网球高压球技术的运动学分析

张 博,郑晓兰

(沈阳体育学院运动训练学院,辽宁沈阳 110102:沈阳体育学院研究生部,辽宁沈阳 110102)

网球高压球技术的运动学分析

张 博1,郑晓兰2

(沈阳体育学院运动训练学院,辽宁沈阳 110102:沈阳体育学院研究生部,辽宁沈阳 110102)

运用三维立体摄影解析法,获取了网球高压球技术动作的运动学参数,并对数据进行统计学处理。结果表明:击球蹬离地面过程中,大腿、小腿和足的运动顺序为自上而下用力;整个击打过程肩、肘、腕三关节移动速度基本保持同步,肩关节角速度峰值最先出现,肘关节和腕关节角速度峰值出现时间基本同步;网球高压球技术动作采用“棍打”式为主,旨在指明网球高压球技术的运动学特征,并为网球教学和训练提供定量的科学依据。

网球;高压球技术;运动学

网球为技战能主导类持拍隔网对抗项群运动项目。高压球技术是网球一项进攻性击球技术方法,具有击球力量大、飞行速度快和落地时间短的特点[1-2]。拥有良好的高压球技术可以最有效地得分并赢取比赛。纵观网球的研究,主要以综述性质的经验总结为主,缺乏实际的数据支撑,没有定量的科学描述[3-6]。近几年,随着高速影像分析技术在体育运动技术分析领域的应用,为网球技术的定量分析提供了科学的方法[7]。笔者通过分析网球高压球技术关节运动和肌肉收缩时表现的运动学特征,揭示网球高压球技术动作的用力方式特点,力图为教练员和运动员认清技术动作的实质和找到技术关键提供科学参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以专业运动年限在两年或两年以上的网球省队共十名优秀运动员为研究对象。

1.2 研究方法

1.2.1 摄像法 本研究采用的实验仪器设备:两台同规格SONY摄像机,拍摄频率为 125赫兹 /秒,摄像专用照明灯两盏,爱捷三维DLT辐射框架一个。两台摄像机分别放置于运动员左侧前方和左侧水平稍前方,要求两台摄像机能完整录进整个动作。摄像机高 1.29m,两台摄像机的主光轴约成90°,拍摄前后用三维空间框架进行标定,摄像机距框架远点距离为 A机 11.5m,B机 10.1m,AB机距 12.0m。运动员热身 20m in,每人按要求做 3次以上,并纪录符合实验要求的击球动作顺序。拍摄频率 125/s,快门速度 1/1000s。本次拍摄地点为沈阳体育学院网球馆,时间为 2009年 12月 15日。

1.2.2 录像解析法 运用 APAS图像解析系统对所拍摄录像进行数字化处理和三维空间坐标转换,采用松井秀治人体模型,按照人体模型关节点进行数据采集,所获得的有关数据运用低通滤波法 (频率为 8赫兹)进行平滑处理。

1.2.3 数理统计法 运用 SPSS 15.0统计学软件对所获得的原始数据进行处理,获取有关运动学特征数据。

2 结果与分析

2.1 阶段划分

从网球高压球技术动作的选位→引拍→迎球挥拍→球拍触球→随势挥拍→回位六个阶段进行分析,选取网球“引拍阶段”同侧脚落地至迎球挥拍;“迎球挥拍→球拍触球阶段”异侧手臂下压至球与拍相触;“随势挥拍阶段”球与拍相离至持拍手手腕方向改变三个动作阶段为研究范围进行研究。为求实验研究的规整性,本次选用的 10名网球运动员均为右手持拍,各环节均选择以其持拍手侧的关节为研究对象。

2.2 网球高压球技术动作下肢动作分析

2.2.1 髋关节的运动 在引拍阶段上体后倾,躯干侧屈、外展大幅度增加至左髋在前、右髋在后,为形成超越器械 (球拍)动作和流畅击球做好准备。此阶段髋关节角度持续为160°左右 (表 1),无显著性变化。此时髋关节做克制性工作,臀大肌、股二头肌、半腱肌、半膜肌和大收肌做退让性工作。

