田径运动技术原理

第一节 概述

一、田径运动技术原理的概念、作用与意义:

身体锻炼手段是指在身体锻炼过程中,以提高某一身体活动能力、完成某一具体的锻炼任务所采取的身体练习。身体锻炼手段是具体的有目的的身体活动方式,是身体锻炼方法的具体体现。

技术就是完成动作的方法。身体锻炼手段技术是为促进人体正常发育、增强体质,增进身体健康而完成身体锻炼动作的方法。最合理的身体锻炼技术是在身体锻炼中能促进人体正常发育、增强体质,增进身体健康的最有效的技术称为最合理的身体锻炼技术。

最合理的动作规格就是理想的动作模式。理想的动作模式既要符合力学上的规律,也要符合人体解剖学和人体生理学上的规律与要求。理想的动作模式在形式与内容上包括动作的方向路线、幅度、速度及其变化率,用力顺序或协调配合程度等。

合理的运动技术不仅可以充分利用人的机能潜力,而且给人一种美的感觉,使人觉得这样的技术充分地利用于各运动器官的能力。

技术的形成依赖于多种因素:运动解剖学、运动生理学、运动心理学和运动生物力学等方面的因素决定了合理的运动技术的模式与要求。

从运动解剖学的角度看,由于人的骨骼,肌肉的构造和特点,使得人们从事身体锻炼时所表现的运动形式特征——动作模式——受到一定的限制。例如,肩关节与肘关节的结构不同,因此动作的幅度和运动路线也不相同;髋部肌群横断面大,收缩力强,但收缩速度较慢,因此身体锻炼中大部都要求髋部先发力,这也是形成技术的规律之一。为矫正不良身体状态,改善人体形态和增强每一块肌肉的功能,就必须使身体锻炼的技术符合人的骨骼,肌肉的构造和特点。

在实践中人们评价技术时,通常以动作的实效性和经济性作为客观标准;也就是把自身的最大能力使用在最关键的动作环节上,而在预备动作和动作的次要阶段则尽量避免消耗过多的体力。

从运动生物力学角度看,则身体锻炼技术动作必须要符合人体力学方面的原理。运用生物力学的研究方法来分析身体锻炼技术是当代的主要手段。它不仅可以进行定性和定量分析,而且可以分析技术的合理性和如何取得良好锻炼效果。我们在对身体锻炼技术进行分析时,也是从生物力学角度来进行分析的。

(一)、学习好身体锻炼的技术对身体锻炼和人体的作用:

1 、正确的身体锻炼技术能提高人的走、跑、跳、投等基本活动能力:

走、跑、跳、投等活动是人们日常生活、运动健身、运动康复、生产劳动和保卫祖国所需要的基本活动能力。身体锻炼都是由走、跑、跳、投的运动形式和动作组成。经常参加身体锻炼,能掌握正确的走、跑、跳、投等活动技能,提高人体机能,使人的走、跑、跳、投等基本活动能力不断得到增强。

2 、正确的身体锻炼技术和经常进行身体锻炼能促进儿童和青少年身体形态正常发展:

身体形态基本上是由人体的骨骼和肌肉生长、发展状况而决定的。儿童、少年乃至青年参加身体锻炼,掌握正确的身体锻炼技术能加速血液循环,增加对骨骼和肌肉的血液供应,使骨骼和肌肉获得比平时更多的氧气和营养物质,同时,身体锻炼的走,跑、跳、投等技术动作还能对骨骼和肌肉的生长产生良好的机械刺激。这样,就为造骨过程和肌肉生长创造了良好的条件,促进了儿童和青少年身体形态朝着完美的方向发展。

3 、田径运动锻炼能提高人体各器官系统的机能:

⑴ 、神经系统方面

人们在参加身体锻炼从事走、跑、跳、投练习时,都是在大脑皮层中形成各种条件反射,在神经系统兴奋、抑制相互交替过程中支配肌肉收缩与放松情况下完成的。这样就使神经系统得到锻炼,促使大脑皮层神经细胞得到发展,神经系统机能不断得到改善。同时还能改善与提高位觉器官、视觉器官和前庭器官的机能。

⑵ 、血液循环系统方面

参加身体锻炼时,尤其是参加周期性运动项目中长跑、健身跑锻炼时,机体需要通过血液及时输入大量氧气和营养物质。这就要求血液循环系统加强工作来满足,从而使血液循环系统得到锻炼。久而久之,使血液循环系统的机能得到改善。实践证明,经常参加中长跑、健身跑锻炼的人,心肌增强,心壁增厚,心室扩大 ( 心脏容积增加 ) ,从而使心脏每搏输出量增加;血管壁的弹性也较普通人要好;心脏体积较普通人要大 ( 运动性心肥大 ) ;心跳次数较普通人要少 ( 运动性心搏徐缓 ) 。这些都是血液循环系统发展完善和机能提高的标志。

