以運動生物力學角度探討競速直排輪技術

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以運動生物力學角度探討競速直排輪技術

王俊盛、邱文信

摘要

我國在 2008 年競速溜冰的世界排名積分為第六，今年排名已提升到第五，足見競速溜冰相當適合台灣發展。尤其現今小學校園規劃造成學生運動空間有限，小學孩童普遍體適能低落。直排輪訓練對國小男童的動態平衡能力、靜態平衡能力、敏捷性、反應能力及速度均有明顯改善。但相較於競速溜冰運動推展狀況，目前鮮少文獻針對競速溜冰有專業的技術探討。事實上，競速溜冰的競速過程包含起跑階段、滑行階段與終點衝刺等階段，各階段均有不同技術要領。本文透過生物力學角度，以技術分析模式圖概念詳細解析競速溜冰各種階段技巧以及在競速過程中下肢關節角度差異及推蹬角度變化及技巧。希望透過競速溜冰的科學基礎，提供教練及選手，除了經驗法則外，有更實際的參考依據。

關鍵字：直排輪、關節角度、下肢關節、模式圖、推蹬角度

通訊作者：邱文信單位：國立新竹教育大學

e-mail：[email protected]

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壹、前言

現今小學校園規劃造成學生運動空間有限，小學孩童普遍體適能低落。直排輪訓練對國小男童的動態平衡能力、靜態平衡能力、敏捷性、反應能力及速度均有明顯改善（姜坤成，2006）。參與直排輪運動的族群以 7-12 歲的國小學童為最多，其中多以休閒直排輪及競速溜冰

（speedskating）為主要參與活動，顯示直排輪運動日益風行（王正平， 2005）。其中「競速溜冰」是穿著競速專用的直排輪鞋，於一圈 200 公尺的跑道上進行速度性的比賽。直排輪運動風氣的盛行加上競速溜冰的公平性，讓從事此運動的人口不斷成長（戴琪玲，2007）。因此也使得競速溜冰

成為世界運動會比賽項目，2010 年確定成為亞運項目，奧委會甚至列為 2012 年的奧運觀察項目（戴琪玲，

2007）。我國在競速溜冰的積分 2008 年世界排名第六，今年排名更提升到第五，足見台灣已逐漸在競速溜冰中嶄露頭角。相對於競速溜冰運動逐漸蓬勃發展，相關競速溜冰技術完整介紹略嫌稀少，因此本文透過生物力學角度，以技術分析模式圖概念詳細解析競速溜冰各種階段技巧以及在競速過程中下肢關節角度差異及推蹬角度變化及技巧。希望透過競速溜冰的科學基礎，提供教練及選手，除了經驗法則外，有更實際的參考依據。

貳、影響競速溜冰速度要素

以競速溜冰 300 公尺計時賽而言，良好的加速能力、最大速度能力和速耐力都是必須的，同時還必須考慮「磨擦耗損最小化」和「能量需出最大化」（李曉光、周貴臣、鄒曉峰，

2005）。靠身體和下肢各關節依序配合伸展而產生的蹬伸力量，藉由輪刀與地面的磨擦產生反作用力使身體前進（謝文芳，2003）。其動力來源取決於「動作結構的流暢性」與「肌肉力量的發揮」（董萍、李連群、李迪、

陳杰，1997）。溜冰動作的結構一般

以「複步」來描述，一個複步是由左單步和右單步所構成，每一個單步由自由滑行、推刃蹬地、收腿動作、雙腳著地變換支撐腿等動作組成（中國國家體育運動委員會，1998）。在技巧方面身體需要透過神經系統的協調配合，各部分的關節適時的伸屈，以達到推刃動作的流暢，使動力能做最有效的傳遞產生最大的加速度及速度的維持（Publow, 1999）。

圖 1 為影響速度要素的整體分析，競速溜冰的競速過程中準備姿

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勢、反應時間、疾跑動作、推蹬角度、

蹬地力量、過彎技巧、身體傾角、步幅、步頻、壓線動作等均與競速成績息息相關（李建勳，2003）。推蹬力量增加 20%，功率可增加 10%。推蹬速度增加 10% ，功率可增加 3%

