“旋轉(zhuǎn)式”與“背滑式”加速蓄力階段人-球系統(tǒng)運行速度對比分析

張慶來 魏永敬

摘 要：研究目的：通過對旋轉(zhuǎn)式和背向滑步式兩種典型鉛球投擲技術(shù)加速蓄力階段“人-球”系統(tǒng)的運行速度進行對比分析，探討兩種投擲技術(shù)對鉛球預(yù)加速能力的不同影響，為鉛球項目的教學(xué)、訓(xùn)練提供理論依據(jù)。研究方法：采用美國APAS運動錄像分析系統(tǒng)，對采用“旋轉(zhuǎn)式”和“背滑式”的2名優(yōu)秀男子鉛球運動員的比賽錄像進行三維運動學(xué)解析。研究結(jié)果：1）旋1“人-球”平均速度差（0.89±0.73）m/s低于旋2的（0.98±0.81）m/s，兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.752，P>0.05）;背1平均“人-球”速度差為（0.28±0.20）m/s低于背2（0.38±0.10）m/s，兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.204，P>0.05）。2）背1平均球速（2.30±0.22）m/s大于旋1平均球速（1.24±0.41）m/s;背2平均球速（2.52±0.18）m/s大于旋2平均球速（1.09±046）m/s，兩者差異性均具有非常顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000，P<0.01）。3）“旋1”重心平均速度（2.13±0.49）m/s大于“背1”重心平均速度（2.01±0.31）m/s，但兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.518，P>0.05）?！靶?”重心平均速度（2.07±0.47）m/s小于“背2”重心平均速度（2.14±0.15）m/s，兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.671，P>0.05）。4）背1平均“人-球”速度差為（0.28±0.20）m/s低于旋1（0.89±0.73）m/s，且兩者差異性具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0024，P<0.05）;背2平均“人-球”速度差為（0.38±0.10）m/s低于旋2（0.98±0.81）m/s，且兩者差異性具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.039，P<0.05）。研究結(jié)論：“背滑式”投擲技術(shù)比“旋轉(zhuǎn)式”投擲技術(shù)在加速蓄力階段對提升鉛球運行速度更為及時和穩(wěn)定，但隨著旋轉(zhuǎn)動作完成進入過渡階段，“旋轉(zhuǎn)式”技術(shù)的人-球系統(tǒng)的運行更穩(wěn)固，鉛球出手的增速能力更強。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)式;背滑式;人-球系統(tǒng);加速蓄力

中圖分類號：G804.6;G824.1 ? 文獻標識碼：A ?文章編號：1006-2076（2020）04-0082-06

Abstract：Objective： Through the comparison and analysis of the running speed of "man-shot" system in the acceleration and retention stage of two typical shot put throwing techniques， the paper discusses the different effects of the two throwing techniques on the pre-acceleration ability of shot put， and provides theoretical guidance for the teaching and training of shot put. Methods： the American APAS sports video analysis system was used to analyze the 3d kinematics of the game video of two excellent male shot-putter who adopted "rotary" and "backslide". The results were as follows： 1） The average speed difference of "man-shot" （0.89±0.73） m/s was lower than that of （0.98±0.81） m/s （P=0.752， P>0.05）. The average "man-shot" velocity difference of back-1 was （0.28±020） m/s， which was lower than back-2 （0.38±0.10） m/s. The difference between the two was not statistically significant （P=0.204， P>0.05）. 2） The average ball speed of back 1 （2.30±022） m/s is greater than that of back 1 （1.24±0.41） m/s. The average ball speed of back 2 （2.52±018） m/s was greater than that of back 2 （1.09±0.46） m/s， and the difference between the two was statistically significant （P=0.000， P<0.01）. 3） average velocity of center of gravity of "rotation 1" （2.13±0.49）m /s was greater than the average barycentric velocity of "back 1" （2.01±031） m/s， but the difference between the two was not statistically significant （P=0.518， P>005）. The average barycentric velocity of "rotation 2" （2.07±0.47） m/s was lower than that of "back 2" （2.14±015） m/s， and the difference between the two was not statistically significant （P=0.671， P>005）. 4） The average "man-shot" velocity difference was （0.28±0.20） m/s lower than the rotation （0.89±0.73） m/s， and the difference was statistically significant （P=0.024， P<0.05）. The average "man-shot" velocity difference between back 2 was （0.38±0.10） m/s， lower than that between back 2（098±0.81） m/s， and the difference was statistically significant （P=0039， P<0.05）. Conclusion： "Back-sliding" throwing technique is more timely and stable than "rotary" throwing technique to improve the speed of shot in the acceleration and retention stage， but with the completion of the rotation into the transition stage， "rotary" technology of the man-shot system more stable operation， shot speed is stronger.