迎球挥拍→球拍触球阶段,当身体重心达到最高点转体、转髋,内收幅度增加,当内收大于外展完成超越器械,髋关节最大限度内收完成击球。拉长使身体前屈的主要肌群有两侧的腹直肌、腹外斜肌、腹内斜肌、股直肌、阔筋膜张肌等,为髋关节进行克制性工作创造了有利条件。从表 1可见击球瞬间髋关节移动速度达到峰值、角速度变化不大,角度仍旧持续为 160°左右没有显著性变化。此阶段髋关节弹性势能最大限度释放,动能逐渐增加达到最大,髋关节带动躯干向上做加速运动,并对持拍手臂及球拍形成超越器械,“超越”的重要作用是增大挥拍的“工作”距离及预先强烈地牵拉作后继动作的主动肌,使之积蓄强大的弹性能,提高肌肉的预张力。

随挥阶段,髋关节前屈并继续向前运动,髋关节速度、角度减小,角速度值没有明显变化。力量产生运动,而产生的力量最终来源于肌肉收缩做功,完成技术动作的质量与效果取决于肌肉的收缩力及收缩速度。

表1 髋关节各阶段运动学指标

2.2.2 膝关节的运动 在引拍阶段,下肢动作主要是拉伸下肢肌群引起牵张反射积蓄弹性势能,而适当地的增加膝关节下蹲深度可增加拍子在“搔背”动作阶段的摆动距离,从而增加“搔背”动作幅度。从表 2可见此阶段,膝关节角度相对固定在 140°左右。迎球挥拍→球拍触球阶段,躯干向上加速运动,膝关节快速蹬伸,形成超越器械,蹬伸过程首先是股四头肌在小腿固定的情况下收缩,使大腿在膝关节处伸直蹬离地面。在击球瞬间膝关节角度有所增加,速度迅速上升,角速度变化幅度较大,均在击球瞬间达到峰值;随挥阶段,完成击球动作后的落地过程中,伸展髋、膝的主要肌群做退让性工作,完成落地缓冲动作,膝关节速度迅速下降,而膝关节角度有所减小,但减小幅度不大,膝关节角速度迅速下降。

表2 膝关节各阶段运动学指标

2.2.3 踝关节的运动 在引拍阶段,踝关节主要做踝背屈运动。踝关节背屈主要由小腿三头肌、肌骨后肌、趾长屈肌和拇长屈肌做退让性工作完成。从表 3可见,此阶段踝关节位移较小,关节角度减小。踝关节屈角度变化在 80°～100°之间变化,变化较小。迎球挥拍→球拍触球阶段,踝关节同髋关节、膝关节做爆发式伸展动作,使身体蹬离地面。蹬离地面过程中,大腿、小腿和足的运动顺序基本上是自上而下用力的,小腿三头肌、胫骨后肌、趾长屈肌、拇长屈肌、腓骨长肌和腓骨短肌在远固定下收缩,在踝关节处拉小腿向后,足在踝关节处提起,使上述肌肉力量经过足趾作用于地面,充分发挥下肢肌蹬地效果。在击球一瞬间踝关节各变量达到峰值;随挥阶段,踝关节的主要肌群做退让性工作,伴随着髋、膝的退让性工作完成落地缓冲动作。此阶段踝关节角度变化平稳,踝关节速度、角速度下降。

表3 踝关节各阶段运动学指标

2.3 网球高压球技术动作上肢动作分析

流畅、不间断的动作产生出力量的叠加效果,使身体环节的用力得以在上一环节用力效果的基础之上开始进行,如此连续进行直至体节顺序的最后部分,从而使球拍全面累积的速度对来球进行最大限度的加速。因此,持拍臂各环节的协调配合直接影响击球的速度。

2.3.1 肩关节的运动 在引拍阶段,往右上方提肩,带动上臂、前臂、手和球拍上举。引拍结束时,左肩在前右肩在后,两肩、髋形成一定的角度,弹性势能增加。上臂的动作主要由使肩带上提的斜方肌上部、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、喙肱肌和肱二头肌长头,使上臂外展的三角肌、岗上肌和使上臂旋外的三角肌后部、岗下肌、小圆肌等相继协同做克制性工作完成。从表 4可见,此阶段由于肩关节移动速度减小,角度变化平稳保持在 150°左右的姿势至引拍结束。