（Allinger & van de Bogert, 1997）。

「推蹬角度」及「上體前傾角度」是影響比賽第一步速度的主要因素（劉仁輝，2001）。速度是由推刃滑行的

「距離」和推刃的「頻率」相乘所構

成，增大步幅或提高頻率均能提高運動成績。若要加強起跑的速度，需加大步幅及增快步頻，而步頻是造成快慢的重要因素（ Sinning & Forsyth, 1970）。增加起跑步頻會使競速成績提高（紀仲秋，2001），研究也發現優秀組與一般組平均步頻並沒有差異，而優秀組的平均步幅大於一般組，可見影響成績重要因素在於「推刃步幅」（謝文芳、林永祥、王志益、

林煌禮，2004）。

推蹬時機

步頻步幅

速度

摩擦力

推蹬角度推蹬時間

推蹬力量

鞋輪地面

上肢下肢

上體傾角

大腿

小腿

腳掌

臗關節

膝關節

踝關節地面反作用力

滑行速度過彎

姿勢

離心力風阻

動力鏈肌力

軀幹

角度

圖 1 競速技巧力學模式圖

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參、競速溜冰的競速過程與技巧

一、競速過程

競速溜冰整體技術可區分為起跑階段、賽中滑行階段與終點衝刺階段，以下將分述之。

（一）起跑階段

比賽距離越短，起跑技術越重要，起跑動作的優劣攸關比賽成績的好壞。不論是運動員、運動訓練員、

運動教練或運動科學的研究者，都希望能掌握起跑技術的關鍵，並安排最佳的起跑策略，以達到改進運動技術與成績的目的（林寶城， 1996）。起跑技術由預備姿勢、起動、疾跑、銜接四部分動作組合而成（張瑛瑋， 2002）。起跑的前五步過程中，選手就已經進入起跑的銜接過程，起跑前五步的成績優劣直接影響到選手的成績，短距離的激烈比賽中如能在起跑就搶到領先的位置，對於比賽的成績會有相當大的幫助（李建勳、林俊達，

2005）。競速溜冰選手起跑的前 4 秒是類似跑步技巧，前 100 公尺和 500 公尺的時間相關係數為 0.88，可見起跑是比賽中最重要的部分（ Koning, Groot, & Jan, 1989）。優秀短跑選手起跑時兩腳都不是完全伸直

（Karpovich, 1964）。競速溜冰起跑的前十公尺應減少滑行，盡量以快頻率的跨步產生最大加速度。腳不完全伸直是為了爭取時間，增進退蹬效率

（李建勳，2003）。

1. 預備姿勢：前腳為有力腳，兩腳溜冰鞋成 T 型夾度約 45 度，前腳的最後輪子置於後腳的第二、三輪子之間後，後腳平行向後延伸，兩腳距離約半個到一個半鞋子的長度（Pulow, 1999）。雙手上舉，膝蓋彎曲約 100 度，身體重量先逐漸轉移到前腳後再轉移到後腳（李建勳、林俊達，2005）。

圖 2 起跑預備姿勢 2. 起動：後腳用力蹬地迅速伸直，

兩臂用力擺動整個身體迅速往前衝。當第一步起動後就進入疾跑

階段（李瑤章、符進學，1999）。

3. 疾跑：第一步踏出後便進入疾跑階段，主要目的是在最短時間內

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產生最大的加速度。起跑的前二步後蹬力量較大，身體重心較高，後蹬角度呈逐漸增大的趨勢。第二、三步應以快頻率的蹬切動作來完成，第四步為蹬滑結合，第五步逐漸降低身體姿勢，