Key words：rotary; back sliding ; man-shot system; accelerating accumulation force

現(xiàn)代鉛球運動源于14世紀40年代歐洲炮兵投擲炮彈的游戲和比賽。綜觀鉛球投擲技術(shù)的發(fā)展歷程，從正面原地推球技術(shù)、側(cè)向推球技術(shù)到背向滑步投擲技術(shù)，再到旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)[1]，運動員和教練員一直在探索科學(xué)合理的投擲技術(shù)，在有限的投擲空間范圍內(nèi)，不斷增大對鉛球的作用效果，提升鉛球飛行遠度。旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)最初盛行于歐美國家[2]，從近3屆奧運會來看，男子鉛球比賽中59%使用了旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)[3]，近年來隨著我國體育科技水平的不斷發(fā)展，旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)在我國男子運動員中使用比例逐漸增高，全國田徑大獎賽前6名選手曾出現(xiàn)了50%的運動員采用旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)[1]，呈現(xiàn)出“旋轉(zhuǎn)式”與“背滑式”兩種投擲技術(shù)爭鋒的態(tài)勢[1，4-5]。鉛球遠度主要取決于鉛球的出手速度[6]，最后階段用力對增大鉛球出手速度的貢獻率最大，以往李建臣[8]、董海軍[9]、余章彪[10]、辛峰[11]、程方圓[12]、Landolsi[13]等學(xué)者針對鉛球最后用力技術(shù)進行系統(tǒng)的生物力學(xué)分析。然而，鉛球真正擺脫靜止狀態(tài)獲得初步動量積累恰恰是通過投擲動作初期的蓄力加速過程，主要包括起滑、滑步（或旋轉(zhuǎn)）以及過渡階段?；郊夹g(shù)在完整推鉛球技術(shù)中至關(guān)重要[14-15]，人-球系統(tǒng)穩(wěn)定性是滑步技術(shù)評價的關(guān)鍵要素[15]，身體重心與鉛球質(zhì)心的運動軌跡是評價滑步技術(shù)階段人-球系統(tǒng)穩(wěn)定性的直觀指標[16-17]，本研究以“旋轉(zhuǎn)式”和“背滑式”滑步階段的人-球系統(tǒng)運行速度特征進行對比研究，旨在探索兩種典型投擲技術(shù)預(yù)加速的表現(xiàn)特點。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以男子鉛球加速蓄力階段的“人-球”運行速度為研究對象。分析樣本來源于全國田徑大獎賽（淄博站）男子鉛球比賽項目，對旋轉(zhuǎn)式鉛球運動員左××（右手投擲）和背向滑步式鉛球運動員丁××（右手投擲）兩次試投進行三維錄像解析，基本情況見表1。

“人-球”系統(tǒng)是指鉛球投擲獲取預(yù)行速度過程中人體重心與鉛球重心的相互關(guān)系[18]。本研究中的加速蓄力階段是指“背滑式”的滑步階段+過渡階段與“旋轉(zhuǎn)式”的旋轉(zhuǎn)階段+過渡階段，均界定為右腳離地至左腳著地時相。主要任務(wù)是使處于靜態(tài)的“人-球”系統(tǒng)進入動態(tài)而獲得一定的預(yù)行速度，為最后用力階段獲得最大速度和形成最佳的投前發(fā)力姿勢奠定基礎(chǔ)。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過中國知網(wǎng)、維普期刊等中文數(shù)據(jù)庫，Internet互聯(lián)網(wǎng)谷歌學(xué)術(shù)鏡像以及ScienceDirect、SringerLink等外文數(shù)據(jù)庫，分別以“鉛球”“滑步”“旋轉(zhuǎn)式”“背向滑步式”“shot-put”“sliding phase”“back sliding”“rotational shot put”等中英文關(guān)鍵詞進行檢索，共檢索論文80余篇，著作5部，通過閱讀相關(guān)文獻資料和近幾年國內(nèi)外鉛球項目發(fā)展的賽事信息，對國內(nèi)外鉛球項目運動的現(xiàn)狀有了較深入的了解。

