跳遠起跳腿受力分析 摘要：通過對起跳腿受力分析及能量轉化的研究，得出以下結論：從運動學特點上看，起跳過程是類似于起跳腳與地面非完全彈性碰撞的物理現象；膝關節的緩沖作用是膝關節受到“沖擊力矩”作用的結果；推導出的機械能與肌肉做功能轉化模擬圖表明，肌肉伸長后儲存的能量可能是碰撞發生后能量上傳的結果。 關鍵詞：碰撞緩沖 沖擊力矩 起跳過程中的能量轉化：從起跳腿受力分析可以看出：從起跳腿受力分析，起跳腿與地面呈非完全彈性碰撞；膝關節受力分析；本文通過對 和 的計算，得出當 為 時， 為 之后 的 。關鍵詞：起跳力 引言：伸肌的屈服收縮能力是運動中一切爆發力動作取得最佳力學效果的主要因素，這在跳躍起跳中尤為明顯[1]。
伸肌群屈從收縮的結果就是腿部的緩沖動作，屈從收縮與緩沖動作其實是本質與現象的關系，但對屈從收縮的機理卻眾說紛紜，有的教科書認為緩沖的機理是重力的作用[4]；有的認為是慣性的作用[5]；有的認為是外界扭矩作用的結果[2]；還有的學者認為是肌肉克服沖擊慣性力的作用[1]。可見緩沖過程中的受力十分復雜。下面將從起跳腳的受力變化和能量轉換的角度對起跳過程進行研究。 1 研究方法 1.1 文獻法 查閱關于起跳機制、運動生物力學、起跳技術分析等方面的研究文獻、專著，進行收集、整理、歸納和推導。 1.2 調查法 通過個別調查法，對有關專家就某些概念、理論的認定進行訪談。 2 結果與分析 2.1 起跳過程肌肉工作狀態及動作階段劃分 任何一種跳躍動作的起跳都是由人的意識所控制的，是人體肌肉主動收縮(內力)和運動支持器官與地面相互作用(產生外力)的必然結果[6]。因此，我們不能把起跳過程看作是物理學中描述的理想化的非完全彈性碰撞。但是，從運動學特性上看，起跳過程的外特性看作是類似于起跳腳與地面發生的非完全彈性碰撞的物理現象，并分為兩個階段:第一階段，從起跳腳接觸地面開始到屈肌收縮結束，為能量吸收階段(擠壓階段);第二階段為能量釋放階段(變形恢復)。
第一階段，起跳腳碰撞、擠壓地面后，均因內應力而發生變形，如地面的凹陷、跳高鞋海綿墊的塑性變形、膝關節的彎曲等。在此過程中，膝關節肌肉為了阻止膝關節的彎曲，進行屈服性收縮，這就是我們通常所說的緩沖。表1 起跳過程中肌肉工作狀態及動作階段劃分外力矩及外力矩與肌肉力矩力關系大于等于碰撞起跳階段劃分能量吸收階段能量釋放階段肌肉收縮形式屈服性收縮等長收縮限制性收縮技術表現落地緩沖推伸肌肉力量逐漸增大到最大后依次減小表1起跳過程第一階段為落地緩沖階段，肌肉工作類型為屈服性收縮和等長收縮。教科書上說落地瞬間肌肉克服的外力（沖擊力）最大，但這并不意味著此時肌肉力量最大。根據體外肌肉拉伸過程的力學研究，當充分激活的肌肉或肌纖維以適當的速度從一個恒定長度拉伸到另一個長度時，其末端記錄到的力量大于相同長度的最大等長力量，拉伸結束時肌肉力量是相同長度最大等長力量的兩倍，這就是所謂的“拉伸過程中的力量增強現象”[3]。因此，膝關節肌群的最大肌力可能出現在等長收縮結束、約束收縮開始的瞬間，此后膝關節肌群的力量緩慢減小，在足部離地時達到零。