⑶ 、呼吸系统方面

实践证明,经常参加身体锻炼的人,呼吸肌的力量和耐力得到增强,呼吸差 ( 尽量吸气与尽量呼气的胸围差 ) 加大,肺活量加大,呼吸深度加深,呼吸率减少,最大通气量得到增加等;这些都是呼吸系统机能得到改善和提高的标志。

4 、正确的身体锻炼能全面地发展身体素质

身体素质是体质强弱的标志之一,它是人体各器官系统机能能力在肌肉工作中的反映。由于身体锻炼项目多,各个项目技术都有其自身的特点,对身体各部位、环节有其特定的要求,因此,参加身体锻炼能全面地发展人的身体素质。因此,经常运用多种手段参加身体锻炼运动能发展速度、全身肌肉的力量、灵敏、协调和柔韧性等身体素质。

5 、正确的身体锻炼能提高人体对环境适应能力和抗病力

由于身体锻炼多在户外进行,因此在从事身体锻炼过程中,能使人体更多地接触空气、日光和自然环境,从而可以提高人体的体温调节能力,增强人体对外界环境的适应力和对疾病的抗御力,增强适应大自然的能力。同时,美好的自然环境能使人心旷神怡,达到增强心理健康的功效。

(二)、身体锻炼手段有关力学的基本概念:

为了能确切地认识技术和分析技术,首先要对一些力学的基本概念有一个正确的认识:

力:所谓力是指一个物体对另一物体的作用,它是使物体产生加速度的来源,任何物体在无外力作用的条件下,该物体的运动状态,形状和体积不变,这就是人们常说的牛顿第一定律。在有二个或二个以上的力同时作用于一个物体时,其结果相当于某一个力对它的作用,此时我们称该力是合力。反之,我们也可以将一个力看成是二个或二个以上的力对该物体同时起作用,这是力的合成与分解。例如在起跳时我们可以把助跑的水平速度和起跳的垂直速度看成是跳跃时推动人体重心沿运动方向的一个作用力,也可以把它分解为水平用力和垂直用力。在田径的运动实践中任何一项运动技术,都有许多力在同时产生作用。

人体内力:在研究人体运动的力学问题时,首先要确定研究对象,在力学中确定的研究对象称力学系统。若将人体看作一个力学系统,则人体内部各部分相互作用的力称为人体内力,如肌肉张力、韧带张力、组织粘滞力、关节约束力等都属于人体内力,其中肌肉张力是人体内力中的主动力。肌张力施于骨骼,并与外界的相互作用以保持人体姿势或控制人体运动。由于人体内力是人体力学系统内各部分之间的相互作用,虽可引起人体力学系统各部分之间的相对运动,但不能引起人体整体运动状态的改变。

人体外力:若将人体确定为研究对象,即人体力学系统,那么外界对人体作用的力称人体外力。引起人体由静止状态改变为运动状态只能是人体外力。人体各环节的运动,只能是环节以外的力 ( 外力 ) 对环节作用的结果。用人体肌张力 ( 人体内力 ) 来说明直接引起人体位移是不确切的,应该说引起人体运动状态改变的直接原因是其他物体对人体的作用力 ( 外力 ) 。肌张力对人体力学系统来说只能是内力,如果人体失去其他物体对人体的作用,人既不能走又不能跑,即不能改变人体整体在空间的位置。人体如果缺乏肌张力主动的对外界环境的相互作用,那么人体自体位移也难以实现。

人体内力与外力的相对性及其相互关系:内力和外力的区分是相对的。如何确定某个力是内力或是外力,取决于研究对象。由于研究对象的不同,同一个力既可看作内力又可看作外力。肌张力对于人体整体而言是内力;然而肌张力对于作用的人体环节而言就是外力。肱肌张力对前臂而言是外力;而对整个上臂而言肱肌张力又是内力了。

人体内力不能直接引起人体整体的运动,但可以通过人体与外界环境的相互作用,这时人体内力的合效应可以引起人体特定外力,从而使人体发生整体运动,如蹬地时人体依靠下肢肌肉收缩力 ( 人体内力 ) 使下肢诸关节伸,在此过程中人体给地面以作用力,同时地面以支撑反作用力 ( 人体外力 ) 作用于人体,从而改变人体的运动状态。因此,人体内力和外力是相互联系的,内力是人体运动的必要条件,但内力只有通过外力才能使人体产生整体运动。必须强调,人体作为一个活的力学系统,其中肌肉收缩的人体内力又是受人体神经系统,特别是大脑的控制、调节,具有主动积极和可控的特点,因而对整个人体来说,肌肉收缩的人体内力可以在一定范围内增大或减小。如果提高人体内力对地面的作用,那么,毫无疑问也可以提高地面对人体的反作用力 ( 人体外力 ) 。从这个意义上讲,没有人体主动的内力就不可能产生人体主动运动。

重力:重力是地球的吸引力,在引力范围之内它始终都在起着作用。它对身体锻炼中的某些项目是不利的,在跳高和撑竿跳高时,就是要看克服重力的情况;但有时也可利用重力如在加速跑及弯道跑时,身体前倾和内倾就是根据加速度的大小和离心力的大小适宜地利用着重力因素。

