中國女子水球運(yùn)動員正手射門技術(shù)的生物力學(xué)特性分析

鮑春雨，孟慶華，朱希紅

（1.天津體育學(xué)院體育訓(xùn)練一系，天津 300381；2.天津體育學(xué)院體育文化傳媒系，天津 300381）

水球?qū)儆谕瑘龈偧夹皂?xiàng)目，按照項(xiàng)群理論屬于得分類項(xiàng)目，比賽的結(jié)果是以完成有效射門次數(shù)，得分多少來決定勝負(fù)，因此射門是水球比賽中攻守對抗的焦點(diǎn)。得分的多少取決于射門的有效次數(shù)，射門的有效次數(shù)取決于射門的技術(shù)水平，射門技術(shù)的好壞直接左右著比賽的結(jié)果。從以往的研究文獻(xiàn)來看，從生物力學(xué)的角度對女子水球正手射門技術(shù)的研究并不多見，因此，本研究試圖從生物力學(xué)的角度對我國國家女子水球運(yùn)動員正手射門技術(shù)動作的運(yùn)動學(xué)特征進(jìn)行分析，探討影響正手射門技術(shù)的主要因素，揭示我國女子水球運(yùn)動員正手射門的技術(shù)特征與規(guī)律，為今后采取有針對性的訓(xùn)練、改進(jìn)與提高正手射門技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)和客觀指導(dǎo)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

中國女子水球運(yùn)動員正手射門技術(shù)的生物力學(xué)特性。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)法 以我國現(xiàn)役國家女子水球隊(duì)11名運(yùn)動員為實(shí)驗(yàn)對象。受試者平均年齡22.6歲，平均身高為176.4cm，平均體重為71.2kg。

1.2.2 三維運(yùn)動解析法 （1）三維影像系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)全程采用2臺索尼高速攝像機(jī)（1 920×1 080，50Hz）和2個(gè)三維坐標(biāo)框架。2臺攝像機(jī)分別放置于被測者的左、右后側(cè)方，且2臺攝像機(jī)主光軸夾角為90°，攝像機(jī)機(jī)架高1.5m。三維坐標(biāo)框架置于水面上5m罰球線位置，與球門垂直，并指向球門方向標(biāo)記為X軸正方向，垂直于x軸水平向左方向?yàn)閥軸正方向，垂直水平面向上為Z軸正方向。框架共有18個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，限定空間為1m×2m×2m，要求每個(gè)運(yùn)動員射門時(shí)在標(biāo)定范圍內(nèi)進(jìn)行。（2）數(shù)據(jù)采集。2014年8月在上海東方綠洲訓(xùn)練基地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，整個(gè)測試過程為運(yùn)動員定點(diǎn)無障礙大力射門，運(yùn)動員在水中腳踩水向上躍起射門的過程，在垂直方向的位移不同，三維坐標(biāo)框架的高度為2m，能很好地觀察到整個(gè)動作的過程。實(shí)驗(yàn)要求測試位于罰球線位置 ，垂直于球門5m處。每名運(yùn)動員有足夠的射門次數(shù)，根據(jù)教練員意見選出其中3次，作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)提取與分析。視頻數(shù)據(jù)利用Kwon3D軟件進(jìn)行解析，經(jīng)過數(shù)據(jù)平滑處理（頻率為12HZ），獲取正手射門技術(shù)動作的三維運(yùn)動學(xué)參數(shù)。各位置的標(biāo)記點(diǎn)為頭頂點(diǎn)、肩肱骨頭、尺骨莖突、腕、第三掌趾骨。本研究中各關(guān)節(jié)角度定義：肩角：左、右肩關(guān)節(jié)點(diǎn)連線與持球側(cè)肩、肘關(guān)節(jié)點(diǎn)連線之間的夾角。肘角：肘、腕連線與肩、肘連線的夾角。腕角：持球側(cè)臂腕第三掌趾骨與肘關(guān)節(jié)標(biāo)志點(diǎn)的連線之間的夾角。軀干扭轉(zhuǎn)角度：左、右兩肩關(guān)節(jié)點(diǎn)連線在水平面上的投影轉(zhuǎn)過的角度。

