跳远起跳腿受力分析 摘要：通过对起跳腿受力分析及能量转化的研究，得出以下结论：从运动学特点上看，起跳过程是类似于起跳脚与地面非完全弹性碰撞的物理现象；膝关节的缓冲作用是膝关节受到“冲击力矩”作用的结果；推导出的机械能与肌肉做功能转化模拟图表明，肌肉伸长后储存的能量可能是碰撞发生后能量上传的结果。 关键词：碰撞缓冲 冲击力矩 起跳过程中的能量转化：从起跳腿受力分析可以看出：从起跳腿受力分析，起跳腿与地面呈非完全弹性碰撞；膝关节受力分析；本文通过对 和 的计算，得出当 为 时， 为 之后 的 。关键词：起跳力 引言：伸肌的屈服收缩能力是运动中一切爆发力动作取得最佳力学效果的主要因素，这在跳跃起跳中尤为明显[1]。
伸肌群屈从收缩的结果就是腿部的缓冲动作，屈从收缩与缓冲动作其实是本质与现象的关系，但对屈从收缩的机理却众说纷纭，有的教科书认为缓冲的机理是重力的作用[4]；有的认为是惯性的作用[5]；有的认为是外界扭矩作用的结果[2]；还有的学者认为是肌肉克服冲击惯性力的作用[1]。可见缓冲过程中的受力十分复杂。下面将从起跳脚的受力变化和能量转换的角度对起跳过程进行研究。 1 研究方法 1.1 文献法 查阅关于起跳机制、运动生物力学、起跳技术分析等方面的研究文献、专著，进行收集、整理、归纳和推导。 1.2 调查法 通过个别调查法，对有关专家就某些概念、理论的认定进行访谈。 2 结果与分析 2.1 起跳过程肌肉工作状态及动作阶段划分 任何一种跳跃动作的起跳都是由人的意识所控制的，是人体肌肉主动收缩(内力)和运动支持器官与地面相互作用(产生外力)的必然结果[6]。因此，我们不能把起跳过程看作是物理学中描述的理想化的非完全弹性碰撞。但是，从运动学特性上看，起跳过程的外特性看作是类似于起跳脚与地面发生的非完全弹性碰撞的物理现象，并分为两个阶段:第一阶段，从起跳脚接触地面开始到屈肌收缩结束，为能量吸收阶段(挤压阶段);第二阶段为能量释放阶段(变形恢复)。
第一阶段，起跳脚碰撞、挤压地面后，均因内应力而发生变形，如地面的凹陷、跳高鞋海绵垫的塑性变形、膝关节的弯曲等。在此过程中，膝关节肌肉为了阻止膝关节的弯曲，进行屈服性收缩，这就是我们通常所说的缓冲。表1 起跳过程中肌肉工作状态及动作阶段划分外力矩及外力矩与肌肉力矩力关系大于等于碰撞起跳阶段划分能量吸收阶段能量释放阶段肌肉收缩形式屈服性收缩等长收缩限制性收缩技术表现落地缓冲推伸肌肉力量逐渐增大到最大后依次减小表1起跳过程第一阶段为落地缓冲阶段，肌肉工作类型为屈服性收缩和等长收缩。教科书上说落地瞬间肌肉克服的外力（冲击力）最大，但这并不意味着此时肌肉力量最大。根据体外肌肉拉伸过程的力学研究，当充分激活的肌肉或肌纤维以适当的速度从一个恒定长度拉伸到另一个长度时，其末端记录到的力量大于相同长度的最大等长力量，拉伸结束时肌肉力量是相同长度最大等长力量的两倍，这就是所谓的“拉伸过程中的力量增强现象”[3]。因此，膝关节肌群的最大肌力可能出现在等长收缩结束、约束收缩开始的瞬间，此后膝关节肌群的力量缓慢减小，在足部离地时达到零。