摩擦力:摩擦力是阻碍物体运动的力。它也有两重性。人们在跑时为了使后蹬动作更有实效,穿上适当长度钉子的跑鞋,就是为了加大脚与地面的摩擦力;另一方面,在投掷项目中人们将投掷器械的表面做得尽量光滑,则是为了减小器械在飞行中与空气的摩擦力。

加速度:单位时间内速度的变化率是加速度。人们在从事身体锻炼身体的某一部分,还是整个身体的运动都在时刻地变化着。当速度持续增加时,我们称之为正加速度 ( 简称加速度 ) ,而速度持续降低时,我们称之为负加速度 ( 俗称减速度 ) 。

对同一个物体来讲,它的加速度与受到的力成正比,与物体的质量成反比。牛顿第二定律的公式 F=ma 两个物体之间的作用力与反作用力总是同时存在,而且是大小相等,方向相反。这就是牛顿第三定律。人在做动作时必然会对支撑体重的地面或其他支撑物 ( 如撑竿跳高的竿子 ) 产生一个作用力,此时地面立即产生一个方向相反,大小相等的反作用力。人体内部各部分之间的相互作用力一般称为内力。在无支撑的腾空状态,人的动作只能改变身体某些部位的相对位置,不能改变重心的运动状态,例如跳远腾空时运动员的任何动作都改变不了身体重心既定的运动轨迹。此时的内力引不出外力来。

动量与冲量:运动着的物体,其质量与速度的乘积是该物体的动量。如果改变物体的动量则需要作用力和作用力的时间,二者的乘积是冲量。因此冲量 I=Ft 。因为 v 2 -v 1 /t ; F=ma ,所以 I=Ft 也可写作 I=mv 2 -mv 1 。一个物体在时间,内的动量变化等于作用在物体上的外力在相同时间的冲量,这就是动量定理。

轴:任何旋转的物体不论在地面或是在空中,至少要沿一个轴旋转。旋转体各部分运动的方向均与轴垂直。通过身体重心的轴是主轴,它可能是动量矩轴或动作轴,也可以是二者兼有之。

动量矩轴:动量矩轴是指人体在地面上有支撑点时所做的沿某一轴开始的旋转,腾空后身体继续沿此轴旋转,这个轴就是动量矩轴。而在人体腾空后动量矩轴发生方向性的转变,沿着另一轴开始的运动,则此轴称为动作轴。这是就某一瞬间而言,因此可叫做瞬时转动轴,或叫动作的瞬时转动轴。

副轴:运动员腾空后可以使身体的某部位沿着一个不通过身体重心的轴做动作,此轴称之为副轴。在跑和跳的动作中,利用沿副轴的转动可以维持平衡并获得好处。

二、身体锻炼手段技术发展概况

身体锻炼手段技术是走、跑、跳、投等动作形式组成,走、跑、跳、投等动作形式是人类生存具备的基本能力,那么就可以说有人类时就已经有了这些练习形式,但还不能说这就是身体锻炼手段。在原始社会,人类为了保存生命,进行渔猎,或与猛兽搏斗等活动,不得不以走、跑相当的距离,跳越各种障碍、掷击石块等手段而获取食物。在日常生活中不断重复这些动作,逐步提炼形成了走、跑、跳跃、投掷等技能,并有意识地把这些人类赖以生存的生产和防身的基本技能传授给下一代。这种保存生命技能的传授,是原始社会主要的教育内容。随着时代的变迁,它逐渐成为身体锻炼手段的基本雏形。

身体锻炼手段技术的发展

第一、身体锻炼手段源于劳动。在远古时期和奴隶社会,人们在劳动过程中,有些技能需要平时练习,以便提高劳动能力。狩猎过程中人们长时间的奔跑或短时间的快速跑,以及用长矛刺中猎物就需要平时的练习,特别是掷长矛动作,不但要投掷一定的远度,而且要有一定的准确性。这类技能如不在平时经常锻炼,在狩猎时很可能将一无所获。这种平时练习技能的活动,后来又加进一些竞赛因素,进一步提高练习者的兴趣。当这些活动有了固定的规则并经常举行时,就成了身体锻炼手段和项目。

第二、身体锻炼手段寓于游戏与娱乐

走、跑、跳跃、投掷的娱乐和竞赛,也在生产劳动环境中逐渐萌发。由于人们保存生命技能能力的提高,在紧张的渔猎劳动之余,还想要取得乐趣和抒发感情。人们最初的娱乐 ( 游戏、竞技 ) 动作和生活动作是没有多大区别的,而是自然地表现在生活之中。例如,由于生存需要而进行渔猎,有时在同伴之间开始竞赛,看谁打得多,看谁打得快,看谁撵得上,看谁投得远和准;又如,闲暇时铁匠比赛投铁锤掷远,演变成今日的投掷链球运动,放羊娃在闲暇时做跨越围羊群的栅栏比赛游戏,演变成今日的跨栏赛跑……等等。然后逐步使场地,器械、比赛规则统一,将走、跑、跳跃、投掷等身体锻炼手段演变成各种正规的正式技术、手段和竞赛项目。