迎球挥拍→球拍触球阶段上体前转,肩关节内收后肩移动高于前肩,当两肩、髋趋近于平行,形成超越器械动作。当内收大于外展完成超越器械动作。上臂向前上方快速挥动由三角肌前部、胸大肌、背阔肌、大圆机和肩胛下肌等爆发式收缩完成。从表 4可见,此阶段肩关节角度在击球一瞬间增大至 170°左右,肩关节速度、角速度迅速上升达到峰值;随势挥拍阶段肩关节继续向前运动,肩关节位移速度仍在增加,带动下位环节做前伸运动,肩关节角度有所减小。

表4 肩关节各阶段运动学指标

2.3.2 肘关节的运动 在引拍阶段,屈肘并带动前臂后伸,引拍结束时屈肘至肩高。从表 5可见,前臂在肘关节处维持80°左右的姿势,主要由屈肘和伸肘肌群适度紧张共同维持。此阶段肘关节角速度由于肘关节角度变化相对平稳。迎球挥拍→球拍触球阶段,前臂和肘部在触球时完全伸展,前臂旋外以便击球。前臂高速向前上方挥动,旋外同时伸肘,由旋前圆肌、及肱三头肌和肘肌快速收缩完成。此阶段肘关节速度迅速增加,在击球瞬间达到峰值,肘关节角度在此阶段持续增大,肘关节角速度变化较为明显,在击球瞬间达到峰值。随势挥拍阶段,肘部带动前臂继续向前做伸展运动,肘关节速度迅速下降,肘关节角度变化因运动员各自技术特点而呈现持续增大或有所减小趋势,但角度幅度变化较小,肘关节角速度则呈现快速下降趋势。

表5 肘关节各阶段运动学指标

2.3.3 腕关节的运动 在引拍阶段,腕、手在前臂的带动下持拍将球拍高举至头部的后上方,手腕与前臂保持一定的角度,手在腕关节处后伸,主要由伸腕肌群收缩完成。从表 6可见此阶段腕关节速度、角速度变化较小。迎球挥拍→球拍触球阶段,腕、手在前臂的带动下快速向前上方挥动,手腕角度相对固定。在击球一瞬间手腕内旋,手指突然抓紧球拍柄,由屈指肌群完成。此阶段腕关节角度、速度、角速度总体上都有所减小。分析其原因:引拍、迎球挥拍“棍打”是为了给球最大的推动力,迎球挥拍→球拍触球阶段动作相对固定,即动作较“硬”,是为了控制击球方向,避免由于“棍打”造成出球方向不稳定。随挥阶段,手腕随着上位环节继续向前下方做伸展运动,腕关节角度持续增加,即继续同上位环节通过增大做功半径及增加做功时间来提高击球瞬间能量。2.3.4 重心的变化 从图 1可见,在引拍阶段,身体后倾,侧身屈膝,重心下降并且全部重心移至后腿 (右腿),此阶段屈膝下蹲伴随着曲髋和踝背屈,当身体重心下降至谷底弹性势能最大,引拍结束。重心位移速度曲线呈匀加速上升;迎球挥拍→球拍触球阶段,膝、髋、踝做爆发式伸展动作,上体前转,身体重心由后腿移至前腿 (左腿),右脚后脚跟抬起,身体重心上升。击球瞬间重心位移、位移速度达到峰值,弹性势能最大限度释放,动能最大;随挥阶段,上体跟随球的运动方向继续向前屈体,身体重心继续向前腿转移,重心下降,运动员向前移动,身体恢复平衡。

表6 腕关节各阶段运动学指标

图 1 重心垂直方向位置变化

2.3.5 球拍的运动 在整个运动过程中球拍作为末端环节获得最大的能量,身体以球拍为媒介将能量传递给球,使球获得最大的运动速度。从图 2可见,在引拍阶段,球拍与手的角度变化较小,球拍随着膝、手做克制性工作速度减慢;迎球挥拍→球拍触球阶段,球拍与手角度迅速增大,球拍速度曲线上升,击球瞬间球拍做最大半径运动;随挥阶段由于拍子在与网球的撞击过程中将大部分动量传递给了网球,即拍子传给球的动量越多,球拍速度下降越快。

