浅析运动生物力学在田径技术中的应用
摘要：现代科学技术水平迅速发展，体育运动技术水平的不断提高，运动生物力学的研究取得了长足的进展。在体育运动中它着重研究各项具体动作技术的力学原理，并在教学训练和比赛中加以灵活运用，具有很强的理论性和实践性。目前，运动生物力学在田径的各项技术研究中被广泛地应用，它在提高运动水平、促进动作创新、防治运动伤病等方面发挥出越来越重要的作用。
关键词：运动生物力学；田径技术；应用
中图分类号：g632 文献标识码：a
文章编号：1009—0118（2012）10—0285—02
一、运动中生物力学应用现状
现代运动生物力学的研究方法向准确化、同步化、模型化和电脑化方面迈进了一大步。它与其他学科的研究方法相比有它自己的特点，它主要通过摄影、录像并结合影像解析软件，获得人体运动学参数，在实验条件下还可以与三维测力台相结合，利用同步技术，取得与之相应的动力学参数。从运动学与动力学两方面进行分析比较，探索运动技术的原理及运动规律，为评价动作技术的合理性、设计新的训练手段改善运动技术动作、提高运动成绩提供理论依据。有调查表明，有关体育与动技术动作分析与诊断的与运动生物力学研究文章中，关于田径的占45%，形成这种格局一方面是，由于田径运动项目自身的特点，它以两维运动形式为主，动作形式规范，且为非对抗性，便于采集研究中所需的各种参数；另一方面，
运动生物力学的科研人员已在田径等项目领域进行了大量的研究，打开了局面，在这一领域培养了一大批年轻的科研人员。
二、运动学测试方法在田径技术研究中的应用
运动学测量的主要方法是高速摄影和录像。这是一种非接触性的定量测量方法，在不影响训练和比赛，不给运动员增加任何负担的情况下，即可通过对运动技术影片的测量，获得人体运动学参数。通过对这些参数的分析，可以发现运动员运动过程中的优缺点，探索运动技术原理及运动规律，为改善运动训练，提高运动成绩提供依据。因此，这一方法在田径技术研究中被广泛应用。
田径运动技术包括径赛项目和田赛项目两大方面。径赛项目属周期性运动，动作形式规范，且为非对抗性。因此，从运动学角度对径赛运动技术进行诊断多数采用二维摄影或录像，要求在跑道旁设置若干个标志物作为参考系，用1台或多台摄影机或录像机在运动员身体侧面定点摄下连续运动的影片，也可用1台机器进行扫描摄影或录像获得影片，但要求每张影片中必须含有两个标志物。必要时在一次研究中可以同时使用定点和扫描两种形式获得影片。得到影片后，通过解析获得y—z平面内的运动学参数，从而对技术动作进行分析、诊断。如上海体科所冯敦寿等人采用二维定点摄影方法对王军霞、曲云霞3000m跑破世界记录的技术动作进行分析，找出其技术特点。又如有人为了研究奥运冠军刘翔的跨栏技术，使用一台摄影机对110m栏的第九栏进行正侧面定点摄像，使用另一台摄像机进行全程跟踪摄影，巧妙地将定点和扫描两种摄影方法结合
起来，获得有效数据。
田赛项目属非周期性运动，多数技术都包含转体或变向的动作，对这类技术进行诊断，首先需要对拍摄场地进行标定，然后用2架或2架以上摄影机或录像机在运动员身体前面（或后面）、侧面进行三维同步摄影或录像，从身体前面摄下的连续动作影片上，能解析出x——z平面内的运动学参数，从身体侧面摄下的连续动作影片上能解析出y——z平面内的运动学参数。然后从两套影片中计算人体各点的空间坐标，进而求出他们的三维运动学参数。在实际运用三维同步摄影或录像时，应根据项目的特点灵活的放置摄影机，有针对性的解决问题。如北京体育大学张英波等采用2台高速摄影机对铁饼最后用力技术进行定点同步拍摄，一台侧拍，另一台俯拍获得三维数据，对动作技术进行分析；绍兴文理学院陈洁敏等人为了在分析动作技术时能够观察到三级跳远动作的整个路线是
否在一条直线上，他们在比赛场地用2台同步高速摄影机，一台摄影机位于距助跑道右侧20m处，另一台投摄影机位于沙坑尽头，进行实地拍摄，获得影片。在对个别的田赛项目技术动作进行研究时，可以使用二维摄影或录像的方法获得影片，加以分析。
随着生物力学标定方法的发展，现在已经能对较大范围的空间进行三维分析。艾康伟已经用三维同步摄影对体操中的自由体操动作进行了三维分析，不久的将来田径中的占有较大范围空间的技术动作也可以用三维同步摄影的方法来分析动作。无论是二维还是三维的摄影或录像，通常要求拍摄频率达到一定的水平，也就是进行高
速摄影或录像，然后在低速下放映影片，相当于将时间拉长，这样原来无法看清的快速动作细节将一览无余，为进一步分析研究提供了可能。
用影片解析的研究方法，从影片中可以得到人体重心位置、位移、速度、加速度、各关节角度、角位移、角速度等一系列运动学参数。采用爱捷录像分析系统，能将图像和数据及曲线融为一体，并以快速反馈的形式直接将结果展现出来。
录像分析系统提供数据量化指标，为田径运动的运动学研究构成分析、评价和指导体系，可以对训练侧重点和技术动作分析直接起指导作用，还可以直接或间接地评价某些体能参数，如做功、耐力等。对于教练员、运动员能想到但仅凭感官不能证实的技术问题，往往可以利用录像分析系统简单、明确地加以解决。同时，可用画面演示功能，实现对各运动员运动技术的比较分析和评价。
三、力学测试方法在田径运动技术研究中的应用
肌肉力学的研究属于基础研究，它是目前运动生物力学中最具有吸引力、最有挑战性的研究领域。人体的运动是以骨为杠杆、关节为枢纽、肌肉为动力产生的。通过对运动员肌肉力量指标的测定，才能了解运动员身体各环节的活动能力和力量素质的发展水平，为运动训练提供理论依据。
目前，对田径运动的动力学测试方法一般是使用cybex测试系统。该系统主要由两部分组成：一是操作系统，它可使肢体在预定运动速度下进行肌肉力量测试；二是电脑处理系统，它能记录不同速度
下、不同关节运动范围内的某个关节的一组对抗肌群的肌肉力量、爆发力、耐力、功率值，伸、屈肌发挥最大力量时所处的关节角度、伸、屈肌的力量比例，两侧肢全同名肌的力量差值，肌肉力量与体重关系等一系列数据，这些数据的收集对于科学选材和训练的指导及基础理论的研究等均具有非常重要的意义。该系统之所以被广泛应用，还因为该仪器具有标准砝码进行定期机外校准（零点漂移），以确保测试数据准确的功能。cybex测试系统可以安全、高效、直接地把运动员的运动能力分解为单关节加以评价，通过屏幕显示曲线和数据，运动员可以清楚了解自己的力量情况如何，有利于他们接受和配合教练员的训练安排。另外，还可以通过电脑存储数据进行追踪观察和建立数据库，为寻求运动员个体肌力的规律性提供依据。
当今，国际上对运动员通过使用兴奋剂来提高运动成绩的手段给予严厉制裁，越来越多的教练员开始重视运动生物力学专项力量训练。因此，运动生物力学在今后的田径技术研究中将会发挥越来越重要的作用。
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