1.2.2 三維錄像解析法

使用兩臺日產(chǎn)索尼DCR-VX2100E型數(shù)碼攝像機，對運動員現(xiàn)場比賽進行定點拍攝，兩攝像機距投擲圈中心都為12 m，兩攝像機主光軸夾角約為90°，機高1.2 m，拍攝頻率均為50 Hz，比賽結(jié)束后在投擲圈內(nèi)同時拍下愛捷001-A型三維DLT立體輻射框架，根據(jù)框架中“23”球中心指向“13”球中心的連線為X方向的要求，框架的放置使X方向正對投擲方向。采用美國艾里爾運動生物力學(xué)分析系統(tǒng)（Ariel Performance Analysis System， APAS）對所采集的運動錄像進行人體各關(guān)節(jié)點的逐點逐禎點入解析，選用系統(tǒng)自帶的美國丹姆斯特（Dempster）模型，經(jīng)過數(shù)字化（Digitize）計算得到鉛球投擲過程中的各環(huán)節(jié)運動學(xué)參數(shù)，采用低通數(shù)字濾波法對原始數(shù)據(jù)進行平滑處理，截斷頻率為6 Hz[1]。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法

采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件包對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、計算，得出本研究所需數(shù)據(jù)，曲線圖用Excel 2010完成，對比數(shù)據(jù)均以平均值（X）和標準差（S）表示。統(tǒng)計結(jié)果的差異性用P值表示，P<0.05為差異具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義，P<0.01為差異具有非常顯著統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 “旋轉(zhuǎn)式”加速蓄力階段鉛球、重心及人-球系統(tǒng)速度分析

旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)是以支撐腳為軸，通過身體低姿大幅度旋轉(zhuǎn)，并配合擺動腿的“外擺畫弧”動作[17]，快速提升“人-球”系統(tǒng)的共進速度，在最后用力前借助由下而上的超越用力，進一步發(fā)揮旋轉(zhuǎn)結(jié)束時展體和轉(zhuǎn)身所釋放的動量矩，快速將角速度轉(zhuǎn)換為鉛球出手的線速度。其運動生物力學(xué)原理主要表現(xiàn)為：旋轉(zhuǎn)動量=轉(zhuǎn)動慣量 ×旋轉(zhuǎn)速度（E =JW）[19]。外擺畫弧動作除了可以增大轉(zhuǎn)動過程中的轉(zhuǎn)動慣量，還是一種“補償運動”[20]，即人體在完成動作或維持姿勢的過程中，當(dāng)人體重心發(fā)生偏移，有失去平衡的傾向時，通過擺動肢體在一定的范圍內(nèi)“中和”重心不適宜移動，有利于身體平衡的恢復(fù)和促進動作順利完成。

從表2解析數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知，成績較好的“旋1” 試投的平均球速（1.24±0.41）m/s高于成績較差的“旋2”試投平均球速（1.09±0.46）m/s，但兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.354，P>0.05）。從圖1曲線分析，兩次試投平均球速隨時間變化軌跡非常一致，呈現(xiàn)先升后降的趨勢，只是旋1試投最后時刻速度出現(xiàn)一個明顯回升。旋1和旋2試投最高球速分別為173 m/s和1.63 m/s，均出現(xiàn)在加速蓄力的中后時段。旋1試投的平均重心速度（2.13±0.49）m/s高于旋2試投的平均重心速度（2.07±0.47）m/s，但兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.735，P>0.05）。旋1試投最高重心速度為2.76 m/s，出現(xiàn)在中間時段，旋2試投最高重心速度為2.65 m/s，均出現(xiàn)在加速蓄力開始時段。兩次試投平均球速隨時間變化軌跡非常一致，呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。從“人-球”系統(tǒng)內(nèi)的鉛球速度與人體重心速度差值來看，旋1平均“人-球”速度差為（0.89±0.73）m/s低于旋2的速度（0.98±0.81）m/s，但兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.752，P>0.05）。

