網(wǎng)球高壓球技術的運動學分析

張 博,鄭曉蘭

(沈陽體育學院運動訓練學院,遼寧沈陽 110102:沈陽體育學院研究生部,遼寧沈陽 110102)

網(wǎng)球高壓球技術的運動學分析

張 博1,鄭曉蘭2

(沈陽體育學院運動訓練學院,遼寧沈陽 110102:沈陽體育學院研究生部,遼寧沈陽 110102)

運用三維立體攝影解析法,獲取了網(wǎng)球高壓球技術動作的運動學參數(shù),并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學處理。結果表明:擊球蹬離地面過程中,大腿、小腿和足的運動順序為自上而下用力;整個擊打過程肩、肘、腕三關節(jié)移動速度基本保持同步,肩關節(jié)角速度峰值最先出現(xiàn),肘關節(jié)和腕關節(jié)角速度峰值出現(xiàn)時間基本同步;網(wǎng)球高壓球技術動作采用“棍打”式為主,旨在指明網(wǎng)球高壓球技術的運動學特征,并為網(wǎng)球教學和訓練提供定量的科學依據(jù)。

網(wǎng)球;高壓球技術;運動學

網(wǎng)球為技戰(zhàn)能主導類持拍隔網(wǎng)對抗項群運動項目。高壓球技術是網(wǎng)球一項進攻性擊球技術方法,具有擊球力量大、飛行速度快和落地時間短的特點[1-2]。擁有良好的高壓球技術可以最有效地得分并贏取比賽?？v觀網(wǎng)球的研究,主要以綜述性質的經驗總結為主,缺乏實際的數(shù)據(jù)支撐,沒有定量的科學描述[3-6]。近幾年,隨著高速影像分析技術在體育運動技術分析領域的應用,為網(wǎng)球技術的定量分析提供了科學的方法[7]。筆者通過分析網(wǎng)球高壓球技術關節(jié)運動和肌肉收縮時表現(xiàn)的運動學特征,揭示網(wǎng)球高壓球技術動作的用力方式特點,力圖為教練員和運動員認清技術動作的實質和找到技術關鍵提供科學參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以專業(yè)運動年限在兩年或兩年以上的網(wǎng)球省隊共十名優(yōu)秀運動員為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 攝像法 本研究采用的實驗儀器設備:兩臺同規(guī)格SONY攝像機,拍攝頻率為 125赫茲 /秒,攝像專用照明燈兩盞,愛捷三維DLT輻射框架一個。兩臺攝像機分別放置于運動員左側前方和左側水平稍前方,要求兩臺攝像機能完整錄進整個動作。攝像機高 1.29m,兩臺攝像機的主光軸約成90°,拍攝前后用三維空間框架進行標定,攝像機距框架遠點距離為 A機 11.5m,B機 10.1m,AB機距 12.0m。運動員熱身 20m in,每人按要求做 3次以上,并紀錄符合實驗要求的擊球動作順序。拍攝頻率 125/s,快門速度 1/1000s。本次拍攝地點為沈陽體育學院網(wǎng)球館,時間為 2009年 12月 15日。

1.2.2 錄像解析法 運用 APAS圖像解析系統(tǒng)對所拍攝錄像進行數(shù)字化處理和三維空間坐標轉換,采用松井秀治人體模型,按照人體模型關節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集,所獲得的有關數(shù)據(jù)運用低通濾波法 (頻率為 8赫茲)進行平滑處理。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法 運用 SPSS 15.0統(tǒng)計學軟件對所獲得的原始數(shù)據(jù)進行處理,獲取有關運動學特征數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 階段劃分

從網(wǎng)球高壓球技術動作的選位→引拍→迎球揮拍→球拍觸球→隨勢揮拍→回位六個階段進行分析,選取網(wǎng)球“引拍階段”同側腳落地至迎球揮拍;“迎球揮拍→球拍觸球階段”異側手臂下壓至球與拍相觸;“隨勢揮拍階段”球與拍相離至持拍手手腕方向改變三個動作階段為研究范圍進行研究。為求實驗研究的規(guī)整性,本次選用的 10名網(wǎng)球運動員均為右手持拍,各環(huán)節(jié)均選擇以其持拍手側的關節(jié)為研究對象。

