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泳池上的體操半空中的芭蕾

趙致真
    體操項目的“近親”

  雖然跳水劃歸奧運會的水上項目并且屬于國際泳聯管轄,但游泳和跳水其實只能算“遠親”,體操才是跳水的“近親”。只不過體操的空中動作落到地上,跳水的空中動作落在水中而已。1900年巴黎奧運會,瑞典選手就從塞納河畔木材搭成的高臺上凌空飛起,向公眾展示了跳水的英姿。1904年聖路易奧運會上,10米跳臺跳水成為正式比賽項目,可惜當時還沒有多少套路,只能比賽誰跳得更遠,美國人謝爾登贏得了奧運歷史上第一塊跳水金牌。從早期的瑞典、德國平分秋色到美國一支獨秀,從俄羅斯嶄露頭角到中國后來居上,盡管“百年風水輪流轉”,但跳水從來都是奧運會的“核心項目”。

  身姿曼妙、儀態萬方的跳水完全是動態的人體藝術。它需要靈巧柔韌的身體素質,精確細膩的平衡能力,清醒敏銳的空間知覺。一個完美的跳水動作包括優雅的起跳、瀟灑的騰空和輕捷的入水,這三個環節對于裁判來說具有同等的價值和分量。

  起跳前的關鍵一步

  若問跳板和跳臺的最大區別是什么,恐怕就在于跳板是“軟”的。作為撓度很大的彈性體,跳板下壓時能把運動員踩板的動能變成彈性勢能儲存起來,然后在起跳時釋放,將運動員“彈”向空中。鋁合金跳板取代木制跳板后彈性大大增加,使人留在空中的時間延長,一米跳板也來得及做點像樣的動作了。然而得心應手地駕馭跳板卻并非簡單的事。

  我們知道,以平衡位置為原點,在彈性回復力作用下產生的來回振動叫簡諧振動。跳板在運動員腳下的起伏低昂便是典型的簡諧振動,因此走板動作必須與跳板的固有頻率合拍,要按照跳板“忽悠”的節奏走,也就是讓步頻和跳板的基頻共振,達到“合板”狀態,從而獲得動能的■加和積累。如果步伐的快慢和跳板的升沉發生頻率錯位,就會帶來相互力量的■撞抵消,出現“踩死板”的現象。還必須把人和板看成一個系統,體重不同的運動員在完全相同的板上行走,也會使系統有不同的振動周期。這就需要轉動支點齒輪來調整跳板自由端的長度,從而校正系統的固有頻率。一般而言,體重較輕、腿部力量較弱的運動員可適當增大自由端長度,使跳板“軟”些。體重較大,腿部力量較強的運動員則往往會減小自由端長度,讓跳板“硬”些。當跳板回彈到平衡位置時速度達到最大值,這時縱身離板,能獲得最大騰起高度。

  實際情況還要復雜得多,正式比賽用的跳板只有一端固定,屬于“單邊約束”,壓板時與中間的支撐點接觸,反彈時卻與支撐點分離。這種非線性的結構帶來跳板狀態的不確定性,只能靠科學知識加實踐經驗來小心把握和拿捏。1988年漢城奧運會上,美國跳水名將洛加尼斯在反身翻騰兩周時頭部撞上跳板,2004年雅典奧運會中國選手王克楠不慎失足,許多教訓都值得記取。

  “違背常識”的技術

  任何拋射物一旦進入無支撐狀態,重心的拋物線軌■將無可更改,它的轉動甚至包括爆炸都不會帶來拋物線的變化。跳水運動員也是一樣,不管從3米跳板一躍而起,還是從10米跳臺騰飛而下,能夠停留在空中的時間只有1秒多鐘,所有嘔心瀝血、驚險離奇的“絕招”只不過是讓身體各部分圍繞質心作相對運動罷了。一個叫科學家長期困惑不解的問題,便是離開跳板時只做前后翻滾的運動員卻能在此后“憑空創造”出圍繞身體縱軸的旋轉,這看上去明顯違背了角動量守恆的常識。在沒有外部力矩作用的情況下,身體的旋轉角動量從何而來呢?1979年,美國的59位資深物理學家接受問卷調查,其中竟然有56%都做出了錯誤的回答,認為這種旋轉不可能發生。面對體育運動的“常青之樹”,理論又一次顯示了無奈的“灰色”。