2.2 “背滑式”加速蓄力階段鉛球、重心及人-球系統(tǒng)速度分析

背向滑步技術(shù)簡稱“背滑式”，在通過滑步和過渡動作完成對鉛球加速蓄力過程，是支撐腿（右腿）離地瞬間起滑開始到完成支撐腿和擺動腿（左腿）雙支撐著地的動量積蓄過程。運動員首要任務(wù)是將處于靜止狀態(tài)的“人-球”系統(tǒng)進入動態(tài)運行，先以滑步獲得一定的預(yù)先速度，進入雙支撐過渡階段后要力爭將鉛球所具有的動量盡可能多地傳遞到最后用力推球動作中，其條件是能夠使整個身體姿勢處于最佳的發(fā)力狀態(tài)，這也是診斷運動員滑步與過渡銜接技術(shù)好壞的依據(jù)[21]。從表3和圖2對兩次試投的解析數(shù)據(jù)分析可知，成績較差的“背2” 試投的平均球速（2.52±0.18）m/s高于成績較好的“背1”試投平均球速（2.30±022）m/s，且兩者差異性具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=003，P<0.05）。從曲線圖分析，背1試投平均球速呈現(xiàn)先升后降的趨勢，最高球速2.64 m/s出現(xiàn)在中間時段，而背2試投平均球速為從高到低的下降趨勢，最高球速2.89 m/s，出現(xiàn)在開始時段。背2試投的平均重心速度（2.14±0.15）m/s高于背1試投的平均重心速度（2.01±0.31）m/s，但兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.253，P>0.05）。背1試投最高重心速度為242m/s，出現(xiàn)在中間時段，背2試投最高重心速度為234m/s，出現(xiàn)在開始時段。這說明背2試投預(yù)擺階段較為積極，而滑步過程動作減慢，致使“人-球”系統(tǒng)速度呈下降趨勢。從人-球系統(tǒng)內(nèi)的鉛球與人體重心速度差值來看，背1平均“人-球”速度差為（0.28±020）m/s低于背2（0.38±0.10）m/s，兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.204，P>0.05）。李建臣[22]研究指出，我國優(yōu)秀男子鉛球運動員滑步階段“人-球”速度差平均為031 m/s，世界優(yōu)秀選手平均為0.15～0.2 m/s。從運動生物力學(xué)角度， 評定滑步優(yōu)劣的一個重要標準是滑步中鉛球速度與身體重心速度是否接近。滑步階段要獲得理想的 “人-球” 系統(tǒng)預(yù)行速度，兩腿動作需要充分協(xié)調(diào)配合。左腿的擺動至關(guān)重要， 一是擺動力量和速度的增大可為右腿的蹬伸創(chuàng)造有利條件， 二是控制后擺過高導(dǎo)致的身體重心過度上移。對于身體重心速度與鉛球速度差值較大的運動員來說，可以通過適當(dāng)減小著地瞬間右膝角來提高身體重心速度， 從而更好地使滑步階段鉛球速度與身體重心速度越趨于接近。

2.3 “旋轉(zhuǎn)式”與“背滑式”加速蓄力階段人-球系統(tǒng)速度對比分析

無論是背向滑步投擲技術(shù)還是旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)，在最后用力之前都需要經(jīng)過運動員的助跑完成對鉛球的加速蓄力過程，但不同的投擲技術(shù)對“人-球”系統(tǒng)的作用形式有所不同。“背滑式”注重低、平、快的動作模式，其中“快”的含義是指擺動腿擺動迅速，蹬地腿蹬伸及時有力，擺動腿快速落地，鉛球和身體移動速度快[17，25]。動作運行軌跡較短，姿勢控制相對較容易。“旋轉(zhuǎn)式”則注重肩軸繞支撐腳的轉(zhuǎn)動效果，運用力學(xué)的轉(zhuǎn)動定律，實現(xiàn)最佳的轉(zhuǎn)動角速度，根據(jù)V=ωR肩軸的角速度越大則鉛球獲得的線速度也越大，旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)能夠更有效地增加角速度ω，同時也加大了旋轉(zhuǎn)半徑R，從而增加了鉛球出手速度 V，可有效提高投擲遠度[6]。

