运动生物力学在课余田径运动训练中的应用

张愉 胡龙威 张彦龙

(牡丹江师范学院 黑龙江牡丹江 157000)

1 研究目的

田径比赛分为径赛项目和田赛项目，其中在校园训练中，短跑、跳远是常见项目[1]。不同训练阶段有不同的训练目标，训练初期主要是培养兴趣，该文主要研究的是大学期间课余体育训练中短跑、跳远的生物力学的应用，通过研究，总结出田径训练中涉及的生物力学知识，在课余训练中运用生物力学知识促进学生对田径运动技术动作的理解，从而提高成绩。

2 研究方法

通过知网、书籍查阅有关体育训练和教学中运用到的生物力学知识。

3 结果与分析

3.1 课余训练中生物力学应用的重要性

运动生物力学的应用贯穿于学生体育活动中的每个动作，对身体的锻炼、体育训练和体育教学有重要作用。体育教师应熟练掌握有关训练的知识，不能只会运动项目的技术动作，要熟悉运动生物力学的概念、原理、生物力学和人体运动的相互关系，以及对人体运动时关节的受力和肌肉伸展、收缩状态等的理解。只有教师了解动作要领、原理、训练的相关知识及训练中可能出现的问题，才能在学生训练时发现问题，从而解决训练过程中遇到的难题，进而提高运动成绩。在田径训练过程中结合运动生物力学的知识，不仅能够增强学生的体质，提高理解思考能力，塑造良好身体形态、还能使教学过程更为丰富，让学生能够对技术掌握得更快。因此，运动生物力学在体育教学和体育训练中起到了不可替代的作用[2]。

3.2 短跑训练中生物力学的应用

短跑是学校运动会比赛的热门项目，比赛前很多教师会根据参赛者的体型来判断参赛者是否跑得快，认为大腿肌肉发达的人更有力量，会跑得更快，在锻炼时也着重训练大腿的肌肉群，但比赛的成绩并不理想。很多学者根据肌肉的不同形态和功能以及肌肉力量和速度的关系，研究出短跑速度快的理论机制。在奔跑时可将人体看作是有支点的无实体轴转动，奔跑的速率为步频和步速的乘积，要想提高成绩，可以加大步长，提高步频。不要以定向思维认为身高矮的学生奔跑速度较慢，若其掌握了技巧也可使成绩很快提高。

3.2.1 起跑前准备活动

无论进行何种运动，训练前的准备活动一定要组织好。在短跑训练中，不仅要进行基础的准备活动，还要进行短跑训练的专门性准备活动，如压腿牵拉腿部肌肉、脚尖点地转动足部、双手叉腰转动腰部等。这样才能在短跑训练中减少肌肉拉伤等风险，也有利于训练效果的提升。肌肉拉伸运动可以在很大程度上避免运动损伤，加速周身的血液循环，提高呼吸系统在大强度训练前的适应能力，增加肌肉牵拉力，还可以使训练时的动作更规范，同时也能缓解运动训练后肌肉的酸痛感[3]，缓解运动后的疲劳。若不进行准备活动，较为安静的身体突然进行大量的活动，会使心脏、肌肉、骨骼受到损伤，久而久之会使身体机能下降。

3.2.2 起跑姿势训练的生物力学应用

在比赛中可以看到，在奔跑的准备阶段有人处于下蹲姿势（双脚分别一前一后踩后面的踏板，双手撑在两边，而另一部分人则是弓步站立的姿势，在大型比赛如奥运会中，短跑、跨栏等起步姿势都是下蹲姿势。蹲式起跑能够使身体快速摆脱静止的状态，不仅是向前冲的一瞬间有很大的速度，而且也为起跑后的加速提供有利帮助。在后腿蹬离起跑器并结束前摆后，上身尽量下压靠近地面，为腾空的一瞬间储存势能。短跑运动员的后脚与起跑器之间处于适当角度（60°～40°）可增大加速度[4]，前腿迈出时，着地点应尽可能地靠近身体重心的投影点，使脚着地后马上进入后蹬阶段。如果第一步太靠前，重心还在后面，要移动到前面需要很大的力量，会减慢起跑速度；如果太靠后，刚起身的一瞬间身体还有较大惯性，如果第一步靠后，双脚间距太短，稳定性减小，会有摔倒的危险。前腿在离开跑器后，迅速以最大力屈膝向前。

