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跆拳道踢撃相關力學原理

近年來運動科學對於跆拳道有許多的研究報告,對跆拳道運動發展有許多的助益,

而跆拳道動作所涉及的技術層面雖因不同踢法而有差異,但其共同的變數仍離不開生物 力學的範疇,本節以力學原理及理論來瞭解踢撃相關原理。

ㄧ、關節活動順序原理:

人體各關節肌力強弱隨著肌肉生理橫斷面積的變小逐漸變弱,而人體四肢是由近端 到遠端人體活動時近端到遠端所受到不同的阻力矩,因此,人體關節的活動有其順序原 理 (李良標、呂秋平,1991)。動力鏈 (kinetic chain) 這個名詞最早的定義源自於機械 工程用來分析連桿系統 (Linkage system),由Steindler ( 1955) 將此觀念應用在人體活 動上,他將人體的每一個肢節視為一連桿,而每一連桿相接處即為關節,且每個連桿相 接後成一個鏈狀物,他發現若是末端肢節受到阻力而無法自由移動,其肌肉的徵召與關 節的活動方式會與末端肢節可自由活動的狀況有所不同,因此他將連桿系統末端受到一 外來阻力而無法自由活動稱為閉鎖動力鏈系統 (closed kinetic chainsystem),而連桿系統 末端可自由活動則稱為開放動力鏈系統 (openkinetic chain system)。人體在開放性動力鏈 過程中肢體的各部位是將動力逐漸傳遞給下一個相連接的肢體,然後先前的肢體隨即進 入固定或者是減速的階段讓末端的肢體能發揮先前傳遞的動力。也因此開放式動力鏈肢 段移動的序列性正可以用來解釋發揮最大速度的動作。換句話說,如果要發揮肢體末端 最大速度,就要讓肢段的序列移動更順利,使得能量在傳遞過程中沒有損耗 (鍾祥賜、

蕭秀萍,2004)。(柯玉貞,2001) 分析國內甲組跆拳道選手之後旋踢動作後指出,受 試者攻擊腳的各關節速度最大值分別為:髖關節3.32 ± 0.46m/sec、膝關節6.12 ± 0.61m/sec、

踝關節8.98 ± 0.85 m/sec,此速度遠端大於近端之現象便為人體動力鏈的順序原理,在此 特性下之受試者有較佳的攻擊速度。但並非所有踢擊動作均符合動力鏈原理李政霖、陳 志文、黃長福 (2006) 之跳後踢的研究中,皆指出攻擊腳在踢擊階段,其攻擊腳是不 符合動力鏈之理論,以攻擊腳關節線速度顯示,其傳遞時序為髖關節、踝關節至膝關節,

由角線速度顯示,其傳遞時序為踝關節、膝關節至髋關節。

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二、林建發 (1990) 以功率、衝量-動量等式、槓桿原理、鞭打活動原理以及緩衝動作原 理等九個面向來加以說明:

(ㄧ)功率 (power):功率為單位時間內所完成的功,即P=w / t,=F×v 由此功率的公式 可以瞭解,功率為力量與速度的乘積。另外,功率又可以用另一名詞“爆發力"來說明,

亦即爆發力為最大力量與最快速度的乘積。一個攻擊的動作要成功而有效,就須具有快 速步伐移動與快速的踢腿。而加快移動速度與踢腿速度,就足以使對方無法及時防禦,

自然就能掌握攻擊的優勢。

(二)衝量-動量定律:衝量=動量等式,FΔ t=m Δ v。力量與速度的有效配合能夠達成 有效的攻擊,故如何產生最大力量與最大加速度和兩者因素之配合為研究攻擊爆發力的 重要課題。因此欲產生肌肉收縮的最大功率,即產生最大的爆發力,除了對肌肉從事最 大肌力的重量訓練之外,還得訓練肌肉收縮的速度;除此之外,還必須練習肌肉收縮用 力程度與動作產生的過程以及速度相互間的配合。

(三)動量不滅定律:有效的攻擊乃是攻擊者的攻擊動作有效地擊中對方身體,所以基 本上,攻擊實為兩碰撞物體的研究,依據動量不滅定律,及碰撞前動量之和等於碰撞後 動量之和。當兩位選手攻擊時發生的撞擊,因為兩者的質量為固定的常數,作用力F(力 道或殺傷力)的大小就取決於兩者移動的速度與方向,兩者移動速度愈快而且速度的方 向相反,因此兩者碰撞的作用時間減少,作用力就增加,攻擊至對手的殺傷力也就很大 了。反之,兩者碰撞時的速度慢而且移動方向相同,則兩者碰撞的作用時間就拉長,產 生的作用力(力道或殺傷力)就減少了。

(四)槓桿原理:人體的活動就像是一部複雜的機器,骨骼、肌肉為人體的架構。人類一 切身體的運動都是靠肌肉的收縮而活動,肌肉為力量的來源,骨骼為槓桿,關節為支點。

整體的活動就是以槓桿原理為基礎,若是以力矩的公式來表示,則為:M (力矩) =F (力) × l (力臂) 。

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(五)關節活動順序性原理:跆拳道的攻擊動作正是以槓桿原理來產生力量,就以整個 攻擊動作來剖析是從身體軀幹脊柱為中心,一連串的槓桿結合,動作由中心傳出至末梢。

