知识学习六:重心和平衡(二)

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(续)
平衡的力学条件
体育运动中,会遇到一些静止和平衡的动作,例如各种手倒立、吊环十字支撑、水平支撑等静止用力动作,以及平衡木的平衡动作和技巧运动中的造型动作等,这些静止和平衡的动作,是有限制的运动结果。也就是说,运动是绝对的,静止是相对的,只有具备一定的条件,才会出现静止和平衡。这些条件是多方面的、复杂的,这儿只谈力学条件。
静止和平衡的力学条件是合力等于零,合力矩等于零。拔河时两对人马旗鼓相当,势均力敌,加在绳上的拉力大小相等、方向相反,这条绳子所受的合力等于零,它就处于暂时平衡状态,虽然两队人马都用了很大的力,但是绳子看上去却不动。肋木侧身平衡要依靠两臂在肋木上产生的力矩(上面手臂拉肋木,下面手臂推肋木)与重力矩相等,才能保持身体平衡(图5)。
一个物体处于静止状态,必然是合力和合力矩同时等于零。上述拔河例子中的绳子,其合力矩也等于零;肋木侧身平衡中的人体,其合力也为零。人体在水中无论处于哪一种平衡姿势,是平躺、斜躺还是垂直,都是浮力等于重力,合力等于零,而且浮心与重心是在一条垂线上,合力矩也等于零(图6)。有一个不等于零,人在水中就不能平衡。
平衡的分类
参考图7。
一、重心与支点的关系分为上支撑平衡——支点在重心上方的平衡,如各种悬垂平衡。下支撑平衡——支点在重心下方的平衡,如手倒立以及吊环水平支撑等;人体在地上站立也是一种下支撑平衡。
二、如果对一个平衡物体施加一个外力,使其失去原来平衡位置,那么,根据去掉这一破坏平衡的外力后,物体的平衡情况可分为下列三种。
随遇平衡——物体在去掉破坏平衡的外力后,能在任何位置保持平衡,因为其重心高度不变,例如一个球在光滑的地板上的平衡。
稳定平衡——`物体在去掉破坏平衡的外力后,能够恢复到原来的平衡位置,因为其重心位置升高,例如不倒翁、鞍马分腿骑撑的平衡等。上支撑的平衡,一般属于稳定平衡,如单杠悬垂。
不稳平衡——物体在去掉破坏平衡的外力后,不再回复到原来平衡的位置,因为其重心位置高度下降,例如手倒立和站力时的平衡等。下支撑的平衡,多数属于不稳平衡。
影响稳度的因素
一、重心高低
二、支撑面大小
支撑面不仅包括支撑点的接触面积,同时也包括这些支撑点边缘所围成的空间(图8、9)。
三、稳定角
当手提重物时(单侧负重),为了不使身体重心向负重侧移动,往往通过对侧手臂向侧张开、或上体倾向对侧、或整个身体倾向对侧等方法继续保持重心落在支撑面中心上(图10)。同样,在平衡木上走有向一侧倾倒趋势时,运动员会自动张开对侧手臂,使重心回到支撑面之内。由此可见,重心越是靠近支撑面中心,稳度就越大;重心越是接近支撑面边缘,稳度就越小。
力学上用稳定角来反映重心和支撑面对稳度的影响。重力作用线(重力垂线)和重心到支撑面边缘相应点连线之间的夹角,叫稳定角(图11)。稳定角大,稳度大;稳定角小,稳度小。虽然蹲踞式起跑重心位置较低,支撑面也大,但由于向前方的稳定角非常小,向前方的稳度也就很小,故有利于迅速起跑。
研究某一方位上的总稳度时,可使用平衡角的概念。平衡角等于某一方位上前后稳定角的总和(图12)。
四、质量
一个人不能在运动中突然增加或减少其质量,因此当同外力作用时,便向外力的方向弯曲身体,例如在强顶风中走路时,身体要朝前弯曲,在强顺风中走路时,身份要向后倾斜;或者是沿着外力方向增大支撑面,例如在接一个快球时,两脚要前后分开,在力的方向上加宽支撑面,这样在接球时就有“弹性”。篮球运动员经常要突然转换方向,如果转身时他的两脚靠得很近,惯性就会使他失去平衡或者转身速度减慢;如果两脚分开,在转身时非但不会摔倒,而且还能很快地转身。跳马落地时,两脚向前方伸出一些,有利于增加落地的稳定性。
五、摩擦力
人体平衡的特点
人体在有失去平衡的倾向时,能够经过视觉、本体感觉,在大脑的控制调节下,通过肌肉收缩重新造成平衡的力学条件,恢复平衡和保持平衡。人体的这种平衡能力通过训练可以不断增强,因而能够完成一些单从力学角度来看非常困难的平衡动作,例如单臂倒立、平衡木动作、高台停车以及走钢丝等高难度杂技动作。有训练和无训练的人,保持平衡的能力差别很大。
另外,本来是平衡的动作,由于视觉和心理因素的影响,可能失去平衡。例如,走独木桥时,由于桥是在一条激流的上空,又没有扶手,许多人会感到晕眩而失去平衡。若将同样的独木桥置于平地,则大多数人都会平稳地走过去。这种在平衡条件下使人失去平衡的现象,是心理因素造成的。遇到这种情况,让自己的眼睛集中在一个固定的物体上,不要看动乱的刺激物,情况会好得多。例如初学在平衡木上走路时,若将眼睛看在前方视线水平或稍上一点的固定物体上,就会减少紊乱刺激,易于掌握平衡。
加强意志训练,对避免上述情况也是很重要的。
在运动实践中,有时要保持平衡,如体操和技巧中的平衡动作、造型动作以及各种落地动作等,方法是使身体重心落在支撑面之内(图13)。武术中冲拳要求上体要正,也是为了使重心靠近支撑面中心。在运动实践中,有时也要冲破平衡,例如短跑的起跑、游泳的出发等,这时就要使身体重心尽量接近支撑面边缘。武术中的“四两拨千斤”,就是利用对方重心接近支撑面边缘时轻轻拔一下,使其失去平衡。