第三、军事活动中的身体锻炼手段。

人类自进入阶级社会以来,战争经常发生,往往两次战争之间是一个酝酿准备阶段。战争中的打、斗是主要活动方式,但在战争前的准备及战斗中的退却或攻击均离不开跑、跳动作。人们为了做好这方面的准备,往往需要对战士进行各种训练,我国元代士兵的“贵由赤” 180 里行军就是这类训练的例子。古希腊士兵战胜波斯军队后跑步到雅典报告胜利消息事件,随着比赛规则统一、经常举办比赛两个条件,后来就演变成了近代奥运会马拉松比赛和身体锻炼手段。古希腊各城邦的统治者为了防范异族入侵,镇压奴隶起义以及和其他城邦争斗,需要贵族和市民有强健的身体,随时准备参战,对青年一代实行严格的身体训练和军事训练。身体训练内容包括有跑步、跳高、掷标枪掷铁饼等。我国早在春秋战国时期,就有入主张把跳得高、跳得远、善走作为选择士兵的标准。以后历代封建统治者也都把走、跑、跳跃、投掷作为训练士兵的重要内容。由此可见,在古代,人们就把走、跑、跳跃、投掷等身体练习作为促进健康和增强体质的重要手段。

第四,身体锻炼手段寓于教育。

有些身体锻炼手段是从锻炼身体的全面性考虑而发展起来的。例如,瑞典、德国体操的内容对发展人的上肢力量及控制身体的能力有很大价值,为了全面发展诸如跳越高度、长距离竞走也成了体操的内容。直至 20 世纪 50 年代原苏联的体操健将必须以空翻方式超过 1.90 米的高度,后来取消了这一要求,无疑这对跳高本身起到了促进、普及的作用。走、跑、跳跃、投掷等身体练习在古希腊也成为增强人们体质的手段。当时,在古希腊的山岩上,还曾刻着:“你想强壮吗 ? 跑步吧!你想健美吗 ? 跑步吧!你想聪明吗 ? 跑步吧!”的格言。

从事身体锻炼手段能有效地增强学生体质,走、跑、跳跃、投掷等身体锻炼手段和项目是《小学、中学乃至大学体育教学大纲》规定的主要教学内容。在各类体育教材中,走、跑、跳跃、投掷等身体锻炼手段的教材内容所占的比例最大。某项教材的比例大小,反映它在完成体育课和学校体育任务中作用的大小。体育运动的实践证明,从事走、跑、跳、投等身体锻炼手段能提高人体基本活动能力,能促进人体正常生长发育和各器官、系统机能的发展,能全面发展力量、速度、耐力、柔韧、灵敏等身体素质。走、跑、跳跃、投掷等身体锻炼手段在实现中学体育增强学生体质这一主要任务中,具有重要的地位和作用。因此,作为未来的体育教师,必须掌握身体锻炼手段教学的理论和方法。

以走、跑、跳、投等身体锻炼手段为主要特征的田径运动既是竞技项目,又是锻炼身体的手段。田径运动锻炼是指用田径运动项目作手段,进行身体锻炼,达到增强体质和提高健康水平目的的过程。田径运动是广大群众进行体育锻炼的主要项目之一,我国现行的《国家体育锻炼标准》规定的锻炼和测验项目,也主要是走、跑、跳、投等身体锻炼手段为主的田径运动项目。《中学生体育合格标准》还将“经常坚持体育锻炼,自觉地参加《国家体育锻炼标准》的测验”规定为中学生体育合格的要求之一。

1990 年东北师范大学出版社出版,孙庆杰主编的高等学校体育教育专业必修课《田径》一书中,第五章是田径运动锻炼,重点阐述了在《国家体育锻炼标准》中田径项目的锻炼方法,组织学生参加《国家体育锻炼标准》中田径项目锻炼的注意事项。

1996 年人民体育出版社出版,文超主编的《田径热点论》的下篇写的是田径运动在实施全民健身计划中的地位和发展方向,健身走、跑、跳、投和综合力量练习器训练对不同年龄人的健身作用与方法。

2001 年高等教育出版社出版,孙庆杰主编的高等学校体育教育专业教材《田径》中,专门写了田径健身原理、内容、方法和手段。

2001 年高等教育出版社出版,周兵主编的高等学校体育教育专业教材《田径健身教程》,全书是田径健身运动概述、原理,走、跑、跳、投健身练习设计与组织,中学田径健身活动的指导与评价以及田径健身游戏等内容。

经过有志身体锻炼与健身运动的科研、教学人员长期不懈的努力,使身体锻炼与健身运动冲破了竞技体育的网架,回归了它人类追求生存、追求健康、追求身体与精神完美结合的本来面目。已经逐步形成了它自己的身体锻炼与健身体系。

第二节 身体锻炼技术中跑的技术原理

一、跑的概念和时期、阶段划分

跑是人体水平位移的一种基本运动形式,是单脚支撑与腾空相交替、蹬与摆相配合的周期性运动。

跑步中的一个周期是由一个复步(即跑两步)构成的。它经过两个支撑时期和两个腾空时期。

支撑时期:从脚着地瞬间起到脚离地瞬间止;腾空时期:从脚离地瞬间起到另一脚着地瞬间止;