2.2 網(wǎng)球高壓球技術動作下肢動作分析

2.2.1 髖關節(jié)的運動 在引拍階段上體后傾,軀干側屈、外展大幅度增加至左髖在前、右髖在后,為形成超越器械 (球拍)動作和流暢擊球做好準備。此階段髖關節(jié)角度持續(xù)為160°左右 (表 1),無顯著性變化。此時髖關節(jié)做克制性工作,臀大肌、股二頭肌、半腱肌、半膜肌和大收肌做退讓性工作。

迎球揮拍→球拍觸球階段,當身體重心達到最高點轉體、轉髖,內收幅度增加,當內收大于外展完成超越器械,髖關節(jié)最大限度內收完成擊球。拉長使身體前屈的主要肌群有兩側的腹直肌、腹外斜肌、腹內斜肌、股直肌、闊筋膜張肌等,為髖關節(jié)進行克制性工作創(chuàng)造了有利條件。從表 1可見擊球瞬間髖關節(jié)移動速度達到峰值、角速度變化不大,角度仍舊持續(xù)為 160°左右沒有顯著性變化。此階段髖關節(jié)彈性勢能最大限度釋放,動能逐漸增加達到最大,髖關節(jié)帶動軀干向上做加速運動,并對持拍手臂及球拍形成超越器械,“超越”的重要作用是增大揮拍的“工作”距離及預先強烈地牽拉作后繼動作的主動肌,使之積蓄強大的彈性能,提高肌肉的預張力。

隨揮階段,髖關節(jié)前屈并繼續(xù)向前運動,髖關節(jié)速度、角度減小,角速度值沒有明顯變化。力量產生運動,而產生的力量最終來源于肌肉收縮做功,完成技術動作的質量與效果取決于肌肉的收縮力及收縮速度。

表1 髖關節(jié)各階段運動學指標

2.2.2 膝關節(jié)的運動 在引拍階段,下肢動作主要是拉伸下肢肌群引起牽張反射積蓄彈性勢能,而適當?shù)氐脑黾酉リP節(jié)下蹲深度可增加拍子在“搔背”動作階段的擺動距離,從而增加“搔背”動作幅度。從表 2可見此階段,膝關節(jié)角度相對固定在 140°左右。迎球揮拍→球拍觸球階段,軀干向上加速運動,膝關節(jié)快速蹬伸,形成超越器械,蹬伸過程首先是股四頭肌在小腿固定的情況下收縮,使大腿在膝關節(jié)處伸直蹬離地面。在擊球瞬間膝關節(jié)角度有所增加,速度迅速上升,角速度變化幅度較大,均在擊球瞬間達到峰值;隨揮階段,完成擊球動作后的落地過程中,伸展髖、膝的主要肌群做退讓性工作,完成落地緩沖動作,膝關節(jié)速度迅速下降,而膝關節(jié)角度有所減小,但減小幅度不大,膝關節(jié)角速度迅速下降。

表2 膝關節(jié)各階段運動學指標

2.2.3 踝關節(jié)的運動 在引拍階段,踝關節(jié)主要做踝背屈運動。踝關節(jié)背屈主要由小腿三頭肌、肌骨后肌、趾長屈肌和拇長屈肌做退讓性工作完成。從表 3可見,此階段踝關節(jié)位移較小,關節(jié)角度減小。踝關節(jié)屈角度變化在 80°～100°之間變化,變化較小。迎球揮拍→球拍觸球階段,踝關節(jié)同髖關節(jié)、膝關節(jié)做爆發(fā)式伸展動作,使身體蹬離地面。蹬離地面過程中,大腿、小腿和足的運動順序基本上是自上而下用力的,小腿三頭肌、脛骨后肌、趾長屈肌、拇長屈肌、腓骨長肌和腓骨短肌在遠固定下收縮,在踝關節(jié)處拉小腿向后,足在踝關節(jié)處提起,使上述肌肉力量經過足趾作用于地面,充分發(fā)揮下肢肌蹬地效果。在擊球一瞬間踝關節(jié)各變量達到峰值;隨揮階段,踝關節(jié)的主要肌群做退讓性工作,伴隨著髖、膝的退讓性工作完成落地緩沖動作。此階段踝關節(jié)角度變化平穩(wěn),踝關節(jié)速度、角速度下降。

