正三摇与单摇跳绳技术的生物力学分析

摘 要：正三摇跳绳是在单摇、双摇跳绳的基础上发展而来，是跳绳技术难度系数最高的动作之一。通过对正三摇和单摇跳绳技术动作的生物力学分析，发现正三摇在蹬地阶段下肢关节活动幅度、蹬地力较单摇更大，短时间内重心上升速度更快；腾空阶段各关节有明显的屈，滞空时间更长，更利于绳子快速通过脚底；落地缓冲阶段缓冲更充分，地面作用力更大；摇绳速度更快并呈现出一定的节奏变化。

关 键 词：运动生物力学；跳绳；正三摇技术；单摇技术

中图分类号：G804.6 文献标志码：A 文章编号：1006-7116（2017）05-0140-05

Abstract： The clockwise triple-skip technical move is developed on the basis of the single-skip and double-skip techniques， one of the moves with highest rope skipping technical difficulty coefficients. By carrying out a biomechanical analysis on the clockwise triple-skip and single-skip rope skipping technical moves， the authors revealed the following findings： ， as compared with those of single-skip rope skipping， at the stamping stage， the clockwise tripe-skip rope skipping move had a larger low limp joint movement amplitude， a greater stamping force， and a faster center of gravity ascending speed in a short time； at the take-off stage， all the joints had obvious flexion， a longer hang time， which is conducive to the rope passing through the sole quickly； at the buffer stage， the clockwise triple-skip rope skipping move had more thorough buffering， a greater ground acting force， a faster rope swinging speed， and showed a certain change of rhythm.

Key words： sports biomechanics；rope skipping；clockwise triple-skip technique；single-skip technique

跳绳运动起源于我国，有着上千年的历史[1]。随着全民健身计划的实施，越来越多的人参与到跳绳运动中来，中国跳绳运动迎来了发展的大好时机。2007年10月在北京举行了首届全国跳绳裁判培训班，制定并逐步完善跳绳竞赛规则，并在广州举办了全国跳绳公开赛。我国跳绳运动的竞技化路线逐渐明朗[2]。

跳绳是一项主要由摇法和跳法基本动作组成的运动，摇法和跳法变化多样[3]，其中以单摇、双摇、三摇为代表。跳绳的三摇跳技术是在单摇、双摇的基础上发展而来，运动员跳起，双手摇绳，绳跃过头顶通过脚下绕过身体3周（1 080°），为完成1次[4]。在我国跳绳运动竞赛规则中，正三摇跳绳和单摇跳绳均属计数类比赛项目，但正三摇跳绳要求连续完成，连续完成次数多者获胜，而单摇跳绳是在规定时间内完成次数多者获胜。本研究从生物力学的角度分析正三摇和单摇跳绳在不同动作阶段（蹬地阶段、腾空阶段和落地缓冲阶段）的特点，为运动员、教练员提供参考。

1 研究方法

1.1 数据采集

本研究对测试对象进行了单摇跳绳和正三摇跳绳两个技术动作33次的拍摄，参考现场教练员和专家的意见，选取其中10次技术动作进行分析。采用二维测试系统对动作技术进行拍摄[5]。实验设备包括：一架Sony常速摄像机，用摄像机拍录受试者完成单摇跳绳和正三摇跳绳的运动过程，拍摄频率为50 Hz。一台与摄像机相连接的电脑，用于图像采集；用Kistler三维测力台记录受试者完成单摇跳绳和正三搖跳绳力的变化过程。

正三摇跳绳的生物力学实验在北京体育大学科学实验中心进行。以2008年中国跳绳运动竞赛规则作为运动员完成动作的标准，凡出现以下情况均判为失败：单摇跳绳中双脚起跳腾空1次，绳未经头部至双脚下环绕1周（即360°）；正三摇跳绳中双脚起跳腾空1次，绳未经头部至双脚下环绕3周（即1 080°）。

1.2 数据分析

力学测量记录的数据采用Kistler三维测力台力学解析系统进行解析；采用Excel 2003对数字化信息进行有关的统计学处理。平面摄影拍摄的录像资料采用视讯影片解析软件进行解析；采用Qtools软件对数字化信息进行有关统计学处理。

2 结果与分析

为了分析的便利，本研究将跳绳动作分为3个阶段：蹬地阶段（重心达到最低点开始，重心上升直至双脚离开地面瞬间）；腾空阶段（从双脚离地瞬间开始直至双脚落地瞬间）；落地缓冲阶段（从落地瞬间开始，重心下降直至重心达到最低点）。