3.2.3 摆动腿训练的生物力学应用

用力腾空后，身体开始直立，支撑腿从屈曲状态脱离，膝关节从屈曲状态开始伸直，人体重心则会以很快的速度向上方移动。摆动腿要随着支撑腿的运动而运动，如果单靠摆动腿的力量向前摆动，则达不到较好的效果，要充分、合理地利用地面对支撑腿的反作用力，利用膝关节和髋关节灵活性的特点，使摆动腿摆动到最大程度。在摆动时要注意以下问题。第一，在保持高频率步频的前提下，摆动腿需要做最大幅度的转动。这样既可以保证步频，又可以保证步长；第二，最大限度增加摆动半径，目的在于提高转动惯量，使支撑腿在后蹬阶段时能有较大的力量发力蹬地；增加摆动半径就是髋关节和膝关节尽量伸展，有学生在跑步过程中为了单纯追求速度，髋关节和膝关节伸展不充分，很容易累，成绩还不理想；第三，摆动时摆动腿膝关节应优先摆动，用足够大的力量向正前上方尽力抬高，使大腿和地面保持平行。大腿的抬高能增加摆动腿向下摆动时的势能，脚落地时又能增加较大的反作用力和弹力，后蹬更有力量；第四，身体上部分保持与地面垂直的状态，可以给髋关节以足够的运动空间，还能保持胸廓不受挤压，使呼吸能够畅快，为身体持续、快速供氧。同时两臂前后摆动，转动惯量的增加，会使向前的力量增大。且两只脚的着地点要在一条直线上，能够减小髋关节不必要的外展，使髋关节的力量集中在向前的发力上；第五，因膝关节最先做主动动作与发力，髋关节有一定的缓冲，能够使髂腰肌在近端固定下快速收缩，如果单靠大腿肌肉发力，力量较小，与膝关节发力相结合能够加快大腿向前的摆动速度[5]。

综上所述，要想获得较快的向前水平移动速度，必须拥有合理的向前水平推力，即支撑腿在蹬离地面时，地面对人的反作用力。摆动腿的摆动是否合理在很大程度上决定后蹬效果, 因此摆动腿的摆动技术对速度有着非常重要的作用[6]。

3.3 跳远训练的生物力学应用

跳远又名急行跳远，属于田径运动跳跃类项目，由助跑、起跳、腾空和落地等动作组合构成。在训练跳远时，不要单一训练起跳，其他各部分内容也要训练，跳远选手沿直线助跑一段距离后，在起跳板前沿线后起跳，经腾空阶段后，将双足在沙坑落下的第一个脚印作为最远点，通过测量起跳点到落脚点的距离来决定名次。之前人们认为身高高的选手跳得远，因为腿比较长，可能会增加距离，但实则不然，跳远看的是起跳的一瞬间所做的动作是否有利于远跳。

3.3.1 起跳前动作中的生物力学的应用

研究方法，起跳时的起跳初速度和起跳的角度是影响运动成绩的重要因素, 在训练时要着重训练这两部分内容，让身体形成记忆，这两个因素是跳远的起跳阶段中最重要的因素。助跑可以增加整个身体的速度，速度越快，才能在起跳时更好地增加速度。当助跑结束后，起跳脚在支撑点时突然受到制动, 此时人体就会绕制动点的轴而发生转动，双脚着地不动，踝关节、膝关节、髋关节都开始发生转动。人体绕制动点转动效果的好坏，与双脚着地时的稳定性密切相关。如果稳定性差，很可能会因为助跑时惯性过大而发生摔倒，甚至扭伤。人体的踝关节是由上下两块骨组成的梯形活动结构，直立时上下两块骨相互契合，踮脚尖时两块骨中间会有缝隙，稳定性减小，容易扭伤。为了提高着板时的稳定度, 运动员着板时需要脚跟首先接触地面并迅速转动，这样就增大了脚和地面的接触面积，减小了惯性带来冲撞力，从而减小脚部的损伤[7]。