表3 踝關節(jié)各階段運動學指標

2.3 網(wǎng)球高壓球技術動作上肢動作分析

流暢、不間斷的動作產生出力量的疊加效果,使身體環(huán)節(jié)的用力得以在上一環(huán)節(jié)用力效果的基礎之上開始進行,如此連續(xù)進行直至體節(jié)順序的最后部分,從而使球拍全面累積的速度對來球進行最大限度的加速。因此,持拍臂各環(huán)節(jié)的協(xié)調配合直接影響擊球的速度。

2.3.1 肩關節(jié)的運動 在引拍階段,往右上方提肩,帶動上臂、前臂、手和球拍上舉。引拍結束時,左肩在前右肩在后,兩肩、髖形成一定的角度,彈性勢能增加。上臂的動作主要由使肩帶上提的斜方肌上部、肩胛提肌和菱形肌,使肩胛骨上回旋的前距肌下部和斜方肌上部,使上臂屈的三角肌前部、喙肱肌和肱二頭肌長頭,使上臂外展的三角肌、崗上肌和使上臂旋外的三角肌后部、崗下肌、小圓肌等相繼協(xié)同做克制性工作完成。從表 4可見,此階段由于肩關節(jié)移動速度減小,角度變化平穩(wěn)保持在 150°左右的姿勢至引拍結束。

迎球揮拍→球拍觸球階段上體前轉,肩關節(jié)內收后肩移動高于前肩,當兩肩、髖趨近于平行,形成超越器械動作。當內收大于外展完成超越器械動作。上臂向前上方快速揮動由三角肌前部、胸大肌、背闊肌、大圓機和肩胛下肌等爆發(fā)式收縮完成。從表 4可見,此階段肩關節(jié)角度在擊球一瞬間增大至 170°左右,肩關節(jié)速度、角速度迅速上升達到峰值;隨勢揮拍階段肩關節(jié)繼續(xù)向前運動,肩關節(jié)位移速度仍在增加,帶動下位環(huán)節(jié)做前伸運動,肩關節(jié)角度有所減小。

表4 肩關節(jié)各階段運動學指標

2.3.2 肘關節(jié)的運動 在引拍階段,屈肘并帶動前臂后伸,引拍結束時屈肘至肩高。從表 5可見,前臂在肘關節(jié)處維持80°左右的姿勢,主要由屈肘和伸肘肌群適度緊張共同維持。此階段肘關節(jié)角速度由于肘關節(jié)角度變化相對平穩(wěn)。迎球揮拍→球拍觸球階段,前臂和肘部在觸球時完全伸展,前臂旋外以便擊球。前臂高速向前上方揮動,旋外同時伸肘,由旋前圓肌、及肱三頭肌和肘肌快速收縮完成。此階段肘關節(jié)速度迅速增加,在擊球瞬間達到峰值,肘關節(jié)角度在此階段持續(xù)增大,肘關節(jié)角速度變化較為明顯,在擊球瞬間達到峰值。隨勢揮拍階段,肘部帶動前臂繼續(xù)向前做伸展運動,肘關節(jié)速度迅速下降,肘關節(jié)角度變化因運動員各自技術特點而呈現(xiàn)持續(xù)增大或有所減小趨勢,但角度幅度變化較小,肘關節(jié)角速度則呈現(xiàn)快速下降趨勢。