在后缩阶段，外力矩始终大于肌肉力矩，随着肌肉被拉伸，缓冲动作幅度的增大，在等长收缩阶段，二者相等。第二阶段为伸展阶段，肌肉做功类型为抑制收缩，随着伸展动作完成，肌肉受力情况逐渐好转，肌肉受力情况逐渐好转。图1 图1 膝关节重力力矩与地面支撑力矩模拟 图2 缓冲阶段 1 起跳腿触地 3 伸展阶段 d2d1 髋关节触地 x2.2 起跳时受力分析 潘会聚在改进的复合杠杆模型研究中认为，在伸展阶段股四头肌起主要作用，复合杠杆只在膝伸展的后半段起一定作用，但在后缩阶段，复合杠杆可能起更大的作用[8]。根据“复合杠杆模型”，对膝关节外力矩进行模拟设计。图1为起跳过程各阶段重力力矩与地面支撑力矩仿真图，其中N为支撑力，G为重力，d为杠杆臂，点O为膝关节（该模型不考虑碰撞过程中膝关节重心高度的变化和摩擦力的作用）。如图1所示，膝关节同时作用于重力力矩（MG=G×d1）和地面支撑力矩（MN=N×d2），力矩的方向和正负按右手定则确定：1.起跳和落地阶段：重力力矩和地面支撑力矩均为向内且为负，因此起跳脚落地时两个力矩重叠；2.缓冲阶段：当膝关节缓冲大于踝关节时，重力力矩为向内且为负，但支撑力矩为向外且为正，因此两个力矩相互抵消； 3、伸展阶段：随着伸展动作的进行，两个力矩向外、向正，为人体离开地面提供动力。
可见，落地时地面对腿部的冲击物理学家张文明，实际上是地面支撑力矩和重力力矩同时作用的结果。研究表明，地面对人体的冲击力可达体重的14倍[3]，所以把缓冲作用看作重力作用的结果，是不准确的。冲击力随着屈服收缩的结束而减小、消失，但其能量被转化了。至于说它是惯性力，也不十分准确。惯性力是物体在加速运动参考系（非惯性参考系）中运动状态的变化。为了应用牛顿定律来解释它，引入了一种叫做惯性力的“虚拟力”[2]。它没有施力者，也不符合力的三要素。当然不能说惯性力造成了腿部的缓冲作用，但研究惯性力对肢体摆动和人体代偿运动的影响，是很有意义的。王宝成教授提出的“冲击惯性压力外力”作用表明膝关节肌群在做屈曲收缩时，受到复杂变化的综合外力。《体育科学辞典》中提到外力矩和屈肌力矩的作用。其力学体系建立在下肢局部环节上，将缓冲看作以膝关节为轴的旋转过程。局部环节的旋转一般只提到重力力矩和肌肉力矩。因此认为膝关节受迫缓冲是膝关节受到“冲击力矩”作用的结果，即重力力矩和地面支撑力矩的综合作用。物体在受到外力作用时，其内部会产生不同的应力分布和变形形式。应力是物体在外界因素（如力、温度等）作用下，状态和体积发生变化时，物体任意截面上受到的力，是内力。
应力的传递伴随着能量的转换，应力的特点是聚集在薄弱环节，当人体某一面或某一点的应力超过承受范围时，就会产生变形。在应力传递过程中，人体关节是应力集中的主要部位。在起跳过程中，膝关节肌肉的让步收缩是为了防止应力过大造成膝关节过度弯曲，因此，在跳跃项目训练中，加强肌肉的让步做功能力是非常有意义的。2.3 碰撞时的功能性能量转换有人（周承志、王宝成，1985）认为，人体飞行的动力来自于运动器官肌肉快速收缩产生的“爆发能”，而非“力”[6]。因此，探究起跳过程中的能量转换是非常有意义的。 3.3.1人体肌肉组织对机械能的吸收与释放图2机械能与肌肉功能量转换模拟图碰撞吸收总能量肌肉负功肌肉正功T图2机械能与肌肉功能量转换模拟图碰撞吸收总能量肌肉负功肌肉正功T2(s)Wt10由于拉伸时肌肉内没有热产物，意味着肌肉本身不消耗能量做负功，但其肌肉力量、SEC应变能及做正功的能力增加了2倍。因此本文推断肌肉被拉伸后储存的能量是碰撞后能量上传的结果，而碰撞过程中损失的机械能理论上应该等于人体各环节吸收的机械能、热能和塑性变形能之和。据此推导出机械能与肌肉功能量转换的仿真图，如图2所示：1、0~t1时段，是碰撞后上传能量给SEC储存能量的过程，也是肌肉做负功的过程，储存的能量相当于肌肉负功的值；2、t1~t2时段，是肌肉拉伸后主动收缩做2倍正功的过程。
