健美操運動是我國體育運動的一個新興項目。
它來自于生活，來自于人類對人體健與美的追求。
難度動作的編排和完成情況是影響競技健美操水平的重要因素。國際體聯 FIG,2001-2004 年（ 2003 年版） 難度評分規則中共有 4 組 342 個難度動作。其 中 C 組 跳 躍 類 難 度 動 作 185 個，占54. 09% ,且有不斷遞增之勢。這足以表明 C 組難度動作的完成情況對整套動作的評定具有至關重要的作用。世界競技健美操諸強的套路編排中也以大量高分值的 C 組難度動作的編排作為得分利器。筆者從運動生物力學的研究角度切入，運用有關運動學理論對競技健美操 C 組難度中 0. 6 分值的轉體 180°直體屈曲成俯撐（ C546） 難度動作進行研究與分析，對該動作的力學基礎理論進行綜合分析，希望能給廣大健美操工作者以幫助。
1 研究對象與方法
1. 1 研究對象以武漢體育學院健美操隊三名不同運動等級的男性運動員為測試對象，基本情況見表 1.【1】
1. 2 研究方法利用兩臺日產松下 NV-MD9000 攝像機采用定點、定焦、定距的方式進行同步（ 外同步） 拍攝，曝光時間為1/500s,頻率為 50f/s; 采用美國 ARIEL 三維圖像解析系統對運動員的技術動作進行解析。
2 結果與分析
2. 1 三名運動員身體重心速度特征分析李智在 X 方向上的速度最大為 1. 739m/s; 嚴躍輝在 Y 方向上的速度最大為 0. 782m/s; 劉號在身體下降觸地時最大速度為 3. 397m/s.從圖 1 曲線可見，三名被試對象在助跑起跳階段水平運動速度均呈快速上升波形。這是由于 C546 難度動作要求運動員一步助跑的原因。嚴躍輝在一步蹬伸時，身體重心隨即在垂直方向完成起跳，而另外兩名運動員則有一個向前、向上運動的過程。
身體重心速度在 Y 軸左右方向上的特征，直觀反映了運動員在完成前進式轉體類動作時，肢體平衡控制能力的強弱。三名測試對象在助跑、蹬伸過程中，均保持了良好的平衡性，即沒有出現幅度過大的左右晃動現象。李智最大的 Y 軸重心速度0. 717m / s 出現在 1. 420s 處，為轉體階段； 嚴躍輝也于 轉 體 階 段 出 現 了 最 大 Y 軸 重 心 速 度0. 782m / s; 而劉號則在 2. 0s 時，出現 0. 938m / s 的Y 軸重心速度。其中劉號在轉體接臥撐時，身體左右移動幅度較大（ 見圖 2） .身體重心速度位于 Z 軸垂直方向的變化情況是反映該難度動作騰空高度、質量好壞、觀賞性如何的直接評價標準。踏跳階段，李智、嚴躍輝重心速度呈加速上升過程，嚴躍輝達到 2. 144m/s,大于李智的 1. 896m/s; 而劉號的起跳準備時間過長，其速度只有 1. 621m/s,是影響其蹬伸垂直速度的因素之一。嚴躍輝在蹬伸轉體過程中重心速率最快，與其身高較高有一定的關系。在起跳高度相差不大的前提下，需要提高轉體速率，來減少完成動作所要消耗的時間。這也符合運動生物力學中增大轉動速度從而來減少轉動慣量的相關理論。
2. 2 三名運動員身體重心位移特征分析李智、嚴躍輝、劉號三人在完成該動作過程中，身體在 Y（ 左右） 方向的位移偏轉幅度均較小。在 X（ 水平） 方向上，李智重心位移運動了 0. 696m; 嚴躍輝重心位移運動了 0. 809m; 劉號則為 0. 771m.
