动力学的基本任务,就是研究物体的运动和物体受力的 关系。因此,在武术运动中运用动力学的知识进行分析研 究,就是通过动力学的原理来研究武术运动员运动状态改变 的原因,测出各种力的大小、方向及变化情况,并研究它们 的规律。
在武术运动中,运动员身体都处在运动状态之中,运动 的速度不断变化。根据力学原理,任何物体产生运动或运动 速度发生变化,都是在力的作用下实现的。如;腾空跳跃动 作,身体的腾空;侧踹腿踹出的力等等。这些武术中最基本 的技术动作,都是力量作用的结果。尤其是武术强调直接对 抗,在实战中力量就占有更重要的地位了。
运用动力学知识分析技术动作时,不光只测出力量的大 小,还应该全面地测出用力的另向和随时间变化的情况。只
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有全面地测出用力的大小、方向、时向和变化情况。才能分 析出武术技术动作的合理性。如;跳跃动作的起跳技术,在测
试中,就必须要测出或计算出踏跳力量的大小、踏跳角度的' 大小、踏跳腿用力的时间和踏跳质量的变化情况等等。
力是动力学研究的一个基本内容。在武术中各种复杂的 动作,从外部形式看,都是人体机械运动的表现形式,都有 力的存在,有力的相互作用和相互转移。那么,武术中通常 提到的“内力”与“外力”包括哪些内容? “力”与“劲” 又有什么区别呢?
所谓“内力”就是人体内部各部分互相作用产生的力。 例如;肌肉力、韧带张力、软骨应力,骨的应力等都属于人 体内力。其中肌肉力是人体内力中的主动力或称可控力。而 “外力”则是相对来自人体外界作用于人体的力。例如;重 力支撑反作用力、摩擦力等。只有“外力”才能引起整个人 体运动状态的变化。
武术中提到的“劲”,是通过肢体运动表现出来的一种 融于武术技术的力。这种力是在意识支配下,通过气息吐纳「 和肌肉舒缩的有序化配合产生的,从大的方面讲,人体自身 的运动以“内力”为基础,内力牵动关节,产生人体各部位 间的相对运动。它作用于外界,可以克服阻力而使物体产生 运动,也可获得外界给予的反作用力,引起人体的整体运 动。武术运动中引起人体运动的“劲”,同样也是“内 力”。从这一点说,“劲”与“力”有相同的一面。但,武 术的“劲”与通常所说的力也有区别。首先,“力”是指大 脑指挥下的肌肉收缩力;而“劲”是意识支配下的气息吐纳 和肌肉舒缩,按照一定动作规格进行有序化配合产生的力。 因此.“劲”所包含的要素要比力多。另外,力作用外界时,. 往往是局部用力,而且作用面积大,压强相对地也就小了皿 而劲作用外界时,强调聚全身之力(整劲)发之于二点专故 作用面积小,压强相对地大了,也就是说攻击力强了。再次, 力是先天具有的本能,随意性较小,罂转滞钝,而劲是经过 意识支配,经“有序化”配合锻炼而获得的,同时加上'气息 吐纳的配合,因此,随意性较大,变转灵活。
为了能获得最大限度的力,我们在发力的过程中要注意 三点。(以冲拳为例)
1 .拳到击打目标要打最短距离。这样冲拳所需要的时间 就少了,拳对于身体有了一个初速度。
2 .注意拧腰。从生物力学角度来讲,可以得到一个来自 身体的旋转速度,这涉及到转动力学中的动量距问题。身体 要旋转,必须有一个外力来产生角动量,这个外力只能来自 脚下,通过脚与地面的摩擦等外力使腰拧转,这就是武术中 常提到的“力发于根节”。因此,在练习冲拳时,双脚要稍 内扣,感到地面向上的反作用力,这个力可以加大脚与地面 的摩擦力(静摩擦力)。’最大静摩擦力的公式是f = ^N°其 中,N为脚与地面的作用力,“为摩擦系数。
3.要注意制动。因为根据动量定理和动量矩定理,在制 动时,由于腰部停顿而给手臂一个反作用力,当然这时产生 制动的不仅是腰部,而且还有肩、胯、膝等部位的肌肉配 合。这时拳若在短时间内停住,拳的速度(几个速度的合 成),以动量的方式转化为力,这就会产生极大的爆发力, 它比单由拳直接打出的力量要大许多倍。在拳向前出击时腰 胯的制动,这个相对动作起了决定性的作用。
下面运用动力学的一般原理和公式来简单地计算一下在 神拳过程中,由于拧腰和制动而增加的爆发力。
假设拳对身体的速度为V。,腰拧转的角速度为3,另一 夕卜,拧腰带动手臂而给手臂上增加的速度为s = re, r为半个 宽肩.根据动量定理可知,增加的力;△F° = m—^—
在动量矩的传递转移过程中,往往是身体某些部分突然 急停制动,使这部分肢体的动量矩迅速转移传递给邻近部 分。在完成冲拳动作时也不例外。制动时,拧转的身体突然 停止,必须要有一个力作用于它。根据动量矩定理;
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MA t = I ? 2 - I ? j,而M = F ? r所以,F ? r = dt ,因为F 的方向是沿着旋转的切线方向,只需用标量式来计算大小。 所以;
Fi=― /r (I为身体转动惯量;3为扭
转角速度)
因此,这个力出是由脚下摩擦力、腰胯等肌肉张力,手 臂肌肉张力三者合成。据牛顿第三定律,它也给手臂部位一 个反作用力F”这个力与田方向相反,它是沿着出拳的方向 向前的,大小梢小于F”于是拳面将得到增加的力量△「£ = Flo
所以,拳的出击力量由三部分组成,可写成;
F=Fo + AFi + AF2
可见,和八殆就是所谓身体发力。
还可以粗略地估计一下冲力的大小。
一般出拳时,拳对身体速度约为5米/秒,即
Vo = 5米/秒。按每秒钟转两圈(o =烦/秒)的腰扭转速 度计算,出拳的作用时间为0.5秒。又设人肩宽为40厘米, 即0.4米。则;r = 0.2米,可算出增加速度为:
V\ = ra> = 0.如米/秒忍2. 5米/秒 这表明腰部扭转能增加约一半的速度。
设人肩厚为0.1米,将人体看作一个长0.4米、宽0.1米、 高1.7米、质量为60公斤的刚体来计算近似转动惯量为;
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I = ■ m m (a2 + b2)=' ■ x 60 X(0.12 +0.42)
IN 」£
= 0.85千克?米z
s = 4^/秒 dt = /\t=0.5秒(0,5秒内停止)
JUL, T7 Ido . 0,85x 12,56 ! 7ftav十
故t Fi = ^p/r= 演 0.2=106.76牛顿
千克
实际上作用时间比0.5秒小得多,若取0,2秒,则珂为27.5 千克;0.1秒则田为55千克。由于风比F】略小,所以,可以 认为即制动产生的力也是很可观的。
因此,在武术技术作中,不论是肌肉收缩的工作顺 序,还是外力对身体的作用,都有着具体技术所特有的规律 性。我们必须通过对技术动作的动力学分析来认识这些规 律、运用这些规律,以便能更好地为我们的运动技术服务, 为提高运动的成绩服务。
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