蹬地方向由側後轉向體側，步幅由小變大，在疾跑過程都是用雙腳內韌（田麥久、蔡睿，2001）。

疾跑階段時身體姿勢較高，步頻快，蹬地有力，身體姿勢隨著速度的提高而變低，蹬地方向由後逐漸變成側後，滑出角變小，逐漸向滑跑過渡（李瑤章、符進學，

1999）。蹬地角度先由小到大，

再逐漸變小。起跑頻率在開始階段較高然後逐漸降低（張文紅，

2002）。

圖 3 起跑階段：疾跑 4. 銜接：疾跑向滑跑過渡階段重心

逐漸降低，蹬地角度逐漸減小。

蹬地的幅度和起跑速度一直呈不斷上升趨勢。蹬地角度和身體前傾角度越接近，蹬地效果就越佳。向後用力蹬地力量的大小，

決定了身體的前傾角角度。由於速度的提高，重心由高到低，步幅逐漸變大並過渡到滑行階段

（張瑛瑋，2002）。圖 4 為起跑階段的力學模式圖。

起跑階段

預備期起動期疾跑期銜接期

反應時間步幅推蹬角度步頻重心位置

圖 4 起跑階段力學模式圖

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（二）賽中滑行階段

1. 直道階段：直道時需維持較小的軀幹角度，以降低空氣阻力。膝蓋在滑行期的角度維持 90 度～

100 度。在推蹬期膝蓋完全伸直。

推蹬的方向與前進方向垂直，滑行期占整個腳著地期的 80%

（Allinger & Bogert, 1997）。競速溜冰的直道滑行姿勢為雙腳併攏，雙腳膝關節彎曲成 90 至 110 度，上體前傾與地面呈 15 至 20 度，肩部高於臀部，踝關節成 50 至 70 度（李秀良、劉鵬，2001）。

2. 彎道階段：在過彎過程中，雙腳必須做單方向交叉動作，以避免

身體因離心力被甩向圈外。入彎速度與身體傾角呈現正相關，速度越快身體傾角越大，交叉步動作的變化也會影響身體傾角。身體傾角應伴隨交叉步動作而有所增減，避免身體晃動。在單腿支撐階段伴隨著下肢的蹬伸，上體會產生下壓動作（李曉光、周貴臣、鄒曉峰，2005）。左右腿支撐時間各階段存在一定的節奏性，過彎時配合入彎速度及交叉步動作來調整身體傾角及重心高度，將有助於彎道滑行速度的穩定。（戴琪玲，2007）。圖 5 為賽中滑行階段的力學模式圖。

賽中滑行階段

直道滑行期彎道滑行期

推蹬角度推蹬力量推蹬時機離心力

步幅

質量過彎速度重心高度

下肢動力鏈質心位置

身材身體前傾角

髖關節膝關節踝關節

圖 5 賽中滑行階段力學模式圖

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（三）終點衝刺階段

1. 必須改變膝蓋的彎曲度，配合手臂有力的擺動協調，以求有較快的跨步頻率。並調整跨步功率與跨步頻率配合以產生最快的加速度（李建勳，2003）。

2. 抵達終點的認定規則為只要輪鞋

跨越過線，且至少一個輪子接觸地面就算完成比賽。比賽終點衝刺往往是選手用來確保比賽成績的關鍵時刻，壓線動作時選手應以後腳單輪支撐，前腳盡量向前延伸以求最好成績（李建勳，2003）。圖 6 終點衝刺階段的力學模式圖：

肆、結語

隨著競速溜冰日益風行，目前競速溜冰選手的啟蒙階段多為 7-12 歲，

現有文獻中雖有針對優秀選手的動作分析，但鮮少從生物力學角度探討整體性動作之文獻介紹，本文從介紹影響加速度要素，進而探討起跑、賽中

滑行及終點衝刺等三階段技術，並配合運動生物力學界使用的力學分析模式圖，希望透過相關競速溜冰的科學研究基礎，提供直排輪初學者或教師指導時能有更實際的參考依據。

參考文獻

王正平（2005）。活動技術水準與空間使用型態對大安森林公園直排輪參與者終點衝刺階段

跨壓線動作跨步頻率

跨步功率

身體重心

上肢擺動腳長

下肢關節加速度

圖 6 終點衝刺階段力學模式圖

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