乒乓球台内反手拧拉技术研究

周 宇

(金陵科技学院体育部, 江苏 南京 211169)

乒乓球台内反手拧拉是目前世界乒坛一项最先进的台内球技术，它的起源最早可追溯到捷克运动员科贝尔，他在平常训练中创造的这项技术在乒乓球技术发展历程中是一个划时代里程碑[1]。中国运动员对这项技术的吸收掌握、发展创新取得了显著成果，走在了世界前沿[2]。著名球员张继科对这一技术进行了改进、完善、提升，不仅将其应用于反手,还大量应用于台内正手短球甚至小三角区域短球的接发球，并成为其比赛中使用的主要技术。以王皓为代表的直板横打选手将这一技术融入直板横打的方法体系中，摆脱了直板反手位击球的局限性，使中国传统直板打法焕发出青春。目前，台内反手拧拉技术已成为国字号队员的主流技术之一，本文拟从运动结构、力学、能量和弧线等方面对乒乓球台内反手拧拉技术进行研究，以期为这项技术的普及和提升提供参考。

一、台内反手拧拉技术的运动结构分析

以右手持拍为例，台内拧拉技术动作步骤如下：判断来球，起动步法，引拍架肘，右肩略向前顶带动大臂向前上方抬起肘部，小臂以肘为轴心内旋，带动持拍手的手腕内旋引拍，拍头对准自己小腹，拍柄对准正前方(此时的引拍形态为“肘部抬高、前臂下垂、手腕内拧”，呈现出一个“S”形引拍动作)；旋转挥拍摩擦击球，触球时，手腕手指发力转动球拍，从来球的侧面摩擦起，手腕外展转拍、小臂以肘尖为轴心外旋，大臂辅助发力随动作外展挥拍，之后拍、球分离，完成拧拉的整个挥拍触球过程。

正常乒乓球击球动作的引拍讲究动作、肌肉的放松，以便在挥拍击球瞬间有利于收缩相关肌肉进行发力。台内拧的引拍过程使肩部至球拍形成一个“S”形引拍动作结构。进行拧拉引拍动作时，身体很多部位看似肌肉绷紧，不利于发力，从动作的形态上看似乎违背了传统乒乓球运动的习惯与原则，但从力学的角度来研判，这种引拍运动结构却有着很多优越性和独到之处[3-5]。

首先，顶肩抬肘，在台内使肘、大臂、肩与身体躯干形成稳定坚固的生理支撑结构。小臂以肘关节为铰链形转动节点，球拍与握拍手以腕关节为球形转动节点，形成了双力臂连杆结构，相当于形成了一只带旋转关节的机器人手臂，也可以将其理解为球拍连着握拍手以腕关节为圆心转动叠加小臂以肘为圆心转动在空中的复合运动。根据连杆结构理论，连杆上的点(这里为球拍拍头)在三维空间里可以有多种变化的曲线轨迹，以满足不同的要求(图1)。这就为拧拉近网短球制造所需的过网弧线找到了理论根据，即形成拧拉“S”形引拍运动结构挥拍摩擦到球后，球运行轨迹弧线的高低、长短可以按照挥拍者意愿调整变换，形成理想的过网弧线。因此，掌握了拧拉技术后，在实战中要比翻挑击球容易过网，落点范围也比挑打击球大得多。其次，“S”形引拍动作结构是曲线形，拧拉出的挥拍轨迹不同于一般台内攻球，可以在近网有限的时间、空间内，增加挥拍距离，进而增加摩擦推动球的作用距离和挥拍触球加速时间，增大脱板球速，提高出球质量。

图1 人体拧拉挥拍形成二连杆结构俯视简图

二、台内反手拧拉技术的力学分析

台内反手拧拉挥拍动作可分为三个细分阶段：空中挥拍阶段、触球挥拍阶段、随挥阶段。已有很多研究者利用高速摄像机对台内拧拉挥拍轨迹进行了拍摄，并通过研究分析得出结论：球拍的运动轨迹呈弧形，并沿着球外表面形成一个类似“し”形的弧线(图2)。这一结论已到业内认可，也与上文讲到的二连杆末端在三维空间里的多种变化曲线论点相符合。

