体操ＡＢＣＤＥ(2)

体操ＡＢＣＤＥ

(3)图组:(3-1)身体沿着有支撑点的实体轴转动；(3-2)有支撑点无实体轴的转动

而人体在空中沿着自身前后方向的“筋斗”，沿着左右方向的“踺子”和沿着竖直方向的旋转，则围绕着三维坐标中三条非实体轴线，坐标的原点是身体的质心。

任何复杂的机械运动都可以分解为彼此独立的平动和转动，它们互不干扰、互不影响，只有合成与叠加关系。体操动作也不例外。2004年雅典奥运会上，西班牙选手莫雷诺完成的自由体操超E组动作展示了“又高又飘”的后空翻转体1440度，这是一个斜抛物线运动和后翻一周的筋斗加上1440度急速转体的合成。质心的“高抛物线”为完成这个双轴复合转动提供了呆在空中的必要时间。有些体操运动员在完成顶尖级动作时，身体重心腾起的高度已经超过了跳高世界纪录。

只用稍加留心便能发现，要在空中翻出一个720度的“筋斗”，运动员的身体必定“抱成一团”，“直挺挺”的姿势难以获得很高的转动速度，这是角动量守恒定理的形象演示。任何旋转物体的角动量等于转动惯量和角速度的乘积，转动惯量是转动物体的惯性，与质量成正比，与离开转动轴垂直距离的平方成正比。体操运动员“直体”的质量分布离转动轴最远，所以转动惯量最大，“屈体”把上下肢折叠起来，身体质量分布更靠近旋转轴，使转动惯量减小，“团身”则把肢体紧紧叠为三折，使全身质量最大限度向转轴集中靠拢，因此转动惯量最小。运动员都会利用转动惯量的可变性，通过改变身体姿势和改变旋转轴来控制动作。这也是在落地前要及时“打开”身体，通过增加转动惯量来“煞住”旋转的原因（图4）。

(4)图组:转动惯量示意图

身体的翻腾旋转都需要力，以自由体操为例，起跳时让腿部蹬伸的反作用力不通过身体重心，这种“偏心力矩”会带来身体的横向、侧向滚翻；地面和脚的摩擦力矩、杠上扭臂产生的力矩则带来身体的纵向转动。单杠、双杠、高低杠的弹性形变和反作用力同样为身体提供偏心力矩。跳马的中“推手”能和人前进的重心形成力偶，让身体在“第一腾空”之后围绕“制动点”旋转，这种机制有些像跑步时绊个跟头。至于蹦床则可以比作一个硕大的网球拍了(图5)。