2.4 网球高压球技术动作用力模式分析

从图3可见,在整个运动过程中,肩、肘、腕三关节移动速度在三个阶段基本保持同步,速度峰值同时出现,即在引拍到击球时,躯干带动上肢以肩关节转动中心为圆心,以上肢长度 (含球拍长度)为半径向前下方运动。从以上对下肢和上肢的关节角度变化分析结果可见,网球高压球技术在整个击球过程中身体各个关节角度变化较小,且击球前后角度没有明显变化。整个上肢像连接在一起的一根“棍”做击打动作,即网球高压球技术采用“棍打”用力为主方式击球。正因为“棍打”式的用力方式使手臂和球拍在球拍触球瞬间是相对固定的,而球拍触球瞬间手臂和球拍形成的角度趋近于180°的角度,所以给人的表象感觉手臂和球拍像是一个连为一体的棍子,故称为“棍打”。

图 2 球拍速度变化曲线

图 3 上肢关节移动速度

从图 4上肢各关节角速度变化情况可见,整个网球高压球技术动作关节相对固定,速度变化较小,肩关节速度峰值最先出现,但肘关节和腕关节角速度峰值出现时间基本同步,与鞭打动作模式不完全相同,鞭打是速度由近端环节依次传递到远端环节,角速度峰值依次出现,将最大的速度传递到末端环节。网球高压球技术动作模式不符合鞭打效应,而是一种“棍打”的用力方式为主,鞭打效应为辅的用力模式。肩关节先制动,将速度传递到肘关节,肘关节和腕关节速度保持一致,不再依次传递速度,完成棍打。两关节及球拍都有大约相同的角速度,角速度的变化较小,只有线速度的变化与增加,而线速度的变化与增加来源于运动半径的大小,半径的大小又取决于动作的舒展及击球点的位置。因此在整个击球过程中身体各个环节通过“棍打”式用力将能量传递给下位环节,最后将能量传递给球拍。

图 4 上肢关节加速度变化

3 结论与建议

3.1 结论

1)击球瞬间髋、膝关节移动速度达到峰值,膝、踝关节角度达到峰值。蹬离地面过程中,大腿、小腿和足的运动顺序为自上而下用力。

2)整个击打过程肩、肘、腕三关节移动速度基本保持同步,肩关节角速度峰值最先出现,肘关节和腕关节角速度峰值出现时间基本同步。

3)网球高压球技术动作采用“棍打”式为主、“鞭打”式为辅的用力模式击球。

4)击球瞬间重心位移、位移速度达到峰值,弹性势能最大限度释放,动能最大。随挥阶段,身体重心继续向前腿转移,重心下降,运动员向前移动,身体恢复平衡。

3.2 建议

1)在常规动作要领的基础上,各个运动环节要灵活多变,采用“借力打力”的形式向前下方用力,末端运动环节积极前伸,最大限度增加击球用力半径,形成“棍打”状,提高击球速度。

2)重视与加强身体各个环节肌肉工作方式的训练,着重体会以“棍打”式为主、“鞭打”式为辅的用力方式,最终正确掌握该项运动的技术动作。

[1]田麦久.运动训练学[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]姜富生.网球运动教程[M].北京:人民体育出版社,2007.

[3]张 辉,戴金彪.隔网对抗拍类项目技战术特征[J].上海体育学院学报,2007,31(4):65-69.

[4]严波涛.网球发球技术的生物力学分析[J].体育科学,2000,20(4):80-85.

[5]刘 卉.网球大力发球技术的运动生物力学原理[J].北京体育大学学报,2000,23(2):173-180.

[6]彭承基.提高网球击球技术的生物力学分析[J].北京体育大学学报,2000,23(2):181-184.

[7]潘 晟,张宏成.两种网球底线击球技术特点及其生物力学特征的比较分析[J].苏州大学学报 (自然科学版),2002(4):102-105.

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

张 博 (1962-),男,副教授,学士,主要研究方向为体育教育训练学。

责任编辑:郭长寿

◂论文选粹