图2 拧拉挥拍时球拍在空中运行的“し”形弧线

本文主要对触球挥拍阶段情况进行分析。当球拍由静态经过空中挥拍阶段进入动态并具备一定的速度时，拧拉由摩擦开始触球，在拍与球接触的这段时期内，可以近似理解为拍与球滚动摩擦加携带推动的复合运动，给球以作用力，经过一段弧线获得较大速度。当拍、球分离时可以理解为球是以肘关节为转动圆心点按圆周运动弧线的切向快速飞出。由物理力学关于匀加速圆周运动速度公式可得到球拍出球瞬间击球点线速度

ω(t)=ω0+αt

(1)

球拍拧拉出球瞬间击球点线速度

V(t)=R×ω(t)=R×(ω0+αt)

(2)

式中：R为球拍拧拉出球瞬间击球点以持拍者肘关节为圆心的旋转半径，ω0为拧拉时球拍在刚触球瞬间以持拍者肘关节节点为圆心的转动角速度，ω(t)为拧拉时球拍在出球瞬间以持拍者肘关节为圆心的转动角速度，α为球拍拧拉时以肘关节节点为圆心的转动角加速度，t为拧拉持球时间。

根据式(2)可以得到四点分析结果。一是拧拉出球时的速度V(t)与挥拍的转动半径R成正比。由于人的小臂长度是固定的，因此可以通过增大R的数值即在拧拉时不仅转动手腕、小臂，而且在快出球阶段将大臂以肩关节为圆心的挥拍转动也加进来，以增加公式中R的等效值，从而提高最后的出球速度。这就需要运动员在转腕、挥小臂、挥大臂先后次序的控制上有比较精准的把握，在日常的训练中多加练习形成正确动作的肌肉记忆。二是当触球时的初始球拍转动速度ω0较高时，经过拧拉摩擦阶段后出球速度V(t)也较高。有学者利用高速拍摄对台内反手拧拉进行研究分析后得出“反手侧拧的动作过程中，优秀运动员挥拍触球时刻的球拍速度大于一般运动员，存在显著性差异”[4]的结论。这里的触球时刻的球拍速度就是指ω0，这与公式(2)完全一致。三是可以通过增加拧拉摩擦球的触球时间t来提高出球速度V(t)，而增加摩擦触球的弧线距离就可以增加触球时间t。四是可以通过提高转动挥拍手臂的角加速度α来提高出球速度V(t)，而加速度与手臂肌肉收缩控制力成正比，即可以通过提高挥拍力量来提高球速V(t)。

三、台内反手拧拉技术的能量分析

在台内拧拉技术中有一个容易被忽略的重要环节：在挥拍触球前并不是立刻转腕外旋，而是内旋甩拍头后再转腕，转小臂外旋摩擦球。这个动作看似不经意，却是区分拧拉技术优秀和一般的标准。本文利用力学中有关能量守恒的知识作进一步分析：拧拉触球前内旋转腕甩拍头等于给球拍施加了一定的惯性动能，当拧拉触球时球拍对球进行摩擦施加作用力，将球拍的一部分运动能量传递给了球，这部分能量用于抵消来球动能并使球获得与球拍同方向运动的能量。根据动能的表达式可以得到甩拍头时球拍的动能为

(3)

拧拉触球后球的动能为

(4)

这里本文作一些理想化设定：假定拧拉触球后球与拍做滚动摩擦，球的质量全部分布在球的圆周上；球拍拧拉摩擦接触到球后，其惯性动能分别有5%、10%、20%传递给了球。

乒乓球的质量为m球=2.7 g，球拍质量m拍一般为170～190 g，这里取平均值m拍=180 g，则得到

E球1=5%E拍1

v球1=1.82v拍1

(5)

E球2=10%E拍2

v球2=2.58v拍2

(6)

E球3=20%E拍3

v球3=3.65v拍3

(7)

由公式(5)—(7)可知，假设在球与球拍接触时来球速度为0、自身动能为0的理想状态下，当球拍以1 m·s-1的甩拍头速度拧拉球且能量传递效率分别为5%、10%、20%时，球获得的速度可以达到1.82 m·s-1、2.58 m·s-1、3.65 m·s-1。