在后縮階段，外力矩始終大于肌肉力矩，隨著肌肉被拉伸，緩沖動作幅度的增大，在等長收縮階段，二者相等。第二階段為伸展階段，肌肉做功類型為抑制收縮，隨著伸展動作完成，肌肉受力情況逐漸好轉，肌肉受力情況逐漸好轉。圖1 圖1 膝關節重力力矩與地面支撐力矩模擬 圖2 緩沖階段 1 起跳腿觸地 3 伸展階段 d2d1 髖關節觸地 x2.2 起跳時受力分析 潘會聚在改進的復合杠桿模型研究中認為，在伸展階段股四頭肌起主要作用，復合杠桿只在膝伸展的后半段起一定作用，但在后縮階段，復合杠桿可能起更大的作用[8]。根據“復合杠桿模型”，對膝關節外力矩進行模擬設計。圖1為起跳過程各階段重力力矩與地面支撐力矩仿真圖，其中N為支撐力，G為重力，d為杠桿臂，點O為膝關節（該模型不考慮碰撞過程中膝關節重心高度的變化和摩擦力的作用）。如圖1所示，膝關節同時作用于重力力矩（MG=G×d1）和地面支撐力矩（MN=N×d2），力矩的方向和正負按右手定則確定：1.起跳和落地階段：重力力矩和地面支撐力矩均為向內且為負，因此起跳腳落地時兩個力矩重疊；2.緩沖階段：當膝關節緩沖大于踝關節時，重力力矩為向內且為負，但支撐力矩為向外且為正，因此兩個力矩相互抵消； 3、伸展階段：隨著伸展動作的進行，兩個力矩向外、向正，為人體離開地面提供動力。
可見，落地時地面對腿部的沖擊物理學家張文明，實際上是地面支撐力矩和重力力矩同時作用的結果。研究表明，地面對人體的沖擊力可達體重的14倍[3]，所以把緩沖作用看作重力作用的結果，是不準確的。沖擊力隨著屈服收縮的結束而減小、消失，但其能量被轉化了。至于說它是慣性力，也不十分準確。慣性力是物體在加速運動參考系（非慣性參考系）中運動狀態的變化。為了應用牛頓定律來解釋它，引入了一種叫做慣性力的“虛擬力”[2]。它沒有施力者，也不符合力的三要素。當然不能說慣性力造成了腿部的緩沖作用，但研究慣性力對肢體擺動和人體代償運動的影響，是很有意義的。王寶成教授提出的“沖擊慣性壓力外力”作用表明膝關節肌群在做屈曲收縮時，受到復雜變化的綜合外力?！扼w育科學辭典》中提到外力矩和屈肌力矩的作用。其力學體系建立在下肢局部環節上，將緩沖看作以膝關節為軸的旋轉過程。局部環節的旋轉一般只提到重力力矩和肌肉力矩。因此認為膝關節受迫緩沖是膝關節受到“沖擊力矩”作用的結果，即重力力矩和地面支撐力矩的綜合作用。物體在受到外力作用時，其內部會產生不同的應力分布和變形形式。應力是物體在外界因素（如力、溫度等）作用下，狀態和體積發生變化時，物體任意截面上受到的力，是內力。
應力的傳遞伴隨著能量的轉換，應力的特點是聚集在薄弱環節，當人體某一面或某一點的應力超過承受范圍時，就會產生變形。在應力傳遞過程中，人體關節是應力集中的主要部位。在起跳過程中，膝關節肌肉的讓步收縮是為了防止應力過大造成膝關節過度彎曲，因此，在跳躍項目訓練中，加強肌肉的讓步做功能力是非常有意義的。2.3 碰撞時的功能性能量轉換有人（周承志、王寶成，1985）認為，人體飛行的動力來自于運動器官肌肉快速收縮產生的“爆發能”，而非“力”[6]。因此，探究起跳過程中的能量轉換是非常有意義的。 3.3.1人體肌肉組織對機械能的吸收與釋放圖2機械能與肌肉功能量轉換模擬圖碰撞吸收總能量肌肉負功肌肉正功T圖2機械能與肌肉功能量轉換模擬圖碰撞吸收總能量肌肉負功肌肉正功T2(s)Wt10由于拉伸時肌肉內沒有熱產物，意味著肌肉本身不消耗能量做負功，但其肌肉力量、SEC應變能及做正功的能力增加了2倍。因此本文推斷肌肉被拉伸后儲存的能量是碰撞后能量上傳的結果，而碰撞過程中損失的機械能理論上應該等于人體各環節吸收的機械能、熱能和塑性變形能之和。據此推導出機械能與肌肉功能量轉換的仿真圖，如圖2所示：1、0~t1時段，是碰撞后上傳能量給SEC儲存能量的過程，也是肌肉做負功的過程，儲存的能量相當于肌肉負功的值；2、t1~t2時段，是肌肉拉伸后主動收縮做2倍正功的過程。