可见膝关节的缓冲过程是肌肉能量传递转换的主要阶段，当然肌肉做正功的能量不仅仅来源于SEC储存的能量，肌肉的主动收缩也是消耗身体能量做功的，起跳腿肌群与孤立肌肉的区别在于分布在踝、膝、髋三大关节，长度跨度、收缩起止时间也不同，因此能量转换时间可能不同步，但肌肉动作时间和能量转换一般集中在上述两个时间段。落地过程中，身体承受的冲击力使碰撞后的被动解剖组织（韧带、软骨等）和肌肉吸收机械能，会对身体造成损伤，从而激活肌肉消耗机械能的能力，肌肉的这种能力可能对保护被动解剖结构非常有益。 3.3.2 碰撞后能量转化及训练指导 起跳所需的能量除了来自于碰撞过程中的能量转化外，还有一部分来自于肌肉的主动收缩，根据肌肉组织对机械能的吸收与释放物理学家张文明，碰撞后总机械能的转化如下，如图3所示： 碰撞前总机械能 碰撞前总机械能 热能 被动解剖组织和肌肉吸收的机械能 塑性变形能 起跳能量 肌肉主动收缩能量 图3 起跳能量转化图 流体交换 碰撞发生后，除了碰撞区附近地面的塑性变形、屈曲、起皱、穿透(鞋钉)以及涉及起跳脚周围流体的能量交换与吸收外，其余能量都会转化为被动解剖组织和肌肉吸收的机械能。
因此，起跳能量的来源是碰撞后解剖组织和肌肉被动吸收的机械能与肌肉主动收缩产生的机械能之和。在起跳技术训练过程中，应尽力提高机械能的合理转化。首先应提高运动员的屈肌力量和退让做功能力，给予合理的能量吸收与转换时间，并不是起跳时间越短越好；同时应减少塑性变形的发生；再者应提高运动辅助器材的刚性，如钉鞋的鞋底设计，应防止应力对人体的损伤，减少能量的损失。 3 结论通过对起跳腿做功过程中受力分析及能量转换的研究，得出以下结论：3.1 起跳并不等同于物理学上理想化的碰撞，但从运动学特性上看，起跳过程是类似于起跳脚与地面非完全弹性碰撞的物理现象，起跳过程分为能量吸收阶段和能量释放阶段。3.2 膝关节的缓冲作用是“冲击力矩”作用于膝关节的结果，“冲击力矩”实际上是重力力矩和地面支撑力矩的综合作用。3.3 推导出机械能与肌肉做功能相互转换的仿真图，表明拉伸肌肉中储存的能量是碰撞后能量上传的结果，起跳能量的来源是碰撞后解剖组织和肌肉被动吸收的机械能与肌肉主动收缩产生的机械能之和。参考文献 [1]王宝成.王川.田径运动理论创新探索.[M]北京体育大学出版社.2021:50-70。 [2]中华体育学会.香港体育学院.体育科学词典[M]高等教育出版社.2021:102-115。 [3] M..运动生物力学.[M]人民体育出版社.2021:56-68。 [4]运动生物力学编辑组.运动生物力学.[M]高等教育出版社.2021:303-307。 [5]全国体育院校教材委员会.田径运动高级教程.[M]人民体育出版社.1994:36-37。 [6]周承志.王宝成.人体起跳机制与起跳效应研究.[J]西安体育学院学报。 1985, 04: 1-3 [7]张文明等.基于ANSYS/LS-DYNA的桥梁碰撞分析.[J]中国水运.2021, 6(11): 21-23。 [8]潘会菊.人体膝关节复杂杠杆模型的修正.[J]体育科学.2021, 20(2): 88-90。 论大学生的写作能力 写作能力是对自身积累的信息进行选择、提取、加工、变换并形成书面文字的能力。