支撑时期分为前支撑和后蹬两个阶段,

前支撑阶段(着地缓冲阶段);从脚着地起到身体重心移到支撑点的垂直上方为止;

后蹬阶段:从身体重心移过支撑点的垂直上方赶到脚蹬离地面为止。

腿的摆动时期分为后摆和前摆两个阶段(图 2-2-1 )。

后摆阶段;从脚蹬离地面起到大腿垂直于地面为止;

前摆阶段:从后摆结来到脚着地为止。

按照全程跑技术的特点,通常将跑的项目划分为起跑、起跑后加速跑、途中跑、终点跑四个阶段,其中途中跑的段落最长,对跑的成绩影响也最大。

二、决定跑速的因素

决定跑速的因素主要是步长和步频。步长是指左右两只脚着地点之间的距离,步频是指单位时间内跑的步数。两者的乘积就是跑的速度。因此,无论改变步频或步长,或者两者同时改变,都将对跑速产生影响。如果保持少长不变而提高步频或保持步频不变而加大步长,都能提高跑速。但是在锻炼中,过分加大步长将会降低步频,过分加快步频将会减小步长。对每个人来说,步长和步频应合理配制,因此,只有掌握步长和步频的动作结构特点及其受影响的因素,才能使两者合理搭配,达到提高跑速的效果。

步长是由后蹬距离、腾空距离和着地缓冲距离三部分组成(图 2-2-2 ),后蹬距离是后蹬阶段身体重心向前移动的水平距离。它取决于身体条件(如腿长和够关节灵活性等)、后蹬角度和后蹬腿伸展的程度等因素。腾空距离是腾空阶段身体重心向前移动的水平距离。它取决于腾空时的初速度、腾起角度和空气作用力等因素。腾空距离主要是受后蹬阶段的效果所制约。着地缓冲距离是前支撑阶段身体重心向前移动的水平距离。它与腿长、着地角度和脚着地的时机等因素相关。由于着地缓冲距离的支撑点位置在身体重心投影点之前,支撑反作用力的水平分力向后(与跑进方向相反),因此,加大步长不应追求这一段距离。通常情况下,在摆动腿前摆即将结束和着地后,应做积极地下落着地动作和缓冲动作,使身体重心尽快通过支撑点垂直上方而转入后蹬。为了增加步长提高跑的速度,必须提高后蹬和前摆的效果。提高后蹬的效果,必须加大后蹬的力量,加快后蹬的速率,增大后蹬腿蹬直的程度,掌握好后蹬方向和适宜的后蹬角度。

跑的后蹬动作是以髋、膝、跟三关节依次伸展的形式完成的。后蹬过程中,在其他条件相同时,蹬地的力量越大,蹬伸动作越快,身体获得向前的加速度也越大。因此,在保证取得一定后蹬距离的情况下,要加大后蹬的力量,缩短后蹬的时间,加快后蹬动作的速率。

后蹬的方向和角度对提高后蹬的效果和保证跑的直线性有重要的作用。后蹬方向正确,后蹬角度适宜,才能获得更大的与跑进方向一致的支撑反作用力。后蹬方向偏左或偏右,后蹬角度过小或过大,都会减小步长和影响跑的直线性,从而降低跑的速度。

每跑一步时,必然是一腿向后蹬地,另一腿向前摆动,两腿动作是密切配合的。摆动腿正确的前摆不仅为后蹬动作创造良好的条件,而且摆动的力量、速率、方向、幅度直接影响后蹬的效果。对摆动腿前摆的要求是方向要正、速率要快、力量和幅度要大、与后里动作密切配合。只有这样,才能提高后蹬的效果和有助于增加步长。

三、作用力和支撑反作用力

人体处于支撑状态时,力作用于支点 ( 支撑面 ) 上,这个力是人体作用支点 ( 支撑面 ) 上的作用力;与此同时支点又反作用于人体,这种反作用力称支撑反作用力。

支撑反作用力分为静力性支撑反作用力和动力性支撑反作用力。

1 、静力性支撑反作用力 由于受到重力对支点产生的压力,支点则对人体产生一个反作用力,它是一种约束反力,称静力性支撑反作用力。例如,人体站立地面静止不动时,重力使人体压向地面 ( 支点 ) ,则地面的反作用力,即静力性支撑反作用力作用于人体。这时,这个支撑反作用力 (N) 与体重 (P) 相等,因而保持着人体的平衡。

2 、动力性支撑反作用力 人体处于支撑状态,而人体局部环节作加速运动,其结果给支点以作用力,支点则给人体一个反作用力,称动力性支撑反作用力。其中在跑步的技术中是局部环节加速斜向离开支点的情况。

四、曲线(弯道)跑时的向心力和离心力:

