从力学的角度分析网球正手抽球

吴松伟,张集彩

(1.孝感学院体育学院湖北孝感432000;2.孝感学院新技术学院,湖北孝感432000)

从力学的角度分析网球正手抽球

吴松伟1,张集彩2

(1.孝感学院体育学院湖北孝感432000;2.孝感学院新技术学院,湖北孝感432000)

从力学的角度对网球正手抽球作力学分析,对于不同旋转的球,所采用的击球动作结构应该有一定的变化,整个抽球效果与拍面的开合程度、挥拍速度、超越器械程度及前送的距离有一定的关系。

网球;正手抽球;力学

现代网球是一个崇尚力量与速度的运动,网球运动中正手抽球技术是重要的得分武器之一,也是最重要的技术之一。一名球员水平的高低,是否稳定很大程度上取决于他的正手抽球效果,效果好可发挥全身之力,击球威力大,进攻的点位多,并且稳定性高,所以很多球员都尽最大努力侧身用正手抽球进攻。虽然正手击球相比其他击球方式在力量和稳定性上有相当大的优势,但如果把握不好,同样会造成主动性失误,给自己的信心造成很大的打击,因此对正手抽球进行力学的分析,了解不同来球的受力特点就显得尤为重要了。

1 网球接触球拍瞬间的受力分析

在网球运动中,我们把打出的带有旋转的球叫做旋转球。球在实际飞行中绝对不转的球几乎是没有的,但通常我们只是把旋转很少的球,称为不转球,一般情况下我们打出去球按旋转方式分两种,一种是上旋球,一种是下旋球。

我们先看一下旋转球在接触球拍拍面的受力情况,如图1、图2所示,球接触球拍的瞬间,网球受到三个力:自身的重力G、球拍给球的支持力FN、球拍给球的摩擦力f。

为了能更好地说明问题,我们先假设:两种旋转球碰到球拍的瞬间拍面都垂直地面,且拍面静止不动,来球球速相等,因此可得球拍给球的水平方向支持力是相等的:地FN1=FN2=FN,那么图1中球受的水平方向的力与图2中球受到的水平方向的力是相等的,同为FN,图1中垂直方向所受的合力为F1=G-f1;图2中垂直方向所受的合力为F2=G+f2。

图1 上旋球受力分析

图2 下旋球受力分析

根据矢量的平行四边形法则,可以确定球所受合力的方向。

由(1)式和(2)式可得图1的反射角大于图2,即θ1>θ2。

这就说明触拍后下旋球较上旋球着地快,这也是实际击球过程中抽击下旋球时更易下网力学原理所在。但是我们可通过两种方法改善这种状况:第一,抽击下旋球时球拍拍面相对于上旋球开一些,相应地就抵消了垂直方向的部分摩擦力;第二,增加抽击下旋球的挥拍速度,也就是说大于抽击上旋球的挥拍速度,相应地增加水平方向的支持力。

在一般情况下,网球经地面反弹后,上旋球速度明显要快于下旋球的球速。因为球体的旋转,故在球碰撞到地面后受到地面给予的水平方向的冲量,从而使球获得水平速度的增量△V,设球反弹后速度为V1,如此在水平方向,球碰撞地面后的球速为:

而下旋球反弹后的水平速度则为:

所以V上旋x>V下旋x,这就是落地后水平方向上的速度上旋球快于下旋球的原理所在。

因此在击打下旋球的挥拍速度上更应该快于上旋球才能创造出相对接近的支持力。在抽球过程中,为使击球效果在力量与稳定方面都达到一个较佳的状态,从击球动作结构来说,对于不同旋转的来球,抽球的动作结构要适度变化,也就是上面我们所提到的,抽击下旋球时相对于上旋球拍面要开些,抽击的速度相对于上旋球也要快些,这样才能够达到较好的击球效果,也大大提高了击球的稳定性。

2 网球拍碰撞球前的力学分析

假设球拍的质量为m,受到恒力F的作用,其加速度也是不变的,t1的时速为V1,t2的时速为V2,力持续作用于球拍的时间△t,则有:

一般情况下,在我们向前挥拍的运动中,对球拍所施加的外力通常是变力,则有

(5)式和(6)式中左边为球拍受到的冲量,右边为球拍动量的增量,所以球拍的动量的增量等于它所受到的冲量,这就是动量定律。通常我们为了制造球速,需要给球很大的冲力,这个冲力是通过球拍传递给网球的。那么我们必须在球拍碰撞网球前给球拍制造出尽可能快的速度,也就是给球拍制造尽可能大的动量。从(5)式与(6)式中,我们可以看出球拍动量的增量只取决于它受到的冲量。

