基于定点投篮技术生物力学分析

冯磊 赵阳 潍坊市工程技师学院

投篮是篮球运动的关键技术，篮球运动的整个技术都围绕投篮展开，因此居于战略核心环节。本文以定点投篮的力学原理研究投篮动作的影响因子，可以帮助队员更加熟练地掌握投篮技术要领，提高投篮准确率。还可为篮球的发展提供相应力学观点作为参考。

一、篮球技术力学分析的理论观点

田麦久从训练学角度认为身体资位、关节角度10个方面进行力学分析，划分细致，但有些零散理论性太强。胡亦海认为应从动力学和运动学两个方面进行分析即可。篮球教科书中从篮球的进攻技术和防守技术分析，没有从力学观点进行分析。由于不同学者的研究体系、侧重角度大不相同，本文采用运动学、动力学要点进行相应的分析，以此量化具体的动作指标。

二、篮球投篮技术生物力学分析

投篮是从一个位置单手或双手将球投掷到另一个位置(篮圈)内的移动过程。本文根据篮球的技术从进攻技术中的定点投篮进行具体分析。

(一)定点投篮动力学分析

1.定点投篮的动力

陆爱云认为研究人体运动力学问题，首先要确定对象，在力学中确定的研究对象称为力学系统。本文将人体看做一个力学系统，则与之相应的动力则是肌肉张力、韧带张力、组织粘滞力、关节约束力。力学系统肌肉的发展与身体的动作姿势相关，动力源自身体的各肌肉协调配合。定点投篮从整体来看，是人体供应动力完成相应动作的过程。包含出手的速度、出手角度、出手高度这三者的协调，当三者合力达到最佳，则符合篮球投篮的要素，即投中。因为人的身高在特定时期是相对稳定的，因此确定出手角度和速率便决定了投篮的准确性，当固定化的投篮角度后，掌控出手速率则成为动力点的核心。

2.定点投篮的阻力

阻力是相对于投篮动力而言，人体进行投篮时，一方面受球的重力，一方面则受支撑反作用力，最后球飞行过程中的空气阻力。球的重力决定着球的垂直加速度，支撑反作用力来自人体对地面和人体对球施加的力，这两个方面的合力得益于阻力，决定投篮质量。人体支撑所做的力要稳定且有质量，稳定的用力将会确保球出手的飞行路径。空气阻力影响着球的偏转，如受到风速的影响。根据对学生投篮动作的观察，发现近距离的投篮受风速影响相对较小，而远距离的投篮效果越差。在不受其他外在因素影响的情况下，其阻力主要来自于空气阻力。由以上三点确保篮球的稳定，主要来自投篮时，出手的稳定性以及空气阻力。

3.定点投篮的力点

力点主要由人体骨骼肌与篮圈共同决定，投篮的准确性是运动员在场上某一点对悬空3.05米的篮筐这一固定点投篮的准确性，其实质在于人体力达手指，最终将球投出的完整动作。徐艳等人基于三维图像解析投篮动作时，得到右手投篮时，右脚蹬地力量为左脚的三倍，右脚用力将会影响篮球的命中率。髋关节是否能够做到充分伸展和立腰这将会影响投篮前期的身体姿势，也是下肢力量能否充分有效传递的桥梁。肩、肘、腕的协调配合又是完成投篮动作的核心，当肩肘腕出手时所形成的合力在一条直线上时，对于肘关节的支撑提出更高的要求，适当的内收，保证手掌出手时其合力对准篮圈的瞄篮点，这是技术动作对身体姿势和全身用力的要求。确保出手时球的运动轨迹与瞄篮点在一个平面，就确定了力点的方向。

4.定点投篮的肌肉

定点投篮首先是准备姿势，此时全身用力的主动肌自下而上主要有腓骨短肌、长伸肌、股二头肌、髂腰肌、背阔肌、斜方肌、肩带肌、肱二头肌、尺侧腕伸肌、桡侧腕短伸肌。这些肌肉在准备姿势时处于屈肌状态，下肢处于支持支配地位的主要是髂腰肌，上肢则是肩带肌，为此，提高两块肌肉的力量可有助于身体的稳定性，投篮时，小腿三头肌、臀大肌、股四头肌、肱三头肌、肩带肌、肱桡肌、掌长肌等成为原动肌，我们可以发现小腿三头肌、股四头肌、臀大肌、髂腰肌为机体的伸展提供了良好的力量来源，为后续的投篮动作提供动力支持。肩关节的肩带肌为投篮提供了强有力的支撑，而最终决定球出手后的角度取决于腕关节的控制力。

(二)定点投篮运动学分析

1.定点投篮动作轨迹

从物理学的角度进行计算，在投篮距离固定时，投篮的实质是一种对球的抛射。抛射的准确性来自出手的初速度，出手初速度的大小决定了球的运动轨迹。根据实际问题，我们会发现，当初速度较小时，要适当缩小出手角度；当出手的初速度大时，要增加投掷角度，这样才能取得一个较为适中的平衡。变换位置的投篮中，距离球圈近的位置角度大于距球筐圆的位置。其次，球在空中飞得越远，最佳出手速率和出手角度的微小偏差所造成的影响就越显著，所以投篮的准确性也是随投篮距离而变化。根据布恩对比赛中投篮准确性关系的研究，得出在距球篮0.91米投篮成功率是距球篮4.5米处的三倍，表明积极防守可以降低对方投篮命中率。因而，尽可能要近的进行投篮。

2.定点投篮角度

篮球的投掷角度高低决定了球的运动弧线，我们一般划分为低弧线、中弧线和高弧线，王宝刚在篮球教学中罚球的生物力学分析中认为，投篮低弧线导致入篮角小，不容易投进，应采用中弧线的投篮。而美国学者詹姆斯·海在根据公式确立入篮范围时表示，高抛射角度造成高入篮角度，这是好的，但它对出手要求较高，这一点又不如低抛射角度。在精密计算之后，46°是可能命中的最小角度，73°则大致代表比赛中可能用到的最大出手角度，而不是大多数课题中所主张的“中弧线”或“高弧线”抛物轨迹。

三、小结

通过对篮球定点投篮的生物力学分析，发现其动力来源于双脚蹬地所形成的反作用力，形成于立腰、抬肘动作的完成，结束于出手时指腕的拨球；影响的外部干扰主要是空气阻力；力点的关键在于髋、膝、踝、肩、肘、腕的密切配合；肌肉主要来自投篮时的原动肌牵拉，完成整个动作；近距离的投篮成功率高于远距离投篮，呈非线性关系；出手角度46°—73°为最佳。