1.2.3 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法 用SPSS 13.0、Excel 2007軟件對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻運(yùn)動學(xué)參數(shù)分析

最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻是運(yùn)動員從水中提起球的那一刻持球手臂逐漸上抬，同時(shí)肩部外展，手肘上抬由屈到伸，由雙腳踩水使軀干扭轉(zhuǎn)，身體與球門方向垂直，重心前移，形成背弓，此時(shí)軀干領(lǐng)先持球臂形成最大超越器械姿勢，為揮臂擊球階段做準(zhǔn)備。

2.1.1 超越器械時(shí)刻肩肘腕角度和速度特征分析 從表1可以看出，在最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻肩、肘、腕的平均角度值分別為 148.07°、112.91°和 161.92°。鄭志藝等在2006年的研究中發(fā)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的角度平均為105.8°，腕關(guān)節(jié)角度平均為153.4°，本研究的結(jié)果與其接近。其中腕關(guān)節(jié)的角度與Brucec.Elliott的研究結(jié)果（161.22°）幾乎一致，肘關(guān)節(jié)卻高于其85°的研究結(jié)果，甚至高于國外男子選手的107°。這說明中外女子水球運(yùn)動員在射門技術(shù)上是存在一定差異的。肩、肘、腕的平均速度是依次減小的，這一趨勢符合運(yùn)動學(xué)原理，說明運(yùn)動員在此時(shí)刻軀干快速向前，完成了超越器械動作，形成最后用力的良好姿態(tài)，為完成射門的有效鞭打動作做好充足準(zhǔn)備。除孫雅婷和張婧肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)比肩關(guān)節(jié)速度快外，究其原因可能與運(yùn)動員肩關(guān)節(jié)的靈活性或肩部的力量差有關(guān)。

2.1.2 超越器械時(shí)刻肩關(guān)節(jié)三維速度分析

正手射門技術(shù)動作是身體在三維空間里進(jìn)行的復(fù)雜運(yùn)動，由于水球運(yùn)動是在水中進(jìn)行的復(fù)雜運(yùn)動，實(shí)驗(yàn)無法對身體重心點(diǎn)進(jìn)行解析，但身體在三維方向的運(yùn)動對技術(shù)特征又有著重要的影響，所以我們通過對肩關(guān)節(jié)的分析來揭示每個(gè)運(yùn)動員身體運(yùn)動情況。通過觀察肩關(guān)節(jié)三維速度的變化可以了解在最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻身體運(yùn)動情況。X反映身體向后移動，正方向說明身體向前運(yùn)動；Y反映身體左右移動，正方向說明身體向左移動；Z反映身體在縱軸方向移動，正方向說明身體整體趨勢是向上躍起狀態(tài)。據(jù)表2數(shù)據(jù)顯示，在最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻肩關(guān)節(jié)在X、Y、Z3個(gè)方向上的即時(shí)速度。在超越器械過程中肩關(guān)節(jié)外展，肘關(guān)節(jié)上抬，同時(shí)帶動肩關(guān)節(jié)向上，向前移動，此時(shí)肩關(guān)節(jié)向前平均速度為0.89m/s。在左右方向上，有8名運(yùn)動員身體有向右晃動的趨勢，3名運(yùn)動員身體向左晃動，可能是由于技術(shù)動作及射門習(xí)慣的不同導(dǎo)致身體偏移的方向不同，身體左右晃動，說明運(yùn)動員對身體控制能力較差，其中孫雅婷、劉萍、孫玉君身體左右晃動的較厲害。在垂直方向上，除宋冬倫外，其他人身體都為向上運(yùn)動的趨勢。宋冬倫在最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻身體運(yùn)動趨勢是向下的，可能是射門節(jié)奏和時(shí)機(jī)把握的較差。