因为实际来球还是有一定的速度和旋转并具备一定能量的，特别是强烈下旋球，来球本身具有一定旋转势能，拧拉时球拍传递给球的能量不足以抵消来球的旋转动能。而用预甩拍头的方式拧拉使球拍刚与球接触时，就可以抵消甚至超过来球原有运动势能的能量作用，使球按照球拍拧拉的方向运动，很少会下网。尽管实际拧拉时球拍与球的作用力及能量交换要复杂得多，但将复杂问题简单化，通过建立、设定简单而理想化的模型，得到本质性的分析结果，也不失为一种有效而实用的方法。

四、台内反手拧拉技术的弧线分析

采用计算流体力学手段进一步分析拧拉的乒乓球运动轨迹，计算软件为StarCCM+[6]，其流体控制方程为雷诺时均纳维-斯托克斯方程(RANS)

乒乓球球台桌面的长度为2.74 m，室温20 ℃，乒乓球在飞行运动的过程中运动轨迹受重力、黏度以及旋转等因素的影响，计算基本参数如表1所示。

表1 计算环境与乒乓球模型几何参数

计算域采用切割体和棱柱层技术生成背景网格和边界层网格(图3)，总网格数为35万，边界层数为6，时间离散格式为二阶隐式格式，每个时间步长为0.005 s。乒乓球在运动中视为刚体，需要计算其转动惯量。

(a) 计算与网格划分

(b) 边界层尺寸

视乒乓球为薄球壳物体，将球壳看成由许多个小圆环组成(图4)。取其中一小圆环考虑，已知球质量m=2.7 g,球质量面密度

图4 乒乓球转动惯量计算示意图

(9)

由图5可知，不同的旋转速度和拧拉后球的入射角影响球的飞行轨迹。同等球速和入射角下，旋转越强，球的落点越靠前；同等速度和旋转角速度下，入射角越大，球落点越靠后。

图5 不同拧拉角度乒乓球飞行轨迹涡量场

五、结语

从战术层面上看，台内反手拧拉技术将台内短球直接拧拉起来，把过去靠摆短控制为主的相持性战术手段直接推进到摆脱控制争取先上手的主动进攻阶段，丰富了台内球争夺的战术方法，增加了选手在比赛中的主动性、积极性和比赛优势。台内反手拧拉以摩擦为主，挥拍摩擦的轨迹是一个“し”形弧线；根据来球是上旋球、下旋球、侧旋球、不转球等，在来球的上升期、高点期、下降期都能拧拉；以球的中部、中部左侧、中下部、中下左侧、中底部、左侧底部、右侧部、右侧底部等不同点作为摩擦起始点，可以拧拉制造出丰富的旋转，给对方判断增加了难度，提高了出球的进攻威胁性。根据国家级选手在世界级比赛中的数据统计，使用拧拉接发球成功率接近90%，可见拧拉这项技术具有较高的稳定性、可行性和实战性。

本文从运动结构、力学、能量和弧线等方面，对乒乓球台内反手拧拉技术进行研究，得出以下结论：第一，台内拧拉技术的引拍形成一个独有的“S”形引拍动作结构，这一结构有利于在台内有限的空间内增大摩擦来球的挥拍行程，从而增加摩擦球的时间，提高球速和旋转，提升出球质量；第二，拧拉挥拍借助人体关节抬肩架肘形成二连杆结构，在三维空间挥拍摩擦球，形成“し”形弧线，既可解决近台过网弧线制造难的问题，还可使回球落点、旋转更加丰富，从而提高回球的威胁性；第三，通过对力学运动公式相关参数之间的关系进行分析后可知，可通过提高理论等效挥拍半径R的实战技巧来提高挥拍出球速度V(t)；第四，理论上的分析和推理计算，揭示出拧拉触球前甩拍头对拧拉球的质量起着关键性作用。台内拧拉技术的应用，在战术层面将过去台内小球争夺由被动相持提升到主动相持积极进攻阶段，而台内反手拧拉技术代表性人物在世界大赛中的比赛成绩，也足以说明该技术的先进性、有效性和应用价值。