傳動的過程由中心大的關節逐漸傳至末端較小的關節,逐漸加速至最大。

(六)鞭打活動原理:由轉矩等於轉動慣量乘以角加速度,又轉動慣量=質量× 半徑的 平方。由此可知人體骨骼肢斷就是一個轉動慣量,通常愈接近人體中心的轉動慣量愈大,

離中心愈遠的轉動慣量愈小。鞭打活動的原理就像是皮鞭抽動一樣,由肢體較大的關節 傳遞至末端較小的關節,整個過程不斷的加速,最後產生最快的瞬間速度 (李誠志,1994)。

跆拳道的任何攻擊動作都是依此原則來產生最快速的動作。

(七)擺動動作原理:擺動動作最主要的目的是為了提高或降低身體的重心,人體的重 心的位置是隨著肢體的動作及姿勢而產生改變。以跆拳道的攻擊動作來舉例說明:例如,

執行下壓的攻擊動作時,屈膝提腳上舉的同時,雙臂上舉以提高自己身體的重心,可以 更容易提高踢腳高度,有效地擊中對方的頭部。另外,其他各種踢擊動作,手臂配合踢 腳的自然擺動,也是為了調整重心與平衡動作。

(八)相向動作原理:就跆拳道踢擊動作而言,大部份的動作都是以軀幹為中心軸而旋 轉的角運動,不是以順時針方向就是以反時針方向旋轉的運動。為了求取身體的平衡,

一個順時針方向的角運動必然有另一反時針方向的角運動與之平衡。例如,一腿右旋踢,

髖部隨踢腳方向繞軀幹以逆時針方向旋轉,而肩部以反方向繞軀幹順時針旋轉,同時手 臂後擺,這也是為了身體的平衡。如此平衡的動作,對於快速的踢腳以及跳踢的動作更 為重要,因為愈快速的動作與騰空的動作,身體是更容易重心不穩,因此平衡動作相形 之下更加重要了。

(九)緩衝動作原理:在抵抗外力的過程中,下肢由伸展狀態轉為屈曲狀態的動作過程 稱為下肢的緩衝動作。緩衝動作在跆拳道運動中的作用有:1.減少外力作用:踢腳、跳 踢、飛踢以及步伐移位的落地動作,落地的瞬間,肌肉離心收縮以減少地面的反作用力。

2.為連續動作技術的重要環節:緩衝動作藉肌肉的離心收縮,迅速收腿、移位時重心的 收回以及攻擊後落地的緩衝等。緩衝動作的好壞與下一個動作的連繫是息息相關的,所 以它是連續動作的重要環節。3.非代謝能的利用:緩衝動作能夠將動作的動能轉變為位

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能(肌肉之張能)、並在後續的動作中轉換為動能。此動能並非由肌肉中能量物質的耗 產生的,因此節省了人體的能量消耗。

三、 牽張縮短循環-SSC:

肌肉的工作型態一般分為等長收縮、離心收縮和向心收縮,但是如此的分類法無法 完全代表肌肉的自然工作型態,以跑跳中肌肉受到外力的作用而被拉長,此時肌肉首先 做離心收縮,隨即伴隨著向心收縮,這種離心收縮和向心收縮的結合,實際上完成了一 種肌肉的自然機制,此種現象常被描述為牽張縮短循環SSC (Komi,1986)。

Asmussen 與 Bonde-peterson (1974) 針對SSC跳躍動作研究中,結果證明離心後 馬上向心收縮可以提升向心力量,小幅度的角位移動作會有較高的機械效率,能提升肌 力和爆發力。原因是身體的肌肉利用了彈性能機制。當肌肉做離心時肌纖維承受了負荷,

此負荷會傳送至彈性組織並且儲存為彈性能,當向心收縮時,彈性組織會傳送所增加的 彈性能量來提供所需。所以牽張收縮速度越快時,偶聯時間越小,肌肉所用彈性能的能 力越好,產生的力量和完成的能量就越大 (Asmussen & Bonde-peterson, 1974; Bosco, Viitasalo, Komi & Luhtanen, 1982; Bosco, Tarkka &Komi, 1982b)。

劉宇 (2000) 探討牽張縮短循環 (SSC) 中的深跳動作 (drop jump DJ) 之運動學、

動力學和肌肉工作特徵,以了解兩種不同的牽張幅度的彈性能能力、牽張反射肌電和運 動表現。結果顯示: 結果表明淺蹲跳法能夠儲存較多的彈性能並能更有效加以利用,激 發較多的牽張反射興奮,單位時間內徵召較多的運動單位,對於肌肉可產生較大的刺激,

最後產生較大的向心力,這些結果都在在顯示訓練時宜採淺蹲跳法。但另一方面,淺蹲 跳法雖然可以產生較大的離心和向心力量,但決定騰空高度的最後關鍵是衝量,力量只 是衝量的一個重要因素,不足於決定最後的運動表現。深蹲跳法由於較大的衝量而跳出 較高的騰空高度,比賽時的目的是為了求得較佳的運動成績,所以宜回歸自然的深蹲動 作。就跆拳道在踢擊動作而言,不論是在原地踢擊或躍起踢擊前,其預備姿勢皆有彈動 動作 (counter movement) 有預先牽張 (pre-stretch) 的介入,而後伴隨著向心的收縮的現 象發生,因此,跆拳道預備姿勢符合此ㄧ原理利用彈性能帶動踢撃表現。

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第三節 跆拳道旋踢動作之運動學、動力學分析研究