C546 難度動作決定了運動員在保持水平方向運動的同時，其左右方向不產生較大的運動幅度，而在垂直方向，由于伴隨助跑起跳與蹬伸騰空會出現重心垂直位移現象。Y 軸方向上，李智的身體平衡控制力最突出，由其曲線的近似水平，即反映其身體空中姿態較好，未出現左右晃動現象； 嚴躍輝、劉號則在動作結束時，身體出現左右方向上的位移移動，其中劉號最為明顯。這與以上所述的 Y 軸重心速度變化也是呈對應關系的。因為此時肌肉做退讓性工作來更好地使拉長的肌肉進行后繼性收縮，將彈性勢能轉化為動能，從而產生控制肢體穩定的必要能量。
這些來自于腰背等核心肌群的收縮。遞增的雙波峰圖形反映了運動員在 Z 軸方向上兩次起跳中重心垂直位移的變化情況。在助跑起跳時刻，李智、嚴躍輝的起跳高度相差不大，基本達到 0. 8m; 而當第二次蹬伸起跳時，李智的重心則達到最高為 1. 048m,其余二者均低于此高度。其中劉號的兩次起跳高度均低于前兩名運動員。此差異除了應考慮訓練水平、技術動作、力量差異外，還應考慮運動員的身高、體重等影響因素。
2. 3 三名運動員完成 C546 難度動作的時間特征三名運動員在完成此動作時，劉號的起跳蹬伸準備時間較長，為0.8s; 嚴躍輝空中轉體上挺的用時最短，僅用時 0. 48s 完成。因此嚴躍輝完成整個動作所用總時間只有 2. 580s; 李智完成該動作所用總時間為2.66s; 劉號用時2.72s 完成該動作（ 見表2） 【2】
運動生物力學肌肉學說強調肌肉的松弛原理。
緩沖時間過長不利于肌肉彈性勢能的利用[44],因此，起跳緩沖階段應在最大拉長肌肉初長度的情況下，減少用時。劉號的助跑用時 0. 800s 就顯得過長。但這并不是一味的要求縮短起跳助跑時間，而是要求在有效的時間內使關節、肌肉充分牽拉、伸展至可以獲得更大的反作用力的前提下，以達到身體獲得更大沖量的目的。如若只以單純的減少啟動時間為目的，而下肢各肌肉、關節沒有得到牽拉到位，就不足以產生較大的沖量。
在上升階段完成轉體 180°并屈曲軀干，壓低重心，軀干和腿部都要進行快速收縮，兩腿伸展與軀干接近成平行直線。這就對在有限的空間內完成復雜肢體動作的難度提出了要求。身材適中、力量素質優秀、騰空高度出色的運動員就可以順利地達到完成此動作的相關要求。嚴躍輝在蹬伸起跳過程中用時最短，其實就是由該運動員的身高所決定的。嚴躍輝身材較高的特點決定了其必須通過提高轉動速度來完成減小轉動慣量的要求，否則就無法完成該動作的空中轉體上挺要求； 而提高轉動速度則相應要求肌肉的爆發力提高，這就在時間上有所體現。
2. 4 三名運動員完成 C546 難度動作的髖、膝關節速度特征分析李智助跑踏跳至重心第一個低點時，右膝最大屈曲 角 度 為 136. 29°，左 膝 最 大 屈 曲 角 度 為122. 14°，騰空轉體時刻，右膝最大屈曲角度為77. 99°，左膝在同等狀態下的屈曲角度為 70. 94°；嚴躍輝在騰空轉體前，左右膝關節屈曲角度較接近，達到 96°左右，而踏跳時刻，重心最低點處，右膝屈曲只有 159. 16°，左膝屈曲則有 121. 43°； 劉號在踏 跳 時 刻，重 心 最 低 點 處，右 膝 屈 曲 只 有142. 70°，左膝屈曲則有 122. 29°。
此外，三名運動員在兩腿落地緩沖時，左右兩腿膝關節速度相差都很小，說明此刻兩腿動作幅度已基本同步。此后左右膝關節速度均呈下降趨勢，關節速度達到第一波谷時，是為兩腿落地緩沖最大后開始蹬伸騰空動作。至騰空轉體至重心最高點時，李智左膝關節速度為 4. 731m/s,右膝關節速度為 4. 520m/s; 嚴 躍 輝 左 膝 4. 920m/s,右 膝4. 322m / s; 劉號左膝 4. 300m / s,右膝 4. 331m / s.
