柏衍網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)的生物力學(xué)分析

金春林　曲　峰

摘要：通過對我過我國優(yōu)秀男子青少年網(wǎng)球運動員柏衍的發(fā)球技術(shù)進行三維錄像及解析，分析了該運動員的膝關(guān)節(jié)、持拍手及球拍和上下肢配合的運動特征，認(rèn)為柏衍采用FB站位技術(shù)，側(cè)擺向上引拍，在拋球的方向上把握較好；下肢蹬伸充分，動作比較合理；發(fā)球時身體主要環(huán)節(jié)的用力順序符合鞭打動作規(guī)律，擊球點高度比較合理。但是仍有需要改進的地方。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球；發(fā)球技術(shù)；男子青少年運動員；生物力學(xué)

中圖分類號：G845.14文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1007-3612(2008)02-0271-04

發(fā)球是網(wǎng)球比賽最重要的技術(shù)之一，是唯一可以自己控制不受對手影響的擊球方法。運動員可以做好充分準(zhǔn)備后，利用兇猛有力和旋轉(zhuǎn)的變化打出準(zhǔn)確刁鉆的落點而導(dǎo)致對手回球困難，從而直接得分或為得分創(chuàng)造有利的進攻條件。近年來，世界排名前十位的選手幾乎每位都是發(fā)球好手，上世紀(jì)末本世紀(jì)初的兩位網(wǎng)壇霸主桑普拉斯和費德勒也都被公認(rèn)擁有最好的發(fā)球。所以，提高發(fā)球技術(shù)對運動員提高競技水平至關(guān)重要。有資料顯示，我國運動員的發(fā)球時速遠遠低于世界有些運動員的水平［8］，發(fā)球是我國運動員的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)代高水平競技體育的訓(xùn)練和競賽中，科學(xué)化的程度越來越高，科學(xué)技術(shù)與競技體育全方位多層次的密切結(jié)合，成為競技體育的一個有機組成部分。作為競技體育的一個項目，網(wǎng)球競技水平的提高在很大程度上也要依賴于科學(xué)技術(shù)的進步和全方位的影響。因此，密切結(jié)合運動實踐，深入開展網(wǎng)球科研攻關(guān)與科技服務(wù)將有助于我國網(wǎng)球選手競技能力的提高。

1研究對象與方法

1.1研究對象本文的研究對象為我國優(yōu)秀男子青少年網(wǎng)球運動員柏衍，基本情況見表1。該運動員曾先后取得了2005年香港國際青少年錦標(biāo)賽（ITF四級賽事）男子單打冠軍、2006年亞洲青少年網(wǎng)球錦標(biāo)賽男子單打冠軍、2006年全國男子網(wǎng)球巡回賽第三站烏海站單打冠軍，最高世界青少年排名位列42位，是目前為止我國網(wǎng)球運動員獲得世界青少年排名最高的選手。

1.2研究方法

1.2.1文獻資料法廣泛收集和查閱了國內(nèi)外有關(guān)本課題的網(wǎng)球和運動生物力學(xué)方面的資料，把握目前網(wǎng)球運動中發(fā)球技術(shù)分析的研究現(xiàn)狀，將有關(guān)資料全面閱讀，并加以歸類和分析。

1.2.2三維錄像及解析采用日本JVC3000專業(yè)數(shù)碼攝像機進行拍攝，拍攝頻率為50Hz。三維標(biāo)定框架的尺寸為1.5 m為半徑的空間，能較好的是整個動作范圍位于框架標(biāo)定空間內(nèi)。對比賽過程全程拍攝，記錄發(fā)球成功的第一發(fā)球和第二發(fā)球。

依據(jù)對錄像帶的反復(fù)觀察和發(fā)球試驗時的現(xiàn)場評價，選取運動員第一發(fā)球和第二發(fā)球中最好的一次，運用北京體育大學(xué)運動生物力學(xué)教研室周興龍老師研發(fā)的視訊解析系統(tǒng)進行解析。

