【原】花樣滑冰：高質(zhì)量的跳躍是如何完成的？

運動機能形態(tài)學 2023-01-27 發(fā)布于北京

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引言

花樣滑冰是冬奧比賽中一個極具觀賞性的冰上運動項目，它結(jié)合了技巧性和藝術(shù)性，運動員通過冰刀在冰面上劃出曲線，并表演跳躍和旋轉(zhuǎn)等高難度動作，用《洛神賦》中的話可以描述為 “翩若驚鴻，婉若游龍”。

我們可以看到冬奧比賽中王詩玥/柳鑫宇在冰面上時而快時而慢地旋轉(zhuǎn)，動作非常瀟灑優(yōu)美；可以看到羽生結(jié)弦起跳后身體突然快速旋轉(zhuǎn)去挑戰(zhàn)阿克賽爾四周跳 (Quad Axel，4A) ，這一從未有人在公開賽場上實現(xiàn)過的極限跳躍，非常令人驚嘆。同樣，也可以看到金博洋突破自我，戰(zhàn)勝了從前的自己，淚灑賽場，那一幕幕畫面都令我們動容。

那花樣滑冰運動員是如何做到這些高難度的跳躍動作的呢？

跳躍動作是花樣滑冰所有技術(shù)動作中難度最大的，也是花樣滑冰的靈魂和取勝的關(guān)鍵，所以教練員和運動員都極為重視。

根據(jù)跳躍動作的特點，可以劃分為助滑、滑行、起跳、空中和落冰五個階段。

壹

助滑階段

助滑是花樣滑冰跳躍動作的第一個階段，其目的主要是讓運動員獲得一定的初速度，該階段運動員主要做平動，也就是說整個身體大致朝一個方向運動，身體轉(zhuǎn)動的幅度很小。

貳

滑行階段

運動員要在滑行階段提高自己的滑行平行速度，為后面高質(zhì)量的跳躍做準備，平行速度的高低決定了運動員起跳后可以到達的“遠度”，并為落冰提供水平緩沖。

叁

起跳階段

起跳階段有兩個主要任務：

① 一個是使運動員獲得垂直冰面向上的速度，這個速度的大小決定了運動員的跳躍高度，在一定程度上也決定了騰空的時間，運動員要在這段時間內(nèi)完成預定的空中旋轉(zhuǎn)動作。

在這一瞬間的起跳動作就遵循著一個重要的力學定理--動量定理。為了產(chǎn)生豎直向上的速度，運動員起跳時要用力蹬冰，冰面就會對人體產(chǎn)生作用力，這個作用力通常有一個水平方向的分量和一個豎直向上的分量：

在此公式中，下標 z 表示垂直冰面向上的方向，等號左邊為運動員在豎直方向上動量的改變量： mvz2為起跳結(jié)束瞬間的動量，mvz1為起跳前一瞬間的動量。等號右邊的 Iz表示起跳過程中運動員受到豎直方向的力，所產(chǎn)生的沖量。當冰面作用力在豎直方向的分量大于運動員的重力時，這個沖量的方向豎直向上，運動員就獲得了一個向上的起跳速度。

② 起跳階段的第二個任務是讓運動員的身體轉(zhuǎn)動起來，為后續(xù)在空中以更高的速度旋轉(zhuǎn)做準備。

一方面，運動員通過助滑獲得了一定的速度，但這時候運動員主要做平動，起跳前運動員的雙腿可分為支撐腿和擺動腿，運動員可以通過支撐腿的突然制動，也就是身體偏心的制動使其運動形式發(fā)生改變，由平動轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動，這是運動員在起跳時實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的一個因素。

另一方面，運動員支撐腿的冰刀與冰面相互作用，冰面對冰刀的作用力對運動員起跳旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生力矩，這個力矩是讓運動員旋轉(zhuǎn)起來的另一個因素。比如我們站在地面上可以突然起跳并轉(zhuǎn)身，這就是因為地面對身體的作用力產(chǎn)生了一個力矩，這個力矩讓我們實現(xiàn)了身體的轉(zhuǎn)動。

肆

空中階段

在空中階段旋轉(zhuǎn)時，有一個很有意思的現(xiàn)象，那就是：運動員旋轉(zhuǎn)時，胳膊展開時旋轉(zhuǎn)并不快，但當運動員將胳膊收緊身體時旋轉(zhuǎn)速度會越來越快。這是物理現(xiàn)象：角動量守恒在起作用。

(L：角動量 m：物體質(zhì)量 r：物體轉(zhuǎn)動半徑m×r2：轉(zhuǎn)動慣量 ω：角速度）

角動量守恒：一個轉(zhuǎn)動的物體，在沒有外力矩的情況下，轉(zhuǎn)動慣量和角速度的乘積是不變的。轉(zhuǎn)動慣量描述各部分質(zhì)量與到轉(zhuǎn)動軸距離的關(guān)系，物體的質(zhì)量越大，質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸越遠，轉(zhuǎn)動慣量就越大。而角速度描述轉(zhuǎn)動快慢，角速度越大，轉(zhuǎn)動就越快。

所以，當運動員伸出雙臂和腿，質(zhì)量分布與轉(zhuǎn)軸距離遠，轉(zhuǎn)動慣量大，所以角速度慢；后來運動員收起雙臂和腿，質(zhì)量分布與轉(zhuǎn)軸近，轉(zhuǎn)動慣量變小，所以角速度就加快了。

伍

落冰階段

一個優(yōu)美的跳躍動作如果不配上穩(wěn)定且流暢的落冰，甚至摔倒，那么這個動作就會顯得頭重腳輕，甚至分數(shù)也會受到影響，但一個穩(wěn)定的落冰，需要依靠許多因素，同時也會受到前四步的影響。

落冰前，運動員的手臂和腿均有一定程度地打開，這就使得身體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量增大，身體旋轉(zhuǎn)的角速度減小，從而實現(xiàn)穩(wěn)定落冰。我們從落冰往前追溯，身體從落冰開始，重心會慣性的沿著自起跳開始的運動方向繼續(xù)移動，而已經(jīng)落冰的腳則對身體進行減速，重心需要一個“調(diào)整過程”才能“減速停下了”。否則重心遠離支撐腿就摔倒了。而此時，與運動方向相反的傾角，開始發(fā)揮作用，補償了重心快于落冰腿的運動，給了身體重心調(diào)整的時間。

以陀螺為例，我們平常在旋轉(zhuǎn)陀螺的時候會發(fā)現(xiàn)，如果剛開始的轉(zhuǎn)手動作沒有做好，那么陀螺會先“歪著”旋轉(zhuǎn)，慢慢地再回歸到與桌面垂直的旋轉(zhuǎn)，也就是一個自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為公轉(zhuǎn)的過程。而自轉(zhuǎn)相對于公轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速慢且不穩(wěn)定，這時就有一個“傾角”的修正問題，回到花樣滑冰旋轉(zhuǎn)，由于角動量守恒，當身體收緊時，傾角進動會逐漸變小，這一過程要越短越好，以便盡快運動員進入高速自轉(zhuǎn)過程。