表1 最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻肩、肘、腕角度和速度參數(shù)

表2 超越器械時(shí)刻肩關(guān)節(jié)三維速度分析m/s

表3 球出手時(shí)肩關(guān)節(jié)三維方向速度值統(tǒng)計(jì)m/s

表4 球出手時(shí)刻與超越器械時(shí)刻身體躍起的水面的高度 m

2.2 球出手時(shí)刻運(yùn)動學(xué)參數(shù)分析

2.2.1 球出手時(shí)刻各關(guān)節(jié)速度特征分析本文得出了在球出手時(shí)刻各關(guān)節(jié)及球的既可速度，此時(shí)刻速度變化由小到大的順序?yàn)榧珀P(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)、球，遵循速度從身體近端向遠(yuǎn)端傳遞的規(guī)律，最后傳遞給球，符合運(yùn)動生物力學(xué)中鞭打動作原理。這說明運(yùn)動員在揮臂射門階段各環(huán)節(jié)活動順序比較合理，但是個(gè)體之間存在差異。宋冬倫的球出手時(shí)速度明顯比其他隊(duì)員小得多，在射門階段各環(huán)節(jié)的速度都很小，這有可能是隊(duì)員射門力量不足造成的。其中張婧在球出手時(shí)球的速度值最大為19.46 m/s，且各環(huán)節(jié)的速度差較大，說明張婧各關(guān)節(jié)用力順序合理，形成了有效的制動和鞭打，讓球獲得了更高速度。李抒謹(jǐn)手指速度和球的速度分別為16.12 m/s和17.76 m/s，相差不大，說明在射門最后時(shí)刻手指未能積極用力撥球。

2.2.2 出手時(shí)刻肩關(guān)節(jié)三維速度分析本文中運(yùn)動員在球出手時(shí)刻身體都是向前運(yùn)動的，這符合技術(shù)的特點(diǎn)。在球出手時(shí)刻為了加大球的速度，身體會用力向前扭轉(zhuǎn)，如果出現(xiàn)速度向后的情況，說明運(yùn)動員在此時(shí)身體后倒了，這勢必會影響球出手的速度和運(yùn)行的方向，同時(shí)也說明運(yùn)動員對身體控制力弱，原因可能是踩水技術(shù)問題或是髖部環(huán)節(jié)肌力較弱，這就需要加強(qiáng)核心部位的訓(xùn)練。研究發(fā)現(xiàn)，牛冠男、鹿?jié)晌脑诖藭r(shí)相對于其她運(yùn)動員身體晃動較大，李抒謹(jǐn)和趙子涵在球出手瞬間能很好地控制身體，穩(wěn)定性非常高，這在水球比賽中非常占優(yōu)勢，在球出手后，減少了重新調(diào)整身體姿勢的時(shí)間，能快速起動進(jìn)入防守或進(jìn)攻狀態(tài)。此外，李抒謹(jǐn)、張婧2名運(yùn)動員在球出手時(shí)刻身體是向持球側(cè)晃動的，其他運(yùn)動員均向持球側(cè)相反的方向晃動。研究發(fā)現(xiàn)，只有3名運(yùn)動員在球出手時(shí)身體是向下運(yùn)動的，說明身體有下沉趨勢。（表3）