2.1 蹬地阶段

1）下肢关节角度。

正三摇蹬地阶段的左右髋角前大部分时间小于单摇，而到最后基本一致，近乎达到了180°，说明正三摇在蹬地阶段开始时，髋关节前屈的程度较单摇更大。随着蹬地动作的进行，髋关节角度逐渐增大，最后几乎达到180°时跳起（见图1）。整个蹬地过程，髋关节的角度较单摇更大。

正三摇蹬地阶段的膝角变化与单摇没有差异，只是在最后一段时间里，膝角略大，说明正三摇在蹬地离地的瞬间，伸膝动作的幅度比单摇大，导致这个差异的原因是为了能够获取更大的蹬力（见图2）。

人体自然直立时的踝角大约为90°，当踝关节角度大于90°时为跖屈，小于90°时为背屈。正三摇蹬地阶段是从背屈开始的，最后达到跖屈，角度均略大于单摇（见图3）。

综上分析可见，正三摇蹬地阶段下肢各关节角度均由小变大，且与单摇的变化一致，但是正三摇蹬地阶段的时间相对要短。正三摇蹬地时的膝角与单摇无显著差异，而髋关节与踝关节活动幅度均大于单摇，说明正三摇蹬地阶段重心向上的速度较快，在短时间内髋角、踝角从比较小的角度增加至较大角度，有利于蹬力的增大。

2）摇绳速度。

正三摇蹬地阶段摇绳速度明显大于单摇，从动作的开始阶段摇绳的速度就很大，在起跳之前绳子有个加速的过程（见图4）。

3）动力学分析。

从单摇和正三摇蹬地阶段蹬地力变化过程（见图5）可以发现，正三摇最大蹬力明显大于单摇。正三摇需要较大的蹬力和蹬地速度才能保证腾空高度。正三摇和单摇蹬地阶段蹬力的变化一致，都是由大变小。但是变小的速度不同，正三摇蹬力减小的较快，这有利于获得较好的蹬地效果，跳得更高。

4）运动学与动力学结合分析。

随着下肢各关节角度的增加，正三摇与单摇蹬地阶段的蹬力都在逐渐减小。在蹬地开始时髋角、膝角和踝角变化的速度比较慢，而在蹬地的最后阶段膝角和踝角的变化速度明显加快，表现基本一致的。但在下肢各关节角差异不大的情况下，蹬地力表现出明显差异，造成这一差别的原因可能要通过肌肉的工作情况来说明。因此，完成正三摇主要是靠肌肉做功，要求全身肌肉很好的配合协调用力，使蹬地效果达到最好。

2.2 腾空阶段

腾空阶段要求绳子连绕身体3周且不能被身体阻断。腾空阶段是正三摇最为重要的阶段，此阶段动作的好坏直接影响整个动作的顺利完成。

1）下肢关节角度。

正三摇腾空阶段的髋角是先变小再变大，而单摇则是保持不变。左右侧髋角的变化基本一致（见图6）。由此可以看出正三摇的空中动作是髋关节前屈，在腾空动作快要结束时髋关节伸。

正三摇腾空阶段的的左右膝角开始是稍增大，然后至最大值，再后很快变小，随后慢慢减小至最小值，最后又稍微增大，而后再次减小。单摇腾空阶段的膝角几乎保持不变（见图7）。这说明正三摇腾空阶段的动作是刚离地时膝关节继续前伸，且开始阶段速度比较快，短时间内膝关节角度降低到很小，而后再慢慢后屈，关节角度减小。在腾空阶段的最后，膝关节前伸，关节角度增大，但增幅不大，膝关节仍保持微屈的状态，方便让绳子能够绕过脚底，并为最后的缓冲落地做准备。

正三摇腾空阶段的左右踝角是刚刚离地时增至最大，然后保持一段时间后迅速减到最小，在将近落地的时候又迅速增大，表现出了微小的背屈动作。单摇腾空阶段的左右踝角基本保持不变（见图8）。

综上分析可见，髋角、膝角和踝角均先减小后增大，在落地前又稍稍减小，说明正三摇在腾空阶段髋关节前屈、膝关节后屈和踝关节背屈，使整个身体蜷缩起来，增大了脚与地面的距离，有利于绳子的3次通过。在落地前身体稍有展开是自然反应，是为了防止落地时损伤的发生。而落地前瞬间身体有收的动作，是为了在最后时刻增大身体与地面的距离，顺利完成动作。而单摇腾空阶段动作基本保持不变。

2）摇绳速度。

正三摇腾空阶段要求绳子3次绕过身体，由于时间短，因此要求绳子的速度要快，但并不是整个过程都快，有一定的节奏变化，中途通过多次发力，第1、3圈绳速会稍快于第2圈绳速。而单摇动作腾空阶段的绳速只是简单地慢慢减小后又慢慢增大（见图9）。

