计算机模拟在跳台跳水起跳技术中生物力学分析

计算机模拟在跳台跳水起跳技术中生物力学分析摘要：将体操中自由体操助跑前空翻的下摆臂、后提肘式的起跳技术，与当前跳台跳水的起跳技术(称上摆臂式起跳)进行了计算机模拟分析对比，从生物力学角度证明前者比后者能获得更大的转动能量，加大了起跳瞬间身体转动的冲量矩，对动作向多周发展有利

关键词：生物力学 跳台跳水 起跳技术

一、前言

竟技体育的目标是“更高、更快、更强”。运动员通过不断 克服自我来提高速度、力量、动作的准确性。除了刻苦的训练 之外,科学的训练方法和手段是提高运动员成绩的有效途径。提高运动技术训练科学化水平的重要前提条件就是吸收各学科最新发展成果,采用先进的测量手段进行定量研究。 信息技术或者计算机技术的广泛深人应用引起了社会的巨大变革,对运动训练和体育科学研究也带来了前所未有 的机遇,正在改变体育科学研究与训练的模式

二、研究方法与研究对象

1、研究对象河北省跳水队优秀的运动员

2、 研究方法

(1)文献资料法查阅国内外关于高台跳水起跳技术的研究现状，有关计算机模拟的相关文献

(2) 计算机仿真模拟

①以三维方式逼真模拟技术动作。 通过形象化的方式让运动员更容易、更快速地掌握技术动作要领，从而大幅度地提高运动员整体运动技能水平

②新动作设计与技术动作标准化。可以编辑、修改、设计新动作，通过该工具还可以让教练员设计出自己头脑中“理想”的动作，据此建立标准技术动作库，用于教学与(国际)裁判培训，提高比赛成绩

③技术动作分析。可以对技术动作做量化分析，并以图形方式展示分析结果。包括位移、速度、力等。在此基础上，可以对“理想”动作与运动员技术动作做深层次的分析，并给出运动员改进技术动作的指导性意见

④动作编排模拟与设计。从模拟的单个技术动作中，教练可以挑选出需要编排的候选动作，系统将按照教练的意愿模拟编排结果，教练员可以从各种编排结果中挑选最优的编排，从而辅助教练确定方案

三、分析与讨论

我国跳台跳水技术在世界上已居前列，在重大的国际比赛中我国选手多次获得金牌。跳水技术的发挥是多方面的，其中起跳技术是整个跳水技术的关键。在动作多周翻腾的方向上发展的今天起跳技术，大有改进的潜力。当前国内外选手在跳台跳水动作的起跳技术上都采用助跑2～3步单脚起跳、双脚落地制动缓冲，同时两臂上举，向后弯屈小臂，在蹬地同时两小臂快速向上摆动以增大蹬踏力使身体沿一弧线跃起的技术动作(简称上摆臂式起跳技术)

设定人体质量不变(同一个人)，在动作技术过程中，水平助跑速度相同，下肢制动缓冲速度也相同，上肢摆动小臂的速度不一样(取上肢重心移动速度的平均值计算)。起跳瞬间身体躯干姿态相同，用体操中的下摆臂起跳技术来模拟跳水的起跳技术

良好的起跳技术主要是为获得较大的垂直起跳力和绕身体重心的转动力矩，从而保证有较长的滞空时间和翻转角速度

下摆臂式起跳优于上摆臂式起跳的主要原因是：上摆臂动作主要是小臂在摆动，因此上升距离(小臂重心移动)小，参予摆动的质量也小。而下摆臂动作是上肢进行摆动，蹬伸期间整个上肢重心摆动距离大，参予摆动的质量也大，从而获得较大的蹬踏力。一个高难度旋转动作的优劣，与身体腾空高度相关甚大，蹬踏力越大，腾空越高，腾空时间就越长，就越能保证运动员在该段时间内完成动作

摆动臂对人体重心的力臂――取起跳瞬间相邻图片两小臂重心连线至总重心距离

人体总质量为50 kg、蹬伸阶段重心位移0.3 m、蹬伸时间0.2 s

从技术要点分析我们把蹬踏力定义为沿脚、髋关节连线方向上行下摆臂式起跳动作蹬踏力偏后，而上摆臂式则偏前，与水平夹角分别为75°86，前者更有利于制动。从表1中看出下摆臂式的起跳比上摆臂式起跳技术能获得更大的转动力矩，当踏跳时间相同时将获得更大的冲量矩。另外上摆臂式起跳动作由于两臂上举人体质量分布距人体质心较远，起跳瞬间的转动惯量大于下摆臂式起跳的转动惯量。根据动量矩定理(MΔt=I2ω2-I1ω1)，当冲量矩不变时，转动惯量大的角速度必然小，也进一步证明了上摆臂式起跳技术不利于获得较大的转动角速度

总结

力学分析计算证明下摆臂提肘式的助跑前空翻起跳技术比上摆臂式起跳技术能获得更大的前翻冲量矩，对发展向前的多周翻腾动作有利。跳台跳水动作向多周翻腾发展难度时(109C、109B)建议采用下摆臂后提肘式的起跳技术为宜

参考文献：

[1]丁海曙，等. 人体运动信息检测与处理. 北京宇航出版社，第1版，1992年7月

[2]国家体委科研所生物力学组. 中国亚运会巴赛罗那奥运会跳水运动员参数测试评估. 中国体育科技，1997年7月

[3]袁晋纯. 运动生物力学研究方法. 广州体院出版社，1984

[4]国家体委. 竞技体操竞赛规