表5 肘關節(jié)各階段運動學指標

2.3.3 腕關節(jié)的運動 在引拍階段,腕、手在前臂的帶動下持拍將球拍高舉至頭部的后上方,手腕與前臂保持一定的角度,手在腕關節(jié)處后伸,主要由伸腕肌群收縮完成。從表 6可見此階段腕關節(jié)速度、角速度變化較小。迎球揮拍→球拍觸球階段,腕、手在前臂的帶動下快速向前上方揮動,手腕角度相對固定。在擊球一瞬間手腕內旋,手指突然抓緊球拍柄,由屈指肌群完成。此階段腕關節(jié)角度、速度、角速度總體上都有所減小。分析其原因:引拍、迎球揮拍“棍打”是為了給球最大的推動力,迎球揮拍→球拍觸球階段動作相對固定,即動作較“硬”,是為了控制擊球方向,避免由于“棍打”造成出球方向不穩(wěn)定。隨揮階段,手腕隨著上位環(huán)節(jié)繼續(xù)向前下方做伸展運動,腕關節(jié)角度持續(xù)增加,即繼續(xù)同上位環(huán)節(jié)通過增大做功半徑及增加做功時間來提高擊球瞬間能量。2.3.4 重心的變化 從圖 1可見,在引拍階段,身體后傾,側身屈膝,重心下降并且全部重心移至后腿 (右腿),此階段屈膝下蹲伴隨著曲髖和踝背屈,當身體重心下降至谷底彈性勢能最大,引拍結束。重心位移速度曲線呈勻加速上升;迎球揮拍→球拍觸球階段,膝、髖、踝做爆發(fā)式伸展動作,上體前轉,身體重心由后腿移至前腿 (左腿),右腳后腳跟抬起,身體重心上升。擊球瞬間重心位移、位移速度達到峰值,彈性勢能最大限度釋放,動能最大;隨揮階段,上體跟隨球的運動方向繼續(xù)向前屈體,身體重心繼續(xù)向前腿轉移,重心下降,運動員向前移動,身體恢復平衡。

表6 腕關節(jié)各階段運動學指標

圖 1 重心垂直方向位置變化

2.3.5 球拍的運動 在整個運動過程中球拍作為末端環(huán)節(jié)獲得最大的能量,身體以球拍為媒介將能量傳遞給球,使球獲得最大的運動速度。從圖 2可見,在引拍階段,球拍與手的角度變化較小,球拍隨著膝、手做克制性工作速度減慢;迎球揮拍→球拍觸球階段,球拍與手角度迅速增大,球拍速度曲線上升,擊球瞬間球拍做最大半徑運動;隨揮階段由于拍子在與網(wǎng)球的撞擊過程中將大部分動量傳遞給了網(wǎng)球,即拍子傳給球的動量越多,球拍速度下降越快。

2.4 網(wǎng)球高壓球技術動作用力模式分析

從圖3可見,在整個運動過程中,肩、肘、腕三關節(jié)移動速度在三個階段基本保持同步,速度峰值同時出現(xiàn),即在引拍到擊球時,軀干帶動上肢以肩關節(jié)轉動中心為圓心,以上肢長度 (含球拍長度)為半徑向前下方運動。從以上對下肢和上肢的關節(jié)角度變化分析結果可見,網(wǎng)球高壓球技術在整個擊球過程中身體各個關節(jié)角度變化較小,且擊球前后角度沒有明顯變化。整個上肢像連接在一起的一根“棍”做擊打動作,即網(wǎng)球高壓球技術采用“棍打”用力為主方式擊球。正因為“棍打”式的用力方式使手臂和球拍在球拍觸球瞬間是相對固定的,而球拍觸球瞬間手臂和球拍形成的角度趨近于180°的角度,所以給人的表象感覺手臂和球拍像是一個連為一體的棍子,故稱為“棍打”。

