铅球最后用力阶段动作的生物力学分析

徐玉华，邱 丹，徐丽丽

（北京体育大学研究生院，北京 100084）

铅球最后用力阶段动作的生物力学分析

徐玉华，邱 丹，徐丽丽

铅球运动是一项既要求速度又要求力量的综合项目,以力量为基础，速度为核心。本文重点对铅球最后用力阶段的生物力学因素进行讨论，得出一定的规律，以期对体育教学和运动训练有一定指导作用。

铅球；最后用力阶段；生物力学

1 推铅球最后用力阶段动作

最后用力技术是推铅球技术的主要环节,它直接决定着铅球的最后运动成绩。最后用力动作从左脚着地瞬间开始直到将铅球推离指尖，整个过程包括推球前的蓄力阶段和向投掷方向加速推球阶段。滑步结束左脚积极落地, 球离手瞬间的身体姿势是两腿充分蹬直,髋向前顶，右肩高于左肩并尽可能地向前上方探出,手心向外,头部后仰。

2 最后用力技术中影响运动成绩的主要生物力学因素

2.1 铅球的出手初速度

出手初速度是影响铅球飞行距离的最重要因素。它主要由最后用力推铅球的力作用于铅球上的距离和时间决定，用力距离长而时间短，则铅球出手的初速度就大。其次，利用滑步速度的能力也是影响初速度的重要因素。研究表明[1]，铅球出手初速度的80% ～ 85%来自最后用力，15%～20%则来自滑步。最后用力的能力主要取决于运动员速度力量的发展水平和推铅球技术的完善程度。掷铅球的出手速度与运动员全身协调用力、动力链传递和投掷技术有关。随着运动员训练水平的提高，出手速度会发生明显地变化，当达到一定程度或接近极限水平时就不会有增长。我国运动员铅球出手速度平均值为12.803 ±0.15 m/ s。

2.2 出手角度与最佳出手角度

2.2.1 出手角度 出手角度是出手瞬间铅球的瞬时速度方向和水平面之间的夹角。在不考虑空气阻力的情况下，铅球的飞行轨迹是由出手速度、出手角度和出手高度决定的抛物线。当铅球的出手速度一定时，随着出手高度的升高，其最佳出手角度呈小幅下降的趋势。

2.2.2 最佳出手角度 当铅球运动员的出手高度、出手速度一定时，有一个固定的出手角度能使铅球推出最远的距离，这个出手角度叫最佳出手角度。它与出手高度和出手速度有关。

目前，存在诸多形式的最佳投掷角度公式[4]，部分公式计算角度偏大，与实践脱节，不能普遍适用。对于铅球成绩的影响因素，理论分析和实践结果表明，出手角度是仅次于出手速度的重要影响因素。不同水平运动员投掷角度又存在很大的差异性。因此，选择适合不同水平运动员的最佳成绩和最佳投掷角度公式，具有重要的理论和实践意义。

2.3 铅球出手高度

铅球出手高度对每名运动员都具有相对稳定性[5]。它主要取决于运动员的身高、臂长以及专项技术水平。我国铅球运动员出手高度普遍偏低，在2004 年“菲普莱杯”全国田径大奖系列赛（南京站）中， 男子铅球比赛前六名运动员中出手高度最大的是 2.20 米，最小的才 2.11米，出手高度明显低于世界优秀选手（ t =- 4. 503，P < 0.01）[6]。从身体形态来看，我国运动员的身高、体重、臂长等与国外运动员相比也存在着一定的差距，这6名运动员的身高没有一个超过2 米，还有2 名不到1.90米。因此，从身体形态方面考虑这 6 名运动员就存在着不足，所以今后首先应当加强科学化选材。

3 最后用力技术中影响运动成绩的其他因素

从左脚落地到身体形成侧弓这一过程中，右手臂、上体和头不主动运动，仅是依靠右膝的内扣、右腿的侧蹬形成转髋和送髋的最后用力准备姿势。由于上体和头的不主动转动，躯干的扭转使身体左侧的肌肉群处于拉紧状态，为最后用力和右腿蹬伸的动量向躯干和右手臂传递创造了有利的条件。

躯干形成侧弓后，在左腿有利的支撑下，利用躯干肌肉的弹性反振作用，顺势转肩伸臂完成投掷动作。在最后用力过程中，保持左腿的有利支撑非常重要，它可提高躯干绕额状轴和垂直轴的转动效率。假如左腿支撑面过早打破，身体的驱动力将会大大下降。保持铅球在指尖出手能加长用力的杠杆（但是若手指缺乏足够的力量，则放在指尖反会造成失败）。左臂在最后用力中通过向上、向左、向下的摆动，起到协助身体完成左侧支撑和加长推球手臂的用力距离的重要作用。髋部的柔韧性[7]。对推铅球最后用力肌肉作功距离的影响明显，髋腰部柔韧好表明腹内斜肌，腹外斜肌的伸展性好，扭转动作大，肌肉作功距离大，对球的用力距离大，会加大铅球的出手速度，从而增大铅球的抛掷距离。

