超等长收缩的训练几乎是每个体育运动项目都离不开的训练内容.而深入研究超等长的实质也是每个教练员必做的功课之一.从运动生物力学的角度建议教练员在超等长训练的过程中把握两点原则:1)在训练的过程中,尽可能充分挖掘和发展运动员肌肉弹性势能的产生,储备与转换及再释放的潜在能力.2)教练员在训练中,要特别注意强化提高提高运动员人脑运动神经中枢对“拉长———收缩”这一周期反射的调控作用.如何让运动员建立一个较快的牵反射能力,从而肌肉形成正确有力的发力顺序,这是每个教练员必须研究的课题.

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