可見膝關節的緩沖過程是肌肉能量傳遞轉換的主要階段，當然肌肉做正功的能量不僅僅來源于SEC儲存的能量，肌肉的主動收縮也是消耗身體能量做功的，起跳腿肌群與孤立肌肉的區別在于分布在踝、膝、髖三大關節，長度跨度、收縮起止時間也不同，因此能量轉換時間可能不同步，但肌肉動作時間和能量轉換一般集中在上述兩個時間段。落地過程中，身體承受的沖擊力使碰撞后的被動解剖組織（韌帶、軟骨等）和肌肉吸收機械能，會對身體造成損傷，從而激活肌肉消耗機械能的能力，肌肉的這種能力可能對保護被動解剖結構非常有益。 3.3.2 碰撞后能量轉化及訓練指導 起跳所需的能量除了來自于碰撞過程中的能量轉化外，還有一部分來自于肌肉的主動收縮，根據肌肉組織對機械能的吸收與釋放物理學家張文明，碰撞后總機械能的轉化如下，如圖3所示： 碰撞前總機械能 碰撞前總機械能 熱能 被動解剖組織和肌肉吸收的機械能 塑性變形能 起跳能量 肌肉主動收縮能量 圖3 起跳能量轉化圖 流體交換 碰撞發生后，除了碰撞區附近地面的塑性變形、屈曲、起皺、穿透(鞋釘)以及涉及起跳腳周圍流體的能量交換與吸收外，其余能量都會轉化為被動解剖組織和肌肉吸收的機械能。
因此，起跳能量的來源是碰撞后解剖組織和肌肉被動吸收的機械能與肌肉主動收縮產生的機械能之和。在起跳技術訓練過程中，應盡力提高機械能的合理轉化。首先應提高運動員的屈肌力量和退讓做功能力，給予合理的能量吸收與轉換時間，并不是起跳時間越短越好；同時應減少塑性變形的發生；再者應提高運動輔助器材的剛性，如釘鞋的鞋底設計，應防止應力對人體的損傷，減少能量的損失。 3 結論通過對起跳腿做功過程中受力分析及能量轉換的研究，得出以下結論：3.1 起跳并不等同于物理學上理想化的碰撞，但從運動學特性上看，起跳過程是類似于起跳腳與地面非完全彈性碰撞的物理現象，起跳過程分為能量吸收階段和能量釋放階段。3.2 膝關節的緩沖作用是“沖擊力矩”作用于膝關節的結果，“沖擊力矩”實際上是重力力矩和地面支撐力矩的綜合作用。3.3 推導出機械能與肌肉做功能相互轉換的仿真圖，表明拉伸肌肉中儲存的能量是碰撞后能量上傳的結果，起跳能量的來源是碰撞后解剖組織和肌肉被動吸收的機械能與肌肉主動收縮產生的機械能之和。參考文獻 [1]王寶成.王川.田徑運動理論創新探索.[M]北京體育大學出版社.2021:50-70。 [2]中華體育學會.香港體育學院.體育科學詞典[M]高等教育出版社.2021:102-115。 [3] M..運動生物力學.[M]人民體育出版社.2021:56-68。 [4]運動生物力學編輯組.運動生物力學.[M]高等教育出版社.2021:303-307。 [5]全國體育院校教材委員會.田徑運動高級教程.[M]人民體育出版社.1994:36-37。 [6]周承志.王寶成.人體起跳機制與起跳效應研究.[J]西安體育學院學報。 1985, 04: 1-3 [7]張文明等.基于ANSYS/LS-DYNA的橋梁碰撞分析.[J]中國水運.2021, 6(11): 21-23。 [8]潘會菊.人體膝關節復雜杠桿模型的修正.[J]體育科學.2021, 20(2): 88-90。 論大學生的寫作能力 寫作能力是對自身積累的信息進行選擇、提取、加工、變換并形成書面文字的能力。