2.3 落地缓冲阶段

落地缓冲阶段是正三摇的最后阶段也是关键阶段，落地缓冲动作的好坏直接影响下一个动作的质量。

1）下肢关节角度。

正三摇和单摇落地缓冲阶段的左右髋角变化基本一致，均由大变小，但正三摇动作的髋角变化幅度比单摇小。还有正三摇的髋角较小，说明髋关节前屈幅度更大（见图10）。

正三摇和单摇落地缓冲阶段的左右膝角变化基本一致，均由大变小。但是正三摇膝角明显小于单摇，说明正三摇以屈膝的动作落地，更有利于保护膝关节和下次动作的起跳发力（见图11）。

正三摇和单摇落地缓冲阶段的左右踝角变化基本一致，均由大变小。左右侧的变化趋势基本一致，踝角变化略小于单摇（见图12）。

综上分析可见，正三摇落地缓冲阶段下肢各关节角度变化与单摇基本相同，并没有表现出独有的特点，只是各关节角度均小于单摇。

2）摇绳速度。

单摇绳速几乎没有变化，而正三摇则不同，落地缓冲阶段时要控制速度，需要降低绳子的速度以保证下一个动作的顺利发力（见图13）。

3）动力学分析。

正三摇落地缓冲阶段的地面作用力比单摇明显要大，且增大的比较快。造成这一差异的原因主要是腾空高度，正三摇腾空的高度较高，因此落地会产生较大的地面作用力（见图14）。

4）运动学与动力学结合分析。

随着下肢关节角度的减小，地面作用力的增大，正三摇和单摇在缓冲阶段基本一致，在运动学和动力学的变化趋势上没有实质性差异。但从大小上看，正三摇落地缓冲时下肢各关节角度及变化幅度小于单摇，地面作用力及变化幅度明显大于单摇。由此可见，在落地缓冲阶段，正三摇从关节角度方面减震的效果相对较小，地面作用力比较大，这就造成正三摇落地缓冲时对身体关节、骨骼和韧带等组织要求比较高，要注意缓冲，减少肌肉的承受力。

3 结论与建议

3.1 结论

1）正三摇蹬地阶段下肢各关节角度均由小变大，蹬地阶段的时间相对要短，说明正三摇蹬地阶段重心向上的速度较快，而在短时间内髋角从比较小增加至较大，有利于蹬地力的增大。

2）正三摇腾空阶段的髋角、膝角和踝角均先减小后增大，在落地前又略减小，说明正三摇在腾空阶段髋关节前屈、膝关节后屈和踝关节背屈，便于保持较长的滞空时间。

3）正三摇落地缓冲阶段各关节角度均小于单摇，随着下肢关节角度的减小，地面作用力与之相反。

4）正三摇摇绳的速度是完成该动作的重要因素之一。在起跳之前绳有加速过程，腾空阶段的绳速呈现多次加速和减速，且加速和减速的节奏变化快，落地缓冲阶段的绳速仍较快。

3.2 建议

1）正三摇在蹬地阶段的最大蹬力，主要是靠肌肉做功，因此需加强肌体肌肉良好配合与协调用力，以便在腾空阶段保持一定的高度及滞空时间，使得蹬地效果达到最好。

2）正三摇腾空的高度、滞空时间以及绳的速度，是完成正三摇的重要因素。因此在日常练习中可加强上下肢力量的配合练习；同时适当加重手腕力量的训练，如负重快速摇绳等内容。

3）正三摇在落地缓冲阶段要注意把握落地缓冲的动作要领，强调膝关节与踝关节的缓冲保护，使得身体骨骼肌肉所承受的力尽量减小，有利于正三摇跳绳动作的连续完成。

参考文献：

[1] 李颜敏. 跳绳运动的起源与发展探究[J]. 安徽体育科技，2015（4）：57-59.

[2] 邱丽玲. 中国跳绳竞赛项目设置与竞赛方法研究[D]. 北京：北京体育大学，2009.

[3] 咸春東. 对花样跳绳动作内容及其基本动作教学方法与步骤的研究[D]. 北京体育大学，2015.

[4] 李辉. 对跳绳三摇技术的生物力学分析研究[D].北京：北京体育大学，2011.

[5] 刘北湘，杨啸原. 影像测量数据在武术运动技术分析中的应用[J]. 成都体育学院学报，2009，35（4）：62-66.

[6] 杨天祝. 对直立人体的某些生物力学分析[J]. 白求恩军医学院学报，2003，9（1）：131-132.