1 、向心力

物体作匀速圆周运动时存在一个向心加速度,向心加速度 a 的大小等于 V 2 / R ,方向指向圆心。有加速度的存在就有力的存在,其方向与加速度的方向一致。因此,向心力是产生向心加速度的原因。由此可知,物体在作圆周运动时,必须有一个跟速度方向垂直,并且指向圆心的力作用于进行圆周运动的物体上,这个力叫做向心力。弯道跑的人在转弯时就存在向心力,人向圆心一侧倾斜,这时人重力 P 与地面的支持力 N 不在一条竖直的直线上 ( 图 2-2-4) 。

根据牛顿第二定律及向心加速度的公式可得向心力:

F=ma=mV 2 / R (2-2-1)

这里 F 为向心力, m 为运动物体的质量, V 为运动物体的线速度, R 为物体至转轴的转动半径。从公式可以看出,向心力与转动半径成反比,与转动物体的质量和线速度平方成正比。

根据运动学中运动物体线速度 V 与角速度 ω 的关系,向心力 F 又可用如下公式表示:

F=mV 2 / R=m ω 2 R (2-2-2)

从这个公式可以看出,向心力与转动物体质量、角速度平方以及转动半径都成正比。

2 、离心力:

向心力的反作用力为离心力,它们是一对作用力和反作用力,两者大小相等,方向相反,但分别作用在两个不同的物体上。

例如,曲线(弯道)跑中向心力、离心力分别作用在人体和地面上 ( 图 2-2-4) 。

必须明确的是做圆周运动的物体是受到向心力作用的,不然该物体运动轨道不会弯向圆心。而离心力是作圆周运动的物体给维持它作圆周运动的另一物体的作用力,它和向心力同时产生,且同时消失。

运动员在弯道跑时,人体向圆心一侧倾斜,这时人体的重力 P 与地面的支持力 N 不在一条直线上(图 2-2-4 ),依据平行四边形法则, F 为向心力。在第三节中背越式跳高的弧线助跑与弯道跑向心力、离心力分别作用在人体和地面上是相同的。

第三节 身体锻炼技术中跳跃的技术原理

一、跳跃的概念和阶段划分

身体锻炼技术中的跳跃,是人体运用自身的能力或借助一定的器材,通过一定的运动形式,使人体腾越尽可能的高度或远度的运动。

身体锻炼技术中的跳跃项目是周期性和非周期性相结合的混合性质的运动。各跳跃项目虽然运动形式和要求不同,但它们都是从人体的水平位移转变为抛射运动,都可以划分为以下 5 个紧密相连的技术阶段,即:

助跑阶段;人体水平位移阶段;

过渡阶段(转化阶段):人体由水平位移向抛射运动的转变阶段;

起跳阶段:人体进入抛射运动阶段;

腾空阶段:人体的抛射运动阶段;

落地阶段:人体抛射后的下落着地阶段。

在以上 5 个阶段中,助跑、过渡和起跳阶段是影响跳跃成绩的主要阶段,其中过渡和起跳阶段技术又是跳跃技术的关键部分。

二、决定跳跃成绩的因素

(一)跳高

1 、跳高的成绩( H )由 4 个部分组成(图 2-3-1 ):

H 1 是起跳脚着地瞬间身体重心的高度。H 2 是起跳离地瞬间身体重心的高度与起跳脚着地瞬间身体重心的高度差。H 3 是身体重心从H 2 腾起的高度。△H是过杆瞬间身体重心腾起的高度与横杆的高度差。跳高的成绩可以用 H =H 1 + H 2 + H 3 + △H公式来表示。

从 L 1 来看,身高、腿长不能改变,但提高踏跳的准确性 ( 因为跳远成绩是从起跳板前沿开始丈量 ) 和在保证合理腾起角度前提下取得一个尽量向前的身体姿势,就能使 L1 的值有一定的增加。 L 2 的值是在起跳离地时就决定了的。根据抛射物体远度公式: S = V 0 2 sin 2 α / g 得知,人体重心腾越的远度主要取决于腾起初速度和腾起角。腾起初速度是由起跳离地瞬间的水平速度和垂直速度决定的。由于跳远要获得最大的水平距离,因此,助跑的速度在提高 L 2 的值方面就尤为重要。跳远应以理想的 ( 能完成起跳动作的 ) 最大的速度助跑,并在起跳阶段取得适宜的垂直速度前提下,尽量减少水平速度的损失,以获得更大的腾起水平分速度,从而提高 L 2 的值。

众所周知,在真空条件下和发射点与落点在同一水平面上的实验结果证明:抛射体的水平速度与垂直速度相等时,抛射角才成 45 ° ,在抛射角成 45 ° 时射程最远。但是,在跳远起跳时,由于通过助跑已获得的水平速度不能损失太多,垂直速度的提高又受到人体机能的限制,例如优秀运动员的水平速度可达 10m / s 以上,而垂直速度却很难达到 4.5m / s ,又因跳远是抛点与落点不在同一水平面上的斜抛运动,因此跳远适宜的腾起角不可能是 45 ° ,通常在 18 ° —— 24 ° 之间。