结合运动生物力学和铅球专项理论可以进一步得到验证，最后用力时的左脚蹬地将产生垂直和水平分力，水平分力指向侧面，因而使运动员向前的运动减速。即在最后阶段的力作用中，左脚阻碍了向前的运动，同时有利于人与铅球系统质心的升高，从而产生垂直位移。在水平分力的作用下产生的水平位移与铅球的远度成正相关，而垂直位移则与铅球的远度成负相关[8]。

4 理论研究中忽略的问题

4.1 空气阻力

根据 Young（1985）的计算[9]，当出手高度达到2 m，出手初速度14 m/ s时，无空气阻力情况下投掷成绩为 22.25 m，而在存在空气阻力时要缩短 0.15 m，减少的比例为0.68 %。最佳角度为39.2°，空气阻力使角度减少 0.13°，减少的幅度为 0.33%。得出结论，无空气阻力时所得的理论值与有空气阻力下的实际值相差不大。所以在研究铅球运动轨迹时，我们可以忽略空气阻力的影响。但是在室外比赛中会遇到刮风的情况，风速达到一定程度会对铅球的投掷距离产生很大的影响，此时的空气阻力不能被忽略。

4.2 出手差

出手差是指运动员在投掷时铅球出手点投影距投掷圈内沿的水平距离(LO)。当投影在投掷圈内沿的外面时，可得出L0为正,在圈内面时，可得出L0 为负。抽取 11 名不同水平铅球运动员的技术参数资料统计整理结果显示[10]。出手差的范围是 - 0.19～0.18 m。从资料统计中发现，优秀运动员出手差基本都为正值，较大时可以达到 0.18 m。

5 结论与建议

5.1 全面提高身体素质，全面身体素质训练的不断提高是提高专项运动成绩最基础的条件。

5.2 加强铅球运动员最后用力完整技术的节奏训练，注重整个动力链的传递，将全身的力量最后作用于手指，以提高铅球最后的出手速度。

5.3 加强下肢力量训练，提高下肢的动作速度，改善下肢的灵活性和协调性，增加髋关节的力量、柔韧性和灵活性。建立稳固的左侧支撑，具有较大的作用距离，为铅球的出手速度和抛掷距离创造条件。

5.4 利用组合训练，安排适合于运动员的负荷、间歇、顺序等，达到最佳的训练效果。

[1] Red W E，Zogaib A J. Javelin dynamics including body interaction [J]. Journal of applied mechanics，1977（44）：496-497.

[2]徐月明.铅球运动最佳出手角的理论分析和实验模拟研究[J].大学物理，2004，2（2）：21-24.

[3] Hubbard et al. The flight of sports projectiles[J]. Biomechanics in sports: Performance enhancement and injury prevention (Editor by Vladimir Zatsiorsky) Blackwell Science Ltd，2000：396.

[4] 王倩，周华锋，刘茂辉，等.对两名不同水平男子铅球运动员投掷技术的生物力学分析[J].北京体育大学学报，2007，30（3）：404-406.

[5]吴晓尧，髋部能力对铅球成绩的影响[J].山西体育科技，2006，2（1）：135-137.

[6]卢德明. 运动生物力学测量方法[M].北京：北京体育大学出版社，2002：205 -208.

[7]郭国兵. 我国优秀女子铅球运动员专项身体素质训练水平与运动成绩的研究[J].北京体育大学学报，2006（1）：141 -142.

[8]YOUNG W M. Maximizing the Range of the Shot Put Using a Simple Geomet rical Approach [J]. American J .phys.1985，53（1）：84.

[9]吴德州，张沛林，不同技术等级铅球运动员最佳投掷角度的理论分析[J].新乡学院学报(自然科学版)，2009，6（3）：79-81.

[10]张宝峰, 李风雷，旋转推铅球技术优势的生物力学分析[J]. 首都体育学院学报，2006，3（2）：76-78.

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G824.1

A

1674-151X（2010）07-019-02

（北京体育大学研究生院，北京 100084）

10.3969/j.issn.1674-151x.2010.07.009

在质点运动学中讨论过斜抛运动问题：将物体以一定的速度斜向上抛出，忽略空气阻力，则仰角为多大时抛出的距离最远？在中学物理中的答案是45°[2]。而实际上，推铅球最佳的抛掷不同，铅球的抛掷点不是在地面上，而是离地有一段高度，体育运动有关的指导书上给出最佳抛射角为38° ～ 42°[3]。我们上面所谈到的最佳出手角度只是从理论上得到的理想结果，由于运动员肌肉用力的方式不同，它的最佳出手角度不一定适用于得出的理论值。

投稿日期：2010-03-30

徐玉华，在读硕士研究生。研究方向：运动训练学。