3.3.2 起跳时摆动姿势的生物力学特性

在助跑后起跳点制动，身体获得较大能量，但能量远远不够，还需要双臂的摆动。摆动动作在跳远中有很重要的作用，起跳时的摆动动作能明显提高重心的相对高度及垂直速度，增加起跳力和起跳速度，在起跳阶段中摆动腿及摆动臂的摆动角速度大致经历增加—最大—减小3个阶段[8]。当起跳腿进行踏跳动作时，身体的摆动环节将进行加速摆动，摆动环节的竖直加速度呈规律性变化。以脚为支点，双臂的摆动也能加大身体的转动惯量，使身体在起跳时有更大的力量。在起跳缓冲阶段，加速度值急剧增加，并在最大缓冲时刻能够达到最大值，踏跳蹬伸阶段，摆动环节的加速度值开始减少。双脚离开地面时向上跳跃有一个腾起角，理论上的要求是腾起角在45°时，能够获得最佳的跳远成绩。在训练时，有意训练学生的腾起角，可以通过参照物的方法让学生不断试验，逐步找到感觉，形成肌肉记忆。

综上所述，要想取得跳远的好成绩，必须要有合理的起跳力、起跳角度和摆动动作相互配合。如果尝试没有摆动动作起跳，可以明显看到跳远的距离很短，如果起跳时身体过高或过低也不会有好的成绩。

3.4 投掷训练的生物力学应用

铅球是一项重器械投掷项目，是速度与力量的考验。优秀的成绩主要取决于推球的最后用力阶段。出手速度、出手角度和出手高度是影响铅球运动成绩的三要素[9]。铅球的出手速度越大，铅球的运动距离就相应越大，出手之前需要有向前滑步的动作，滑步动作可增大铅球的出手的初速度。出手角度理论上为45°，但也要因人而异。优秀运动员出手高度最大可达2.20m，这与运动员的身高、体重、臂长、肌肉募集等有关。在铅球运动中，合理利用惯性可以发挥出更好的优势。左脚接触地面用力瞬间运动员右脚立即用力蹬转，同时需要完成屈膝向投掷方向蹬转。此过程中，运动员身体、铅球和运动方向的一致，可最大发挥所有肌肉的募集作用。

掷铁饼同样也是机械投掷项目，对力量与速度有要求，对速度的要求主要为角速度，旋转效果是影响铁饼投掷成绩的主要因素[10]。在旋转半径固定的情况下，角动量越大，出手速度越快，投掷越远。在投掷规程中，需要稳定旋转手臂，以防速度流失[11]。

4 结语

在田径运动训练中，运用生物力学知识进行训练，发现的优点与不足如下。

（1）运动生物力学能够使体育教学过程中动作理论化，使运动技术技巧在教学过程中更容易被理解。教师在教学过程中，通过对生物力学原理的讲解，再在实践中教会学生如何发力，提高学生的训练效果，使学生能快速掌握动作要领。在跑步时，大腿带动小腿跑步，应用角动量传递原理，可提高奔跑速度。

（2）在训练时，通过生物力学知识的讲解，以讨论的方式让学生思考铅球如何扔得远、跳远如何跳得远等，在讨论后进行实践，学生更容易掌握动作要领和发力方法。

（3）许多学生的跑步姿势已较为固定，要更改发力部位及发力姿势有很大难度，虽然教师有明确讲解，但在练习时，学生很容易忽略，依然按原来的方式奔跑。

在课间运动训练中, 非常需要运动生物力学的有关理论知识和分析方法来促进学生学习运动技术技巧，提高成绩。根据运动学与动力学的相关知识，结合人体解剖学、生理学等，分析优秀运动员运动时的生物力学特性，总结出提高成绩的训练方法。将运动生物力学的知识应用到体育教学与运动训练的实践中, 不仅可以使学生在长期训练中逐步摸索出一套适合自身身体机能的运动技巧和训练方法, 还可以使体育教师自身综合素质得到提升。