科技奥运与中国体操风采：探索2024巴黎奥运会中的科学精神与奥林匹克融合

编者注

为弘扬科学精神和奥林匹克精神，激发公众对科技和体育的热情，我们特推出“科技奥运中国风”栏目，见证科技与科技的交叉融合。奥林匹克精神。

当2024年巴黎奥运会的圣火在塞纳河畔点燃时，全世界的目光再次聚焦在这一体育盛事上。与此同时，体操以其独特的魅力和技巧再次成为人们关注的焦点。

体操不仅是奥运会的传统项目，也是中国体育的骄傲。从李宁到李小鹏，从刘轩到程菲，一代代中国体操运动员在奥运会上挥洒汗水。体操运动员在赛场上的每一次跳跃、每一次旋转，不仅是技术的展示，更是对机械原理的深刻理解和运用。

体操运动的特点

竞技体操通常简称为“体操”。男子项目包括自由体操、鞍马、吊环、跳马、双杠和单杠。单项比赛，简称“跳高平自”。体操是我国的传统优势项目，诞生了很多以中国体操运动员命名的动作，如杨威跳、李小鹏跳、李小鹏跳等。

体操追求力量、难度、稳定、新颖、优美。它的特点是动作难度大、技术复杂，具有一定的惊险性，娱乐性也很强。比赛中最引人注目的就是器械上的各种高难度空翻、转身、飞行动作。这些精彩的体操动作还蕴含着丰富的物理知识。

一般来说，体操是一项技术性项目，每个单项都有其独特的魅力和技术要求。在自由体操项目中，运动员需要在规定的时间内完成一系列连续、流畅的动作，这不仅考验他们的身体控制能力，也考验他们的创造力和表现力。鞍马不能有静态动作，必须平稳、连续地完成；但响铃项目要求静态动作，必须维持2秒。跳马只需要完成一个动作（单项需要跳两次）；其他项目则要求运动员完成一组动作。另外，有些项目有时间要求，超时会扣分。

体操中的旋转

在体操运动中，除了鞍马全旋转、单杠大环、高低杠等借助器械完成的旋转外，体操运动员本身的旋转主要类型是空翻和转身。空翻是绕人体水平轴的旋转，有一翻、二翻、三翻之分。旋转主要是绕人体纵轴旋转，如180°、360°，最大旋转次数可达1440°。

在体操中，有些动作只是简单的空翻或简单的转身，但大多数动作是与空翻和转身同时完成的动作。另外，两个或多个空翻加上一个转体的复合轴旋转称为“旋转”空翻。

空翻和扭转的难度

经常观看体操比赛的观众可能知道，体操的最终得分主要由难度分（D分）和完成分（E分）组成。难度分数反映了体操运动员的竞技实力，完成分数则反映了运动员完成动作的质量。因此，运动员必须综合考虑该套动作的难度值和完成质量，才能获得理想的最终成绩。

高水平体操运动员主要通过掌握高难度空翻和空翻来提高竞技实力。不同的空翻循环次数和旋转角度决定了该动作的难度分数。例如，男子自由体操，一队后空翻难度仅为0.1；两队后空翻难度为0.3；三队后空翻难度为0.8。而如果增加一个转身，比如集体后空翻、1080°双转身，难度就会增加到0.7。

不同的身体姿势完成相同的动作，难度分数也不同。例如，男子自由体操中，团体姿势完成后空翻和1080°双转身的难度为0.7，而完成直身的难度为0.8。

同样的动作，男女的难度也不同。例如，在自由体操项目中，男子自由体操项目的团体后空翻和双旋转1080°的难度为0.7，而女子项目的难度为1.0。这也是女子自由体操中难度最高的动作。

同一动作在不同的项目中具有不同的难度。以女子体操为例：高低杠项目团体后空翻和二转360°（俗称“团体炫”）难度为0.4；自由体操难度为0.5；平衡木的难度为0.7。

力与美的结合

身体素质

体操被称为“体育之父”。原因之一是体操有着悠久的历史。另一个原因是练习体操可以全面提高力量、速度、灵活性等身体素质。无论使用何种器械来完成高难度空翻动作，都需要强大的力量和爆发力，以及极高的心理素质。

身体因素

空翻和转身与运动员的进场、起跳和腾空时间有非常直接的关系。尤其是起飞动作，直接影响后续飞行的高度和时间，进而决定后续动作的质量。

无论是从自由体操垫上起跳、站在马上离开跳马，还是完成从平衡木或单杠上的下降，一旦人离开器材以一定角度进入空中，他就不受重力以外的任何外力的影响。人体的运动轨迹是一条抛物线。 ，而这个轨迹在起飞的那一刻就已经决定了。

根据物理学原理，运动员的飞行时间是在自由落体过程中确定的。在这样一定的时间范围内，运动员只能通过改变身体姿势来调整旋转速度来完成技术动作。这里涉及到一个重要的物理概念——转动惯量。

转动惯量是描述物体抵抗旋转运动的惯性的物理量。它与物体的质量分布和旋转轴的位置有关，决定了物体旋转的动态特性。惯性矩在体操动作中是如何体现的？简单来说，运动员起跳跳入空中时，除重力外，没有其他外力，总外力矩为0，满足角动量守恒条件。此时，运动员身体放松，转动惯量变大，角速度变小；相反，当运动员尽力拥抱自己或收紧身体时，转动惯量变小，角速度变大，旋转速度变快。这也是前面提到的，不同的身体姿势在完成同一个动作时，难度分数不同的原因。一般来说，同一动作的难度为：直身>弯身>抱身。

器械对运动员空翻动作的影响

随着体操训练和科学技术的不断发展，为了让运动员能够完成更复杂、更优美的高难度动作，同时减少受伤风险和心理恐惧，体操器材在款式、高度、材质、反过来，体操器材的发展，特别是先进弹性材料的使用，也为体操规则的完善和高难度动作的创新奠定了基础，推动竞技体操向力量、力量、体操等方向不断发展。难度、稳定性、新颖性、和美丽。

在竞技体操的发展过程中，自由体操领域“弹簧地板”的出现，使得自由体操中的空翻动作得到空前的发展；跳马踏板高度和马面支撑面积的增加，为大量高难度空翻动作提供了基础。体操的出现提供了可能性；高低杠两杠之间距离的不断增加，使得杠上的巨型环动作得到了空前的发展，也使得女体操运动员在比赛中能够做出不逊色于男子的动作。

另外，不同活动中所穿的服装也不同。例如，男子自由体操、跳马可以穿短裤、赤脚，但鞍马、吊环、双杠、单杠则必须穿背心、长裤、袜子或体操鞋。这是因为自由体操和跳马项目主要依靠下肢来完成动作。下肢的力量和爆发力是他们完成许多高难度空翻和空翻的主要动力来源。穿着短裤有利于运动员的发力和动作，特别是在做团体身体动作时。动作时可以更牢固地握住双腿。

其他项目主要依靠上肢来完成。鞍马和双杠主要依靠上肢的支撑力量，而吊环和单杠主要依靠上肢的悬挂力量。此类项目中高难度的空翻和转身主要依靠上肢的力量来完成。穿着长裤可以展现体操运动员健美的身材，表现出体操动作的优雅和美丽。

制作：北京科协传媒中心

撰文：何伟（国家体育总局体育科学研究所副研究员、国家体操队科研保障组组长）

图文统筹：段大卫

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