积累是写作的基础，积累越扎实，写作的基础就越牢固，文章才能根深蒂固、生机勃勃。没有积累，就永远写不出文章来。写作能力是每个大学生必须具备的能力，从高校整体情况看，大学生的写作能力是比较欠缺的。 1、大学生应用写作能力的定义 那么，大学生的写作能力到底是什么意思呢？叶圣陶先生曾说过：“大学毕业生不一定能写小说、写诗，但一定要写工作、生活中实用的文章，而且要写得通顺、写得扎实。”对于大学生的写作能力应该包括哪些内容，可能有很多种理解，但从叶圣陶先生的谈话中，我认为：大学生的写作能力应该包括应用写作能力和文学写作能力，前者是必备的，后者是“不一定”需要的，有则更好。众所周知，对于大学生来说，毕业论文是必须写的。我认为论文写作能力可以纳入应用文写作能力之中。大学生写作能力的体现往往集中在毕业论文的写作上。本科毕业论文无论对学生个人，还是对院系、学院来说都非常重要。如何提高本科毕业论文的质量和水平，已经成为教育行政部门和高校都十分重视的重要课题。如何提高大学生写作能力的问题必须引起社会的广泛关注，提出对策，落实解决。2、大学生应用文写作困难的原因：（一）高校写作课程结构不合理。
从我国大多数高校的学科设置来看，除了中文专业有系列写作课程外，其他专业的学生只有热门的《大学语文》课程。提高学生的写作能力是一项艰巨而复杂的任务，而我们的课程设置只把这个任务交给了大学语文教师。但大学语文教师要在有限的课时内普及相关经典知识，适度提高学生的鉴赏能力，并教会学生写作的规律，提高写作能力，完成这项任务确实很难。（二）应用写作的普及性不受重视。《大学语文》教育被严重“边缘化”。目前，对语文的态度是冷漠的，但全民学英语的风气却很好。中小学如此，大学更是如此。我们的母语——汉语在大学里被忽视，没有相关的课程设置，没有系统的学习和实践训练，这其实是国人的一种偏见。应用写作有自己的规律和方法。一个人学识渊博，可以写小说、诗歌、戏剧等，但如果不了解应用文写作的特点和方法，就写不出好的应用文。（三）一些大学生学习态度不正确。许多非中文专业的大学生，把写作学习和训练的重点放在《大学语文》这门课上，大多数学生只愿意被动接受大学语文老师讲授的经典文学故事，而对于需要动手、动脑的作文，则尽量应付，这当然不会提高大学生的写作水平。
（四）教师实践教学不强。提高学生的写作能力是一项艰巨而复杂的工作贝语网校，但在教学中，许多教师过于重视理论知识，而往往忽视实践教学。理论讲得很多，但实践几乎没有，训练少得可怜。阅读和写作都需要很强的实践操作性。学习理论必不可少，但阅读方法和写作技巧的掌握才是最重要的。由于以上原因，我们大学生的写作水平实在令人堪忧。那么如何走出这种困境呢？笔者提出几点建议，希望对提高大学生的写作水平有所帮助。三、提高大学生应用写作能力的对策（一）把“应用写作”课程作为大学生的必修课。在我国的每一所大学，“应用写作”都应该是大学生的必修课。因为在这个被一些人形容为实用主义和功利主义的时代，也是个人生存竞争最激烈的时代。人们比任何一个时代都更需要学会写实用的文章，比如职场竞争中的求职信，生活中的财务文件、法律文件等等，以提高个人的生存竞争力。（二）端正大学生的学习态度。首先，大学生要充分认识到应用文写作的重要性，应用文写作关系到我们生活的方方面面，比如就业、谈恋爱、理财、人际交往等等，是一些需要终生运用的基本知识，也是必备的生存技能。其次，应用文写作有自己的规律和方法。
写文章不是想写就能写的，它有严格的格式要求，需要系统的研究和学习。最后，应用文课程实践性很强，学生不能只学不练，要克服懒惰的坏习惯，认真学习，刻苦练习，为以后的工作和生活打下坚实的基础。（3）重视实践训练。提高大学生的应用文写作能力，应用文写作必不可少。要想让学生真正具备应用文写作能力，必须重视应用文写作训练，努力把理论教学与写作训练紧密结合起来。在教学过程中，教师要适当压缩理论教学部分，更多地注重应用文写作。