1.2.3專家訪談法向多年從事網(wǎng)球訓(xùn)練工作、經(jīng)驗豐富的教練員請教有關(guān)網(wǎng)球發(fā)球的技術(shù)問題，走訪有關(guān)網(wǎng)球和運動生物力學(xué)的專家，咨詢研究過程中的疑難問題。

2結(jié)果與分析

2.1球的運動特征運動員柏衍在比賽的第一發(fā)球中，拋球點的高度為1.83 m，球離手時的速度為6.43 m/s，球向上運行的最高點高度為3.68 m，到擊球時球在水平方向上位移為0．58 m。第二發(fā)球的拋球點的高度為1.84 m，球離手時的速度為6．04 m/s，球向上運行的最高點高度為3．50 m，到擊球時球在水平方向上位移為0．53 m。

球被拋出后在水平方向的移動將會影響到運動員擊球的穩(wěn)定性。如果拋出的球最垂直上拋運動，則運動員在擊球時只需在一個方向上判斷來球位置，將可以保證運動員揮拍擊球動作的穩(wěn)定性。運動員柏衍第一發(fā)球、第二發(fā)球拋球在水平方向的速度分別為：0．95 m/s和0．92 m/s，通過三角函數(shù)知識可以推算出運動員柏衍在比賽的第一發(fā)球、第二發(fā)球中拋球與垂直方向的夾角均為8．53°。我國8名優(yōu)秀運動員拋球時球與垂直方向的夾角平均值為12．11°［6］?？梢钥闯?，運動員柏衍在拋球方向的把握上比較理想，拋球線路接近垂直。

球被拋起的高度是否合適是導(dǎo)致發(fā)球節(jié)奏是否被打亂的最重要的因素，因而也是影響發(fā)球質(zhì)量的關(guān)鍵。拋球過高會導(dǎo)致運動員“搔背”動作停頓等球下落或“搔背”動作減速，這不僅破壞了發(fā)球動作的連貫性，降低揮拍速度，而且不利于被拉伸肌肉的牽張性收縮，導(dǎo)致?lián)]拍擊球動作的協(xié)調(diào)用力不充分。拋球過低會降低擊球高度，降低發(fā)球的成功率，同時也使運動員完成“搔背”和擊球動作時間變得倉促，縮短揮拍時間，影響揮拍速度和質(zhì)量。我國網(wǎng)球國家隊重點12名男子運動員拋球最高點于擊球點的平均落差為0．64 m［5］。運動員柏衍第一發(fā)球、第二發(fā)球時的擊球高度分別為2．77 m和2．75 m，拋球最高點于擊球點的平均落差分別為0．91 m和0．75 m。而有研究顯示，優(yōu)秀運動員的拋球落差在0．5 m左右，有的甚至在0．2 m之內(nèi)［1］。因此，參照優(yōu)秀運動員拋球最高點于擊球點之間的落差標(biāo)準(zhǔn)，可以看出該運動員在拋球環(huán)節(jié)存在拋球過高的問題。

2．2膝關(guān)節(jié)運動特征

2．2．1屈膝下蹲動作特征下肢屈膝下蹲動作是發(fā)球動作的一個重要組成部分，目的是通過下肢伸肌群離心收縮狀態(tài)下的拉伸，增大肌肉初長度儲備彈性勢能，同時增加擊球時的揮拍距離，為“搔背”動作提供良好的身體姿勢和用力狀態(tài)。運動員柏衍第一發(fā)球中左膝最大屈曲角度為92．9°，右膝最大屈曲角度為139，2°；第二發(fā)球中左膝的最大屈曲角度為102．5°，右膝最大屈曲角度為145．4°(表2)。