为了使球拍获得较大的冲量,需要给球拍施加尽可能大的作用力F,同时还要延长力对球拍的作用时间△t。然而在实际运动中增大作用力与时间常常是矛盾的,其原因是在于肌肉的收缩力量与速度呈非线性反比关系[1]。即力量增大以减少球拍的速度为代价,因此在实际操作中我们通常采用的方法是在保证发挥尽可能大的肌肉力量的同时,通过延长力的工作距离来增长力的工作时间,也就是要求在最后用力前使身体尽可能地超越球拍,从而保证力量的同时又增加了力的作用时间,使球拍获得较高的冲量。

网球的正手击球中(以右手持拍为例),从引拍结束,准备向前挥拍,向前跨出右脚,也就是我们经常说的开放式击球动作,身体迎上去向前击球,顶髋内旋,使髋部肌肉充分拉伸,提高髋部肌肉兴奋性,有利于增大肌肉力量;伴随着身体的扭转,并依次带动腰部肌肉、胸部肌肉、肩部肌肉、手臂肌肉的拉伸,以提高各个肌肉群的爆发式收缩力,同时延长最后用力的工作距离,从而延长力对球拍的作用时间,也就达到增大冲量,提高最后球拍的速度[2]。从提高球拍的冲量角度来说开放式击球较其他击球方式有明显的优势,换句话说,在网球的正手抽球中,开放式的击球方式更有利于形成超越器械。

另外必须清楚的是动量定理是矢量式,冲量的方向就是速度增量的方向,但由于动量及冲量都是矢量,所以我们在增加球拍速度时,保持挥拍方向与用力方向的一致性,才能达到较好的效果。我们平时看到的有些球员看起来挥拍速度很快,然而击出的球速度却一般,并且还缺乏稳定性,原因之一就是他们忽略了冲量是有方向的。他们的挥拍在球运动的方向时间太短,创造的有效冲量实际太少。

3 球拍与球的整个碰撞过程的力学分析

我们先假设球拍与球的质量分别为m1与m2,球拍与球接触的时间为△t,拍面与球相互作用的碰撞力分别为F1与F2,也是作用力与反作用力,F1与F2的大小是相等只是方向相反,故有F1=F2=F。设接触前球拍与球的速度大小分别分V1与V2,且速度方向相反,碰撞后球的速度V3,球拍对球的冲量为F△t,运用动量定理可得:

那碰撞后球的速度为:

然而实际上,在球拍与球接触的过程中,也就在△t时间内,球还受到来自于人所施加给它的作用力F′,设球所受合力为F合,在实际的整个击球过程中,网球所受到的合冲量应该为:

从(9)式中我们可以看出在整个球与球拍碰撞的过程中,在球离开拍面前,我们尽力增大F′和△t两个变量来增大球拍对网球的冲量。尽管同时增大两个变量有一定难度,我们还可以通过在保证F′足够大的情况下,通过延长球拍与球的工作距离来增加时间。在整个碰撞过程中,为了达到延长球拍对球工作距离的目的,我们应尽量通过能使工作肌肉充分拉伸的开放式的站住击球,击球过程中向目标方向前送球拍,同时重心跟进。另外值得注意的是,在球拍碰撞球的整个过程中要求持拍手紧握球拍,保证拍面稳定与扎实,以便更好地连续对球施加作用力,从而也更好地完成球拍与球之间动量的传递。

本研究虽然对网球抽球过程的主要环节,作了深入的力学分析,但由于影响抽球质量的因素还有很多,故本研究尚存在不足之处,尚需要广大科研工作者继续努力,以寻求一种更加全面、科学的方法,为正手抽球水平的改善提供一定的理论依据。

4 结论与建议

尽管影响正手抽球效果的因素很多,但从力学的角度分析正手抽球可得出结论:好的正手抽球的效果要根据不同旋转的来球,适当调整拍面的开合程度及相应的挥拍速度;增加抽球力量时身体要加大超越器械程度及采用开放的击球方式,碰撞球时握紧球拍,再加上身体跟进,前送球拍效果更佳。如果我们在平时的训练和教学中坚持以上几点,一定会取得明显的训练效果。

[1] 《运动生物力学》编写组.运动生物力学[M].北京:高等教育出版社,2006:204-256.

[2] 王宝栋.初析网球运动中生物力学的应用[J].北京体育大学学报,2007(S1).

Abstract:From mechanical point of view,this paper analyzed tennis forehand drive.For different rotation to the ball,using the action structure is different,and its actions throughout the process of pumping the ball with the timing,speed,strength,and the former to send a certain distance relationship.

Key Words:tennis;forehand drive;mechanics

Analysis of Tennis Forehand Drive from Mechanical Point of View

Wu Songwei1,Zhang Jicai2
(1.School ofPhysical Education,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei432000,China;2.College ofTechnology,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei432000,China)

G804.66

A

1671-2544(2010)03-0102-03

2010-03-31

吴松伟(1977— ),男,河南郑州人,孝感学院体育学院讲师,硕士。

张集彩(1984— ),女,山东临沂人,孝感学院新技术学院教师。

(责任编辑:邹礼平)