圖3和表4統(tǒng)計結(jié)果表明，在蓄力加速階段“背滑式”兩次試投的鉛球平均速度均大于“旋轉(zhuǎn)式”平均球速，其中背1平均球速（2.30±0.22）m/s大于旋1平均球速（1.24±0.41）m/s，背2平均球速（2.52±0.18）m/s大于旋2平均球速（1.09±0.46）m/s。兩者差異性均具有非常顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000，P<0.01）;宮本莊等[23]研究表明，男子優(yōu)秀鉛球選手，背向滑步式滑步階段的球速達到2.0～2.75 m/s，旋轉(zhuǎn)式球速達到3.72～4.0 m/s，而在過渡階段球速分別下降至0.9～1.0 m/s和1.4～1.5 m/s。其背向滑步鉛球速度特征與本研究的結(jié)果吻合，而與旋轉(zhuǎn)式的結(jié)果相差較大，說明本研究選取運動員的旋轉(zhuǎn)技術(shù)還存在一定缺陷，沒能把旋轉(zhuǎn)式的加速優(yōu)勢體現(xiàn)出來。楊文學(xué)等[24]研究表明，采用旋轉(zhuǎn)式推鉛球和滑步推鉛球這兩種技術(shù)，在騰空和過渡這兩階段，器械的速度均有下降，旋轉(zhuǎn)式鉛球速度下降更明顯。但通過最后用力階段后，鉛球的增速能力旋轉(zhuǎn)式要優(yōu)于背滑式，旋轉(zhuǎn)式使鉛球的增速達8～9倍，而背向滑步式使鉛球的增速約4～5倍[23]。以本研究中成績較好的兩次試投來看，“旋1”過渡階段末期球速為1.51 m/s，出手速度為12.06 m/s，鉛球增速約為8倍，“背1”過渡階段末期球速為2.09 m/s，出手速度為11.85 m/s，鉛球增速為5.7倍。此結(jié)果與以往研究結(jié)論基本一致。

在蓄力加速階段，鉛球速度與身體重心速度是反映滑步技術(shù)質(zhì)量的重要依據(jù)，它們相互聯(lián)系又相互制約，鉛球質(zhì)心的速度是通過人體速度傳遞得到的，身體重心速度是鉛球獲得速度的前提[26]。表4統(tǒng)計結(jié)果表明，在滑步階段運動員的重心平均運行速度相差不大，“旋1”重心平均速度（2.13±0.49）m/s大于“背1”重心平均速度（2.01±0.31）m/s，但兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.518，P>0.05）;“旋2”重心平均速度（2.07±0.47）m/s小于“背2”重心平均速度（2.14±015）m/s，但兩者差異性無顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0671，P>0.05）。由圖4可看出，無論是“旋轉(zhuǎn)式”投擲技術(shù)還是“背滑式”投擲技術(shù)在蓄力加速階段重心速度都呈下降趨勢，只有背1試投過程中重心速度出現(xiàn)先升后降的趨勢。

從“人-球”系統(tǒng)內(nèi)的鉛球與人體重心速度差值來看，背1平均“人-球”速度差為（0.28±0.20）m/s低于旋1（0.89±0.73）m/s，且兩者差異性具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.024，P<0.05）;背2平均“人-球”速度差為（0.38±0.10）m/s低于旋2（0.98±0.81）m/s，且兩者差異性具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.039，P<0.05）。研究表明，起滑和滑步階段人體和鉛球的速度應(yīng)保持高度一致性，身體重心速度曲線和鉛球質(zhì)心速度曲線具有高度的重合度[15]。本研究中旋轉(zhuǎn)式投擲技術(shù)的蓄力加速階段鉛球平均速度與平均重心速度差值偏大。從圖5曲線可看出，人-球系統(tǒng)鉛球與重心速度差值顯示由大變小，在18 ms時速度差接近零位附近，然后速度差又出現(xiàn)小幅增大，說明在起滑和旋轉(zhuǎn)初期，運動員人-球穩(wěn)定性不足，但隨著旋轉(zhuǎn)動作的完成進入過渡階段，人-球系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定。以旋1試投來看，此動作時相處于右腳著地瞬間，此時球速達到最大173m/s，而重心處于最低速度1.42 m/s，說明在進入過渡階段前右腳支撐穩(wěn)固，人-球系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，為最后用力創(chuàng)造良好條件。

3 結(jié)論

3.1 “背滑式”投擲技術(shù)比“旋轉(zhuǎn)式”投擲技術(shù)在加速蓄力階段對提升鉛球運行速度更及時和穩(wěn)定。

3.2 “背滑式”與“旋轉(zhuǎn)式”投擲技術(shù)在加速蓄力階段對推進身體重心運行速度的效果相差不明顯。

3.3 “旋轉(zhuǎn)式”投擲技術(shù)在起滑和旋轉(zhuǎn)初期，“人-球”系統(tǒng)穩(wěn)定性不足，但隨著旋轉(zhuǎn)動作的完成進入過渡階段后，“人-球”系統(tǒng)比“背滑式”更穩(wěn)固，鉛球出手的增速能力要優(yōu)于“背滑式”。

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