我国优秀女子铅球运动员巩立姣投掷技术最后用力阶段的生物力学分析

甄文华王念包蕾

（北京体育大学 北京 100084）

近年来，我国女子铅球运动员巩立姣的成绩不断提高，曾经在第11届全运会投出了20.35m的个人最好成绩。在2017年伦敦世锦赛以19.94m成绩夺得金牌，并在瑞士苏黎世举行的国际田联钻石联赛获得冠军，以及在2018年国际田联钻石联赛上海站以19.99m夺冠。尽管如此，但这几次夺冠的成绩均未突破20m，与个人最好成绩还有一定差距，这在奥运会上并不具备夺冠实力。对于影响优秀运动员的成绩来说，除了在关键时刻心理因素的影响之外，更重要的是技术的发挥，稳定的技术是获得优异运动成绩的重要因素，当然技术动作存在问题，将会影响技术的稳定性。本文应用生物力学的测试方法，对巩立姣的试投最后用力阶段技术进行分析，了解技术特点，分析影响其成绩的关键因素，为提高成绩提供参考。

1、研究对象与方法

1.1、研究对象

本研究对象为我国优秀女子铅球运动员巩立姣（身高1.75m，体重110kg）。

1.2、数据采集

通过三维拍摄的方式获取巩立姣在2018年全国室内田径锦标赛(北京体育大学)比赛中，共计6次试投的技术录像。6次试投中，最好成绩为19.53m，最低成绩为18.87m，平均成绩19.10±0.26m。

采用两台常速高清摄像机对巩立姣完整投掷动作进行拍摄。拍摄频率为60Hz，快门速度1/1000s。一台摄像机置于投掷方向的后方，另一台摄像机置于投掷方向的右侧，两台摄像机主光轴的夹角约90°。在比赛前用PEAK辐射型三维标定框架对拍摄空间进行标定。另设4个地坐标以建立大地坐标系，X轴指向前（投掷方向），Y轴指向左，Z轴指向上，原点在投掷中心。摄像机摆放坐标系方向如图1。

图1摄像机摆放示意图

1.3、数据处理

应用视迅运动图像解析系统（北京体育大学）获得运动员身体和铅球共24个解析点的坐标。根据右脚落地、左脚落地或铅球出手时刻对两台摄像机拍摄的解析坐标进行同步，并应用DLT法计算解析点在大地坐标系下的三维坐标。采用Butterworth低通滤波法对坐标数据进行平滑，截断频率为10Hz。根据平滑后的三维坐标进一步计算研究需要的角度和速度指标。本文将大腿与小腿间的夹角定义为膝角；躯干角定义为躯干长轴与水平面间的夹角；肩旋转角定义为两肩关节点连线绕垂直轴旋转的角度，髋旋转角定义为两髋关节点连线绕垂直轴旋转的角度，躯干扭转角定义为肩旋转角与髋旋转角之间的差值，0°表示无差值，正值表示髋在投掷方向领先肩。

本文根据背向滑步技术特点，将铅球出手前左脚着地到铅球出手作为最后用力阶段。

1.4/数据分析

应用皮尔森相关系数分析法分析巩立姣各生物力学参数之间的相关关系，以探究影响巩立姣铅球投掷成绩的技术因素。所有统计分析应用SPSS23.0完成，显著性水平定义为一类误差不大于0.05。

2、结果

最后用力阶段时长以及左脚着地时刻速度参数如表1所示。最后用力时间平均为0.23s。左脚着地时刻重心速度平均为为2.58m/s，铅球速度平均为2.86m/s,右髋速度、右肩速度、右肘速度分别为1.75m/s，2.21m/s，1.40m/s。相关性分析结果显示，左脚着地时刻重心速度与左脚着地时刻铅球速度呈显著正相关（r=0.815,p=0.048），与左脚着地时刻右髋速度呈显著负相关（r=-0.845,p=0.034），与其余参数的相关性不显著（p〉0.05）。

最后用力阶段出手时刻速度参数如表2所示，重心、铅球、右髋、右肩、右肘的平均速度分别为1.18m/s，12.49m/s，1.29m/s，4.29m/s，9.35m/s。相关性分析结果显示，出手时刻人体重心速度与最后用力阶段时间呈显著正相关（r=0.874,p=0.023）；出手时刻铅球速度与最后用力时间呈显著负相关（r=-0.869,p=0.025）。出手时刻铅球速度与出手时刻重心速度（r=-0.773,p=0.071），出手时刻右髋关节速度（r=-0.699,p=0.122），出手时刻右肩关节速度（r=0.711,p=0.113）以及出手时刻右肘关节速度（r=-0.605,p=0.203）无明显相关关系。

相关性分析结果显示，最后用力阶段时长与重心速度的变化幅度呈显著负相关（r=-0.867,p=0.025），与铅球速度变化幅度之间为显著正相关（r=0.850,p=0.032）。重心速度的变化幅度越小，铅球速度的增长幅度越大（r=-0.882,p=0.020）,右肘速度变化幅度与铅球速度变化幅度呈显著正相关（r=0.881,p=0.020）。在最后用力阶段，身体重心速度降低，铅球速度增大，右髋速度减小，右肩速度增大，右肘速度增大。