隨后肢體屈曲，兩腿抬伸與軀干呈水平近似，膝關節速度開始迅速增大，至軀干下壓時，雙腿打開，兩膝速度開始減小。左腿膝關節運動速度明顯比右腿要快，結合動作視頻分析，在腿部蹬離地面后，人體要做向左后轉體 180°，所以左膝腿會較右膝腿先擺動，為了帶動身體的向上騰空轉體，左腿的速度要比右腿速度要快。在兩腿蹬離地面后進入騰空階段，兩腿膝關節速度先迅速增大，至最大值后又迅速減小，左右腿膝關節向軀干收縮。隨后，軀干要進行下壓動作，故兩膝速度開始減小。在下降過程中，兩腿同時伸展與軀干成直線，兩腿膝關節又開始加速，在身體成俯撐落地瞬間，兩腿膝關節速度基本一致。在最后落地緩沖過程中，兩腿膝關節速度變化基本一致。
2. 5 三名運動員完成 C546 難度動作的髖、膝關節角度特征分析健美操評分規則中對于各個動作一大考量標準就是觀察其空中的身體姿態，而各動作的關節角度則直接反映身體姿態的優劣。髖、膝關節角度的變化情況，不僅與運動員髖、膝關節角的發力狀況對應，也與整個動作連貫性、完成程度息息相關。
在助跑起跳后的緩沖階段，三名運動員隨著身體重心的下降，膝關節夾角均出現了減小。這符合肌肉工作原理中拉長下肢肌群初長度的要求，即提高肌肉與肌腱的彈性勢能，增大下肢肌群的收縮力[47].運動生物力學肌肉松弛原理告訴我們，膝關節屈曲135°為最佳起跳角度，因此若要獲得良好的起跳效果，膝關節不能過度屈曲，也不能屈膝不足，否則肌肉會出現應力松弛現象，或產生主動力不足，導致其肌力下降。另外，膝關節的彎曲度增大也會導致起跳時間的延長，這對于爆發式蹬伸動作極為不利。因此，蹬伸緩沖過程應在一定范圍內保持較合理的膝關節屈曲角度，以達到縮減緩沖時間、增大起跳腿蹬地力量、提高起跳速度的目的。
在起跳蹬伸階段，兩髖角度呈明顯遞增趨勢，在蹬離地面瞬間，左、右髖角變化最大的為李智，其分別達到157.29°和 129. 45°左右，左右髖角速度為右髖2.29m/s,左髖 1. 82 m/s; 在騰空上升期，劉號的髖角角度于速度都處于最小值，其左髖角是 54°左右、右髖角是 46°左右，髖角速度為右髖0.4 m/s,左髖0.5 m/s; 嚴躍輝在空中轉體過程中，當重心處于最高點處，左右髖角分別為136.90°與 142. 20°，此時對應的髖角速度分別為1.3 m/s 與1.15 m/s.
3 結論
（ 1） 三名運動員均能較好地完成 C546 的難度動作，其關節用力順序基本符合運動生物力學的規律。其中李智、嚴躍輝動作穩定性較好，劉號落地穩定性欠佳，且在 Y 軸方向晃動幅度較大。
（ 2） 嚴躍輝在蹬踏騰空前的重心速度較快，與其身高較高存在一定的關系，但其并未產生最大的垂直方向的重心位移。
（ 3） 三名運動員騰空起跳階段的膝關節屈曲角度較小，不利于產生較大的騰空高度。
（ 4） 劉號的助跑準備時間過長，直接影響到其起跳高度與起跳速度。
參考文獻：
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[2] 黃璐，王金福。 競技健美操跳躍類難度動作的生物力學概析[J]. 河北體育學院學報，2005,9（ 19） : 73 ~74.
[3] 國際體操聯合會。 健美操競賽規則[R]. 2001 ~2004.
[4] 運動生物力學講義[Z]. 成都體育學院，1984.