膝關(guān)節(jié)屈曲的太大或太小都不能產(chǎn)生最佳的蹬地力量，從而不利于整個發(fā)球動作。膝關(guān)節(jié)屈曲過大，會給伸肌群過大負(fù)荷，影響伸膝的速度與身體其他環(huán)節(jié)的配合；屈膝過小又不能充分拉長伸膝肌，影響彈性勢能的儲備，進而影響伸膝力量，使身體不能獲得較好的垂直速度。統(tǒng)計表明［6］，“搔背”時膝關(guān)節(jié)運動幅度與髖部上升最大垂直速度之間r=0．262（p>0．05），無顯著性相關(guān)。由于每位運動員的身體素質(zhì)不同，不同的運動員最佳膝關(guān)節(jié)的屈曲角度和身體的下蹲深度也不同。但是準(zhǔn)確掌握膝關(guān)節(jié)屈曲角度有助于運動員的力量訓(xùn)練。

2．2．2膝關(guān)節(jié)蹬伸動作特征膝關(guān)節(jié)的蹬伸是人體各環(huán)節(jié)系統(tǒng)鞭打動作的開始，他的直接作用是使身體向上加速，并對球拍形成超越。運動員柏衍第一發(fā)球中左膝最大蹬伸角度為170．9°，右膝最大蹬伸角度為163．9°；第二發(fā)球中左膝的最大蹬伸角度為171．3°，右膝最大蹬伸角度為169．8°（圖1）。

運動員柏衍第一發(fā)球時左右膝關(guān)節(jié)的平均角速度為286．3°/s和80．7°/s，第二發(fā)球時左右膝關(guān)節(jié)的平均角速度為236．3°/s和83．3°/s，第一發(fā)球時左膝的平均角速度基本上是右膝平均角速度的3．55倍，第二發(fā)球時左膝的平均角速度基本上是右膝平均角速度的2．84倍（表3）。可以看出左右膝關(guān)節(jié)的平均角速度差異較大，說明該運動員的蹬伸用力主要是依靠左腿伸膝肌群的快速收縮實現(xiàn)。研究表明［6］，膝關(guān)節(jié)蹬伸平均角速度與最大髖關(guān)節(jié)垂直速度及球速之間呈現(xiàn)顯著性相關(guān)（r=0．728，p<0．05）、（r=0．773，p<0．05），膝關(guān)節(jié)蹬伸幅度與球速之間有一定相關(guān)（r=0．609，p<0．05）。左腿膝關(guān)節(jié)在第一發(fā)球中的蹬伸運動表現(xiàn)比第二發(fā)球幅度大、速度快，右腿膝關(guān)節(jié)在第一發(fā)球中的蹬伸運動表現(xiàn)第二發(fā)球接近。

身體在腳蹬伸離地后只受到重力的外力作用，所以重心在腳蹬離地面時的高度和垂直上升速度將決定重心在豎直方向上的運動軌跡，也將影響到發(fā)球擊球時的重心高度。運動員柏衍第一發(fā)球和第二發(fā)球時重心在腳蹬離地面時的高度分別為1．13 m和1．10 m，垂直向上的速度分別為2．01 m/s和1．67 m/s。第一發(fā)球和第二發(fā)球分別在此后的0．12 s和0．14 s擊球，重心高度分別為1．28 m和1．21 m，擊球時重心均未達到最高點。根據(jù)運動學(xué)知識可以知道，在運動員保持相同的發(fā)球動作節(jié)奏時，腳蹬離地面時重心的高度和向上的速度決定了擊球時重心高度，也就是說在腳蹬離地面時，重心越高，向上的速度越快，擊球時的重心就越高。所以，第一發(fā)球時蹬伸使重心在垂直方向的效果較差。但由于第二發(fā)球用時較第一發(fā)球長且重心未過最高點，在一定程度上彌補了蹬伸效果較差的影響。

2．3持拍手及球拍運動特征

2．3．1拋球引拍階段運動員柏衍采用后擺向上引拍，第一發(fā)球和第二發(fā)球中拍頭擺到最高點分別用時0．76 s和0．52 s，最高點高度分別為1．76 m和1．72 m，分別出現(xiàn)在重心最低點后0．1 s和前0．06 s（圖2）。