積累是寫作的基礎，積累越扎實，寫作的基礎就越牢固，文章才能根深蒂固、生機勃勃。沒有積累，就永遠寫不出文章來。寫作能力是每個大學生必須具備的能力，從高校整體情況看，大學生的寫作能力是比較欠缺的。 1、大學生應用寫作能力的定義 那么，大學生的寫作能力到底是什么意思呢？葉圣陶先生曾說過：“大學畢業生不一定能寫小說、寫詩，但一定要寫工作、生活中實用的文章，而且要寫得通順、寫得扎實?！睂τ诖髮W生的寫作能力應該包括哪些內容，可能有很多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認為：大學生的寫作能力應該包括應用寫作能力和文學寫作能力，前者是必備的，后者是“不一定”需要的，有則更好。眾所周知，對于大學生來說，畢業論文是必須寫的。我認為論文寫作能力可以納入應用文寫作能力之中。大學生寫作能力的體現往往集中在畢業論文的寫作上。本科畢業論文無論對學生個人，還是對院系、學院來說都非常重要。如何提高本科畢業論文的質量和水平，已經成為教育行政部門和高校都十分重視的重要課題。如何提高大學生寫作能力的問題必須引起社會的廣泛關注，提出對策，落實解決。2、大學生應用文寫作困難的原因：（一）高校寫作課程結構不合理。
從我國大多數高校的學科設置來看，除了中文專業有系列寫作課程外，其他專業的學生只有熱門的《大學語文》課程。提高學生的寫作能力是一項艱巨而復雜的任務，而我們的課程設置只把這個任務交給了大學語文教師。但大學語文教師要在有限的課時內普及相關經典知識，適度提高學生的鑒賞能力，并教會學生寫作的規律，提高寫作能力，完成這項任務確實很難。（二）應用寫作的普及性不受重視。《大學語文》教育被嚴重“邊緣化”。目前，對語文的態度是冷漠的，但全民學英語的風氣卻很好。中小學如此，大學更是如此。我們的母語——漢語在大學里被忽視，沒有相關的課程設置，沒有系統的學習和實踐訓練，這其實是國人的一種偏見。應用寫作有自己的規律和方法。一個人學識淵博，可以寫小說、詩歌、戲劇等，但如果不了解應用文寫作的特點和方法，就寫不出好的應用文。（三）一些大學生學習態度不正確。許多非中文專業的大學生，把寫作學習和訓練的重點放在《大學語文》這門課上，大多數學生只愿意被動接受大學語文老師講授的經典文學故事，而對于需要動手、動腦的作文，則盡量應付，這當然不會提高大學生的寫作水平。
（四）教師實踐教學不強。提高學生的寫作能力是一項艱巨而復雜的工作貝語網校，但在教學中，許多教師過于重視理論知識，而往往忽視實踐教學。理論講得很多，但實踐幾乎沒有，訓練少得可憐。閱讀和寫作都需要很強的實踐操作性。學習理論必不可少，但閱讀方法和寫作技巧的掌握才是最重要的。由于以上原因，我們大學生的寫作水平實在令人堪憂。那么如何走出這種困境呢？筆者提出幾點建議，希望對提高大學生的寫作水平有所幫助。三、提高大學生應用寫作能力的對策（一）把“應用寫作”課程作為大學生的必修課。在我國的每一所大學，“應用寫作”都應該是大學生的必修課。因為在這個被一些人形容為實用主義和功利主義的時代，也是個人生存競爭最激烈的時代。人們比任何一個時代都更需要學會寫實用的文章，比如職場競爭中的求職信，生活中的財務文件、法律文件等等，以提高個人的生存競爭力。（二）端正大學生的學習態度。首先，大學生要充分認識到應用文寫作的重要性，應用文寫作關系到我們生活的方方面面，比如就業、談戀愛、理財、人際交往等等，是一些需要終生運用的基本知識，也是必備的生存技能。其次，應用文寫作有自己的規律和方法。
寫文章不是想寫就能寫的，它有嚴格的格式要求，需要系統的研究和學習。最后，應用文課程實踐性很強，學生不能只學不練，要克服懶惰的壞習慣，認真學習，刻苦練習，為以后的工作和生活打下堅實的基礎。（3）重視實踐訓練。提高大學生的應用文寫作能力，應用文寫作必不可少。要想讓學生真正具備應用文寫作能力，必須重視應用文寫作訓練，努力把理論教學與寫作訓練緊密結合起來。在教學過程中，教師要適當壓縮理論教學部分，更多地注重應用文寫作。