L 3 的值是由着地时的身体姿势和着地动作决定,但着地时的身体姿势与空中姿势和动作有密切关系。在起跳时,由于起跳脚踏跳着地受阻产生的上体向前加速度,造成腾空后身体向前旋转。这就需要做一定的姿势和动作来抑制前旋的转动惯量。空中姿势和动作不仅起维持身体平衡、延缓着地时间的作用,而且能为下落着地的姿势和动作创造有利的条件。因此,为了增大 L 3 的值,必须首先做好跳远的空中姿势和动作;另外,为了加大 L 3 的值,在不造成着地后身体后倒的情况下,着地前两腿要做尽量上举和前伸动作。着地后,要依靠屈膝缓冲和两臂迅速前摆,使身体重心尽快通过着地点的上方,避免身体后倒坐入沙坑,使 L 3 的值受到影响。

例:在全运会跳远决赛中,测得某运动员起跳速度为 9.8m / s ,腾起角为 17.8 ° ,离板时与落地时的重心落差为 0.49m ,求 (1) 其飞行远度是多少 ?(2) 若蹬离时重心前移 0.28m ,伸腿远度为 0.49m ,求其理论成绩为多少 ( 不计空气阻力 )?

解:设腾空远度为 S 1 ,代人公式 (4 — 2) 得

10.2 2 × sin17.8 °× cos17.8 ° + 10.2 × cos17.8 °×√ 10.2 2 ×( sin17.8 °) 2 +2 × 9.8 × 0.49

S 1 =

9.8

=7.45m

设理论成绩为 L ,则: L=0.28 + 7.45 + 0.49=8.22 m

第四节 身体锻炼技术中投掷的技术原理

一、投掷的概念和阶段划分

身体锻炼技术中的投掷是人体运用自身的能力,通过一定的运动形式,将手持的规定器械进行抛射并尽可能获得远度的运动项目。

身体锻炼技术中各投掷项目,虽然器械、场地、运动形式等不同,但它们都可以分为以下 5 个紧密相连的技术阶段,即。

准备阶段:包括握持器械和预备姿势;

预加速阶段;由于器械、场地等条件不同,预加速阶段有助跑、滑步、旋转等三种形式;

过渡阶段(转化阶段):由人体携持器械水平位移向器械抛射运动转变的开始阶段;

最后用力阶段。由人体携持器械进入器械抛射运动的阶段;

结束阶段:器械出手后的身体平衡阶段。

以上 5 个阶段,除链球外,对成绩影响最大的是最后用力阶段,过渡阶段(转化阶段)是关键。

二、决定投掷远度的因素

(一)、投掷项目的成绩的组成

身体锻炼技术中投掷项目的成绩( S )由 3 个部分组成(图 2-4-1 );一是器械出手点的投影点到丈量成绩的起点(起掷弧内沿)之间的水平距离( S 1 )。二是器械出手点高度到出手点高度水平线与器械飞行抛物线的交点之间的水平距离( S 2 )。三是出手点高度水平线与器械飞行抛物线的交点的投影点到器械落地点之间的水平距离( S 3 )。

图 2-4-1 投掷项目成绩的组成 (二)影响投掷远度的因素

图 2-4-2 影响投掷远度的因素

1 取决于身高、手臂长和器械出手时的身体姿势。 S 2 取决于器械出手的初速度、出手角度以及空气的作用力。 S 3 取决于器械出手的高度、出手角度以及空气的作用力。因此,投掷项目的成绩可以用

S= S 1 +S 2 +S 3 公式来表示。

从影响 S 1 因素和规则来看,必须在保证适宜出手角度的前提下尽量伸直投掷臂和在保证不犯规的情况下身体重心尽量向前的前提下,才能提高 S 1 的值。

投掷铅球、铁饼、标枪和链球等投掷运动是抛点高于落点(不在同一水平面上)的斜抛运动。根据抛射物体运动远度公式: S = V 0 2 sin 2 α / g 得知,器械飞行的远度( S 2 )主要取决于器械出手的初速度和出手角度。除此以外,在投掷铁饼和标枪时,出手高度和空气作用力对投掷远度也有影响。

(三)、影响投掷远度的因素——出手角度

运用抛点与落点在同一水平面上的斜抛运动远度公式,在真空条件下,对一些假定的出手初速度和出手角度数据进行计算的结果来看(表 2-4-1 ),在决定抛射远度的因素中,抛射角度对抛射远度虽有影响,但这种影响有一定限度。在其它情况不变的条件下,抛射角度调整到一定程度后就没有潜力可挖了。

田径的投掷项目,由于器械的出手点和落点不在一个水平面上,出手点高而落点低。出手点和落点的连线与水平线之间有一夹角,通常叫地斜角 ( 图 2-4-3) 。由于受地斜角的影响,掷标枪、掷铁饼还受空气作用力的影响,因此,适宜的出手角度对提高投掷项目 S 2 的值也有重要的作用。投掷项目的出手角度都小于 45 °。 在实践中,各投掷项目的适宜出手角度如下:推铅球 38 ° 一 42 ° ,掷标枪和掷铁饼 30 ° 一 35 ° ,掷链球和掷手榴弹 42 ° 一 44 ° 。落点