圖 2 球拍速度變化曲線

圖 3 上肢關節(jié)移動速度

從圖 4上肢各關節(jié)角速度變化情況可見,整個網(wǎng)球高壓球技術動作關節(jié)相對固定,速度變化較小,肩關節(jié)速度峰值最先出現(xiàn),但肘關節(jié)和腕關節(jié)角速度峰值出現(xiàn)時間基本同步,與鞭打動作模式不完全相同,鞭打是速度由近端環(huán)節(jié)依次傳遞到遠端環(huán)節(jié),角速度峰值依次出現(xiàn),將最大的速度傳遞到末端環(huán)節(jié)。網(wǎng)球高壓球技術動作模式不符合鞭打效應,而是一種“棍打”的用力方式為主,鞭打效應為輔的用力模式。肩關節(jié)先制動,將速度傳遞到肘關節(jié),肘關節(jié)和腕關節(jié)速度保持一致,不再依次傳遞速度,完成棍打。兩關節(jié)及球拍都有大約相同的角速度,角速度的變化較小,只有線速度的變化與增加,而線速度的變化與增加來源于運動半徑的大小,半徑的大小又取決于動作的舒展及擊球點的位置。因此在整個擊球過程中身體各個環(huán)節(jié)通過“棍打”式用力將能量傳遞給下位環(huán)節(jié),最后將能量傳遞給球拍。

圖 4 上肢關節(jié)加速度變化

3 結論與建議

3.1 結論

1)擊球瞬間髖、膝關節(jié)移動速度達到峰值,膝、踝關節(jié)角度達到峰值。蹬離地面過程中,大腿、小腿和足的運動順序為自上而下用力。

2)整個擊打過程肩、肘、腕三關節(jié)移動速度基本保持同步,肩關節(jié)角速度峰值最先出現(xiàn),肘關節(jié)和腕關節(jié)角速度峰值出現(xiàn)時間基本同步。

3)網(wǎng)球高壓球技術動作采用“棍打”式為主、“鞭打”式為輔的用力模式擊球。

4)擊球瞬間重心位移、位移速度達到峰值,彈性勢能最大限度釋放,動能最大。隨揮階段,身體重心繼續(xù)向前腿轉移,重心下降,運動員向前移動,身體恢復平衡。

3.2 建議

1)在常規(guī)動作要領的基礎上,各個運動環(huán)節(jié)要靈活多變,采用“借力打力”的形式向前下方用力,末端運動環(huán)節(jié)積極前伸,最大限度增加擊球用力半徑,形成“棍打”狀,提高擊球速度。

2)重視與加強身體各個環(huán)節(jié)肌肉工作方式的訓練,著重體會以“棍打”式為主、“鞭打”式為輔的用力方式,最終正確掌握該項運動的技術動作。

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Kinematical Analysis on the Technology of Overhead Sm ash in Tenn is

ZHANG Bo1,ZHENG Xiaolan2
(1.Sports Training School,Shenyang Sport University,Shenyang 110102,Liaoning,China;2.Graduate Department,Shenyang Sport University,Shenyang 110102,Liaoning,China)

Through the method of three-dimensional analytical photo graphy,the paper acquired and analyzed the kinematical parameters of movement of the technology of overhead smash in tennis.The study show s that while a p layer hits the ball and springs off the g round,the way of using force begins at the top and in the order of the thigh,the lower legs and the feet;during thew hole hitting process,the shoulders,the elbow s and the wrists are basically at the same moving speed with the peak of angular velocity appearing first from the shoulder,and the time for the elbow and the wrist appearing almost in a synchronous manner;the technology of overhead smash in tennis adopts the“stick”force method in beating.The purpose is to point out kinematical characteristics of technology of overhead smash and provide quantitative scientific basis for tennis teaching and training.

tennis;technology of overhead smash;kinematics

G845

A

1004-0560(2011)02-0106-04

2010-12-23;

2011-02-16

張 博 (1962-),男,副教授,學士,主要研究方向為體育教育訓練學。

責任編輯:郭長壽

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