2．3．2“搔背”動作階段運動員柏衍的第一發(fā)球和第二發(fā)球在此階段拍頭平均速度分別為5．56 m/s和5 m/s（圖3）。在兩次發(fā)球中，肘關(guān)節(jié)的角度均呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢，其中第一發(fā)球時肘關(guān)節(jié)的角速度比第二發(fā)球時大，通過對錄像分析，肘關(guān)節(jié)角度在減小時，運動員通過展肩、曲肘，降低拍頭在背后的高度，肘關(guān)節(jié)角度在增大時，運動員通過持拍手腕關(guān)節(jié)外展，繼續(xù)降低拍頭高度。在拍頭最低點時，肘關(guān)節(jié)角度分別為82．3°和80．4°。

拍頭最低點高度與當(dāng)時的重心高度差是反映運動員在“搔背”動作中軀干及持拍手肩部拉伸幅度的重要依據(jù)。運動員柏衍第一發(fā)球時在“搔背”動作中拍頭最低點高度為1．16 m，當(dāng)時重心高度為1．10 m，拍頭比重心位置高0．06 m；第二發(fā)球時在“搔背”動作中拍頭最低點高度為0．93 m，當(dāng)時重心高度為1．07 m，拍頭比重心位置低0．14 m（圖4）。理論上，拍頭相對重心降得更低，可以使肩關(guān)節(jié)和腹部肌群的拉伸更加充分，如果擊球時間足夠，通過腹部肌群快速的向心收縮，可以使上肢獲得的更大的速度。通過比較可知，運動員柏衍第二發(fā)球時拍頭與重心高度差比第一發(fā)球時大0．20 m。一般地，運動員比賽中第一發(fā)球的速度要求高于第二發(fā)球，也就是第一發(fā)球在“搔背”動作階段的肌肉彈性勢能儲備應(yīng)大于第二發(fā)球。但是運動員柏衍在此階段的動作特征不符合發(fā)球?qū)Α吧Ρ场眲幼麟A段的肌肉彈性勢能儲備的要求，第一發(fā)球 “搔背”動作沒有第二發(fā)球充分。通過對比賽戰(zhàn)術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，第二發(fā)球的“搔背”動作充分是由于運動員為了增加球的強烈旋轉(zhuǎn)引起的。

2．3．3揮拍擊球階段“搔背”動作結(jié)束后，運動員腹部肌肉爆發(fā)性收縮，在軀干向前向上運動的帶動下，持拍臂肩、肘關(guān)節(jié)作揮拍動作的主動肌迅速收縮，使球拍獲得極大的揮拍速度并擊球。運動員柏衍第一發(fā)球在此階段共用時0．12 s，肘關(guān)節(jié)的平均角速度為539．3°/s，拍頭速度由開始時的10．86 m/s增加到擊球瞬間的24．44 m/s，拍頭移動距離2．54 m；第二發(fā)球共用時0．14 s，肘關(guān)節(jié)的平均角速度為496．9°/s，拍頭速度由開始時的7．07 m/s增加到擊球瞬間的23．53 m/s，拍頭移動距離2．27 m（圖5）。

網(wǎng)球發(fā)球中的擊球點高度是衡量發(fā)球技術(shù)質(zhì)量的重要指標(biāo)。擊球點越高，在以保證相同的擊球速度前提下，球過網(wǎng)落在發(fā)球區(qū)的區(qū)域越大，既可以提高發(fā)球的成功率和發(fā)球的角度；在以保證相同的落點區(qū)域前提下，球的速度可以更快。所以從理論上講，在一定的范圍內(nèi)，擊球點越高可以使發(fā)球的質(zhì)量越高。該運動員兩次發(fā)球的擊球點高度分別為2．77 m和2．75 m，分別是身高的1．50倍和1．49倍兩。我國國家隊12名男子運動員平均擊球點高度是身高的1．52倍［5］，國際優(yōu)秀運動員的擊球點高度是身高的1．50倍［1］。比較可以看出，運動員柏衍的擊球點高度比較合理。