图 2-4-3 抛点高于落点的抛体运动

(四)、影响投掷远度的因素——出手初速度

根据抛射物体运动远度公式和运动实践证明,器械飞行的远度( S 2 )主要取决于器械抛射的初速度。投掷技术的重点是要力争在适宜的投掷角度前提下,实现最大限度的提高器械出手的初速度。

1 、抛点高于落点飞行远度的计算

器械出手的初速度与预加速阶段器械获得的预先速度有关,这就是为什么助跑(或滑步、旋转)投掷比原地投掷得远的原因。如优秀运动员滑步或旋转推铅球可比原地远 1.5m — 2.5m ,掷铁饼可远 8m - 12m ,掷标枪和投手榴弹可远 20m 一 30m 。因此,在投掷运动中,要重视和掌握好预加速阶段的技术,并使预加速阶段器械取得的预先速度在最后用力阶段能发挥作用。

器械出手的初速度主要取决于最后用力阶段对器械的加速度大小。根据力学公式 F=ma (力 = 质量 × 加速度)得知,加速度与作用力成正比关系。因此,为了提高器械出手的初速度,要求加大对器械的作用力。完善的投掷技术,要求人体运用全身的力量,最后通过投掷臂将力量集中到器械上(铅球的重心,标枪的纵轴,铁饼的几何重心)。从这一点看出,发展投掷运动员的力量素质。在投掷训练中具有十分重要的意义。

当力一定时,力作用于器械的距离越长,则器械获得的初速度越大。这个用力距离是指过渡阶段结束,左脚着地瞬间最后用力开始器械所处的位置到器械出手点这一段器械运行的距离。为了加长投掷最后用力工作距离,在助跑 ( 或滑步、旋转 ) 与过渡阶段结束时,必须形成器械落后于人体的超越器械姿势。另一方面,在用力距离相等的情况下,作用力作用在器械上的时间越短,则器械获得的初速度也越大。因此,加长投掷工作距离,缩短投掷工作时间,能有效的提高器械出手的初速度,成为投掷技术的关键。

( 五 ) 流体作用力

人们身体锻炼中做投掷活动时,器械出手后是在空气运行,器械在流体介质内进行运动,必然要与流体发生接触,并相互作用,这种作用主要表现在动态作用方面。例如,铁饼、标枪出手后微逆风使器械获得上举力。逆风过大介质的作用力也具有阻碍运动的作用,从空气动力学的理论和实验中知道迎面空气阻力/的大小与物体截面积 S 、流体密度 P 迎面阻力系数 C ,以及物体对流体的相对速度 V 有关。

在决定投掷远度 S 2 的因素中,除了推铅球和掷链球由于器械是圆形,无论如何转动其空气阻力都不变,而且空气阻力与其它决定 S 2 因素的值相比较小,因而通常不考虑。在掷标枪和掷铁饼时,空气的阻力对 S 2 的值还会产生较大的影响。

器械飞行中空气阻力的大小是由器械飞行的垂直截面积和器械飞行的速度这两个因素决定的。虽然器械飞行的速度越快,空气阻力越大,但飞行速度是决定飞行远度的主要因素。因此,绝不能为了减小空气阻力而降低器械飞行的速度 ( 即降低器械的出手初速度 ) 。器械飞行的垂直截面积是由器械的形状和器械飞行时的倾斜角与飞行状态所决定,垂直截面积越大,空气阻力也越大。因此,投掷标枪和铁饼时,应控制好器械的出手角度和器械飞行时的倾斜角与飞行状态,同时要使器械按逆时针方向旋转保持稳定,以减小器械飞行的垂直截面积。

图 2-4-4 空气对器械的升力

器械在空中飞行时,除了受阻力作用以外,还受其他力的作用。其中对器械飞行远度起积极作用的是空气对器械的升力 ( 图 2-4-4) ,它能延长器械在空中的飞行距离。升力的大小,除了与器械飞行速度、器械倾斜角等因素有关外,风向和风速也是决定升力大小的因素。当在逆风情况下投掷标枪和铁饼时,气流对器械的阻力大,升力也大。如果升阻系数比值(升阻比)大,升力占优势时,器械飞行的距离也远。这就是为什么有时在逆风情况下掷标枪和掷铁饼时比无风和顺风时投得远的原因。因此,在掷标枪和掷铁饼时,要根据风向和风速,掌握好器械飞行的倾斜角和器械的出手角。通常在微逆风情况下投掷时,出手角和倾斜角要小些;在顺风情况下投掷时,出手角和倾斜角应大些。以减小空气的阻力作用和增加空气的升力作用。

从图 2-4-2 影响投掷远度的因素来看,决定 S 3 的值的三个因素基本上都受在取得 S 1 和 S 2 的值的过程中某些因素所制约。另外,在其他各种条件相同情况下,器械出手点高, S 3 的值就能大。因此,在可能情况下应提高器械出手点的高度。