  有人聯想到貓四腳朝天從空中墜落時總能正常著地,認為跳水的旋轉動作和貓的轉身屬于同樣機制。這些研究對人類在宇宙空間的無支撐運動也許頗有意義,但解釋跳水中的人體旋轉卻不得要領。

  我們知道,體操運動員騰空前通過腳與地面的相互作用能產生旋轉力矩,由此帶來身體在空中的旋轉稱為“早旋”。跳水規則將“早旋”視為犯規,運動員騰起時只有繞橫軸的翻轉,“升空”后才通過手臂動作引起的身體縱向旋轉稱為“晚旋”。其中的全部奧妙在于,隨著運動員在空中將一條手臂突然“拋擲”過頭,另一條手臂迅速揮擺到髖部,身體形態和質量分布的驟然變化和不對稱帶來旋轉軸的傾斜。為了滿足角動量守恆,身體必須將總角動量中多出的一部分轉化為縱軸旋轉。所以,跳水中“晚旋”的角動量是從離開跳板時身體繞橫軸的角動量中“挪用”過來的,此時身體繞兩個軸旋轉的角動量之和等于初始的總角動量。

  美麗的“濺落”

  運動員的入水是一種美麗的“濺落”,在這種固體流體碰撞中,如何讓濺起的水花減少到最低限度,其中的學問至今仍撲朔迷離。入水前最重要的動作是把握時機打開身體增加轉動慣量,以“剎”住旋轉并確保垂直入水。“壓水花”技術更幾乎是各國跳水好手的秘密武器,不過基本原則已經為眾所周知。起初人們先驗的認為將雙手合攏,呈流線型入水會阻力最小,濺起的水花也最小。據說有人在“冰棍”式跳水中無意發現不■直腳尖而用腳掌對水效果更好,于是帶來了平掌撞水的壓水花技術。實驗表明,楔形物體墜入池中時,由于水的不可壓縮性,便沿著阻力最小的方向尋找出路,楔形物的斜面便是這個方向。而和方形物體碰撞的水主要橫向運動,因受到四周水的壓力無法■騰而起,這便是掌心向下水花小的原因。

  從10米跳臺入水時,瞬間速度達每秒15米,手部承受相當的壓力,運動員在實踐中創造了不同的手形組合適應不同情況。由于入水時身體在空中的旋轉很難完全停止,手掌就需要正對速度的方向而不能只是平行于水面,這就是精巧微妙、“細節決定成敗”的“揉水”技術。

  合二為一

  最悅目賞心和令人叫絕的跳水,要數2000年悉尼奧運會才正式進入比賽的雙人項目了。兩個選手起跳的高度和姿態、空中的弧度和進程、旋轉的相位和節律、落水的區域和時間,都必須完全同步、高度協調、互為鏡像、如影隨形。單人的完美并不等于共同的完美。初始條件的微小差別都將帶來巨大的積累誤差。而不同選手只要滿足同樣條件,彼此的動作便能夠互相復制,他們最形象地證明了力學中確定的因果關系。

  看到跳水運動員在彈網和蹦床上進行訓練,便再次想到它的“兩栖”屬性和體操出身。至于那些妙趣橫生的滑稽跳水,驚險刺激的懸崖跳水都逃不出基本的力學規則。今天跳水的“動作代碼本”和“難度系數表”已經空前增厚,許多人驚呼跳水運動已經到了頂峰和極限。不過別忘了,20年前就有人做過這種斷言。

  

  

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