2．4上下肢配合的運動特征網(wǎng)球的發(fā)球動作屬于鞭打類動作，所以合理的動作節(jié)奏應(yīng)該是身體自下位關(guān)節(jié)至上位關(guān)節(jié)的速度依次遞增。各環(huán)節(jié)間速度的遞增量越大，說明鞭打動作的動量傳遞效果越好。運動員在拋球時通過下肢的屈曲、屈髖離心拉伸下肢伸膝肌群，同時向上舉拍，為擊打動作提供良好的身體姿勢。屈曲下蹲后再通過下肢快速蹬伸及其它環(huán)節(jié)依次的加速與制動，使球拍獲得極大的打擊速度。在下肢快速蹬伸時，通過展肩、曲肘的動作來降低拍頭高度，形成類似投擲運動中的“超越器械（拍頭）”，一方面使加速揮拍的工作距離增大，另一方面預(yù)先強烈的拉伸作后繼動作的主動肌。

運動員柏衍第一發(fā)球時身體主要環(huán)節(jié)的用力順序為右膝—左膝—左髖—右髖—右肘—右腕，第二發(fā)球時的順序為右膝（右髖）—左膝（左髖）—右肘—右腕。左膝-右膝-右髖-左髖-右肩-右肘-右腕(膝-髖-肩-肘-腕)，是較為理想的發(fā)力時序［5］。也就是說,在拉長相關(guān)用力肌肉的條件下,首先是下肢、軀干等肌肉的加速用力,然后是上肢各個關(guān)節(jié)小肌肉群的加速用力。

合理的技術(shù)是充分發(fā)揮軀干肌肉和下肢肌肉的爆發(fā)加速作用，不要過多的依靠上肢關(guān)節(jié)加速，這樣才能使上肢肌肉留有較大的能力貯備，在揮拍擊球動作中肌肉感覺敏銳，控制球拍的方位和調(diào)控?fù)羟驎r機，并保證擊球點的高度。總之，過分的強調(diào)通過上肢加速來增加球速將導(dǎo)致發(fā)球準(zhǔn)確率下降［5］。因此應(yīng)加強下肢的蹬伸力量，并在發(fā)球時加強下肢的蹬伸作用，從技術(shù)上保證下肢和軀干肌肉合理的爆發(fā)加速功能，使整個鞭打動作更加合理，在保證發(fā)球準(zhǔn)確性的前提下增大擊球速度。

3結(jié)論與建議

運動員柏衍采用FB站位技術(shù)，側(cè)擺向上引拍，在拋球的方向上把握較好；下肢蹬伸充分，動作比較合理，第二發(fā)球時的“搔背”動作比第一發(fā)球更加充分。發(fā)球時身體主要環(huán)節(jié)的用力順序符合鞭打動作規(guī)律，擊球點高度比較合理。但是存在拋球過高和第一發(fā)球“搔背”動作不夠充分的問題。拋球過高，將不利于被拉伸肌肉的牽張性收縮，影響揮拍擊球動作的協(xié)調(diào)用力，建議改變拋球習(xí)慣，將拋球最高點控制在擊球點以上50 cm以內(nèi)從而使發(fā)球的動作更加連貫?！吧Ρ场眲幼鞑怀浞郑硎驹趽]拍擊球前腰腹部及上肢的肌肉彈性勢能儲備降低，將直接影響到發(fā)球的質(zhì)量。建議糾正運動員對發(fā)球動作中身體各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)力的理解，強調(diào)充分的“搔背”動作不僅可以增加球的旋轉(zhuǎn)，對增加發(fā)球的球速也起到非常重要的作用。此外應(yīng)適當(dāng)加強腰腹部的力量和柔韌訓(xùn)練，增大發(fā)球時軀干的背弓程度，從而增加揮拍擊球前腰腹部及上肢的肌肉彈性勢能儲備。

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