3、分析

最后用力对运动员的投掷成绩有着决定性作用，各环节配合的好坏会影响最后用力的时间，最后用力的时间对成绩也有一定的影响。本研究中最后用力时间平均为0.23s,六次试投之间时间相差不大,最好成绩试投最后用力时长最短。葛青[6]等，2012年对巩立姣技术的研究中显示，巩立姣最后用力时间为0.26s，要短于世界优秀女子运动员平均水平。李厚林[7]等人对第11届全运会上巩立姣20.35m个人最好成绩试投中的最后用力阶段时长测量为0.22s。最后用力对运动员的投掷成绩有着决定性作用，各环节配合的好坏会影响最后用力的时长，最后用力的时长对成绩也有一定的影响，在一定的加速距离内，加速时间短可以增大铅球出手速度。

左脚着地时刻重心速度越大铅球速度越大，这说明在最后用力阶段初开始时，巩立姣铅球速度随着重心速度的增大而增大。左脚着地时刻髋关节速度减小，重心速度增大说明左腿的及时制动可以有效的增加人体以及铅球在最后用力阶段开始时的速度。从左脚着地时的速度来看，重心速度平均为2.58m/s，尽管前五次试投重心速度相差不大，但第六次速重心速度最大2.85m/s，明显大于前五次，说明这一次速度保持效果好，更有利于最后用力的加速。身体重心速度大于髋、肩、肘的速度，这是合理的，因为在左脚着地时，只是依靠右脚的蹬伸使身体向投掷方向侧移，右臂还没有给铅球加速。铅球速度平均为2.86m/s，最大速度为3.28m/s，铅球速度大于重心速度，说明这一阶段有提前对铅球加速的现象。右髋速度平均为1.75m/s，第六次速度最小1.35m/s，说明此时髋还没有积极转动，有利形成合理的最后用力姿势。右肩速度平均为2.21m/s，第一次最大2.77m/s，第三次最小1.67m/s，两次相差较大。第一次速度大是由于在左脚着地时右腿蹬伸使身体持续向投掷方向运动，第三次速度小可能是因为右肩向投掷方向转动，使躯干扭转角减小，造成右肩速度大于右髋速度，这是不合理的。右肘速度平均为1.40m/s，右肘速度小于右肩速度，从环节的用力顺序来说是合理的，因为此时主要依靠右肩主动用力将速度向右肘传递。此阶段左脚着地时各环节速度变化由小到大依次为右肘—右髋—右肩—重心—铅球，说明发力顺序有不合理的问题。

从出手时刻的速度来看，重心速度平均为1.18m/s，比左脚着地时下降了1.4m/s，重心速度下降是因为在出手瞬间身体各环节的速度都已经传到铅球，这时最后用力已经结束，进入维持身体平衡阶段。铅球速度平均为12.49m/s，由于各环节的速度都传递给铅球，所以铅球速度是最大的，此时铅球速度越大，成绩就越好。右髋速度平均为1.29m/s，比左脚着地时右髋速度降低0.46m/s；铅球出手瞬间的右肩速度的大小反映了运动员对铅球持续加速的能力，此时右肩速度平均为4.29m/s，比左脚着地时高2.08m/s左右，说明上肢环节对铅球持续加速的能力较强[5]；右肘速度平均为9.35m/s，比左脚着地时高7.95m/s。这个阶段出手时刻各环节速度变化由小到大依次为重心—右髋—右肩—右肘—铅球。

表1 最后用力阶段时长和左脚着地时速度参数

表2 最后用力阶段出手时刻速度参数（单位:m/s）

在投掷项目中，各关节用力应该符合人体生物力学原理，即关节活动顺序性原理。在推铅球最后用力阶段，需要表现出大的运动速度，尽管各关节的肌肉同时发力，但是其中髋关节首先产生活动，依次是肩关节、肘关节，最后是腕关节。但在左脚着地时，有部分小关节的速度大于大关节，说明小关节提前加速造成的，违背了大关节带动小关节的活动原理。正确的顺序应该是右髋—右肩—右肘—铅球，虽然在最后出手时刻符合这个原理，但是由于左脚着地时的不合理顺序，可能会使某个关节的速度下降以达到最后合理出手的目的。

4、结论与建议

最后用力阶段，左腿支撑能力有所提高，但右肩提前加速，造成环节用力顺序不合理，建议加强右髋运动速度，增大躯干扭转幅度，完善最后用力技术。另外，铅球运动员上臂最大水平外展角度、上臂最大外展角度和出手时外展角、手屈动作开始时间以及出手时躯干姿态时影响铅球出手速度的重要因素[8]，因此，在今后的研究中可对巩立姣的上述参数进行讨论分析，并于国外女子优秀运动员进行对比。