2.2.3 不同時(shí)刻身體躍出水面的高度在對抗中，身體躍出水面的高度有利于突破對方的防守，提高傳球和射門的機(jī)會及成功率；同時(shí)會對對方進(jìn)攻形成巨大的威脅，減少其傳球和射門機(jī)會及成功率，給對手造成壓迫性失誤。身體在垂直方向上的位移與球的速度沒有明顯的相關(guān)性，但是球出手時(shí)刻運(yùn)動員躍出水面的高度越高越容易突破對方的防守，增大進(jìn)球的成功率。從表4可以看出，在球出手時(shí)刻運(yùn)動員身體躍起水面的平均高度優(yōu)于超越器械時(shí)刻，說明在球出手時(shí)刻運(yùn)動員身體多處于上升趨勢。但是有3名運(yùn)動員在球出手時(shí)刻身體躍出水面的高度反而下降了，原因是此時(shí)身體向下運(yùn)動，這與其在垂直方向的速度下降有關(guān)。因此，應(yīng)加強(qiáng)身體控制能力，把握好技術(shù)節(jié)奏，使球在出手時(shí)刻身體能在較高點(diǎn)完成射門。揮臂射門時(shí)，雙腳踩水，身體在向前扭轉(zhuǎn)的同時(shí)身體向上躍起，讓球在垂直方向達(dá)到最高，這樣才能在激烈的對抗中使球不容易被對方攔截，增加射門成功率。由表5可知，宋冬倫、劉萍、孫玉君在球出手前肩關(guān)節(jié)在垂直方向未達(dá)到最高點(diǎn)，而是在球出手后肩關(guān)節(jié)達(dá)到了最高點(diǎn)，說明球出手過早；李抒謹(jǐn)、王歆艷、田佳寧、趙子涵、牛冠男在球出手前已經(jīng)達(dá)到了最大高度，球是在身體下降的過程中揮出去的；只有3名運(yùn)動員是在身體躍起的最高點(diǎn)將球投射出去。

2.3 軀干旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)特征分析

我國優(yōu)秀女子水球運(yùn)動員在超越器械時(shí)刻軀干向后的平均扭轉(zhuǎn)角度為24.49°，與文獻(xiàn)研究結(jié)果（24.42°）幾乎一致。在球出手時(shí)刻身體向前的轉(zhuǎn)角平均93.73°，略低于文獻(xiàn)中研究結(jié)果（101.8°）。其中張婧、宋冬倫身體向后轉(zhuǎn)過的幅度低于10°，這可能與個(gè)人的技術(shù)特點(diǎn)及身體的的柔韌性和協(xié)調(diào)性有直接關(guān)系，雖然向后扭轉(zhuǎn)的角度小，不能獲得更多的能量儲備，但是可以縮短整個(gè)射門的時(shí)間。運(yùn)動員從水中抓球到最遠(yuǎn)超越器械時(shí)刻，在整個(gè)過程中身體向后扭轉(zhuǎn)同時(shí)肌肉被拉長，此時(shí)肌肉會儲存一定的彈性能，彈性能轉(zhuǎn)化成動能，產(chǎn)生更大的力量和速度，同時(shí)扭轉(zhuǎn)的角度越大也增加了人體對球的做功距離，在最后射門時(shí)增加了揮臂的速度和力量，曾有文獻(xiàn)指出，軀干旋轉(zhuǎn)對球速的貢獻(xiàn)率為30%～35%。因此，可以在訓(xùn)練中針對運(yùn)動員的不同技術(shù)特點(diǎn)采取有針對性的訓(xùn)練，在增加柔韌性和協(xié)調(diào)性訓(xùn)練的同時(shí)，盡量加大軀干的旋轉(zhuǎn)，增加射門的力量和速度，縮短整個(gè)射門的時(shí)間，改進(jìn)與提高射門技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)效性。（表6）

表5 球出手時(shí)刻肩關(guān)節(jié)在垂直方向位移變化情況 m

表6 軀干轉(zhuǎn)過的角度 °

3 結(jié) 論

3.1 我國優(yōu)秀女子水球運(yùn)動員在超越器械時(shí)刻技術(shù)動作較為合理，都能夠形成良好的超越器械和鞭打動作，孫雅婷和張婧肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)比肩關(guān)節(jié)速度快，究其原因可能與運(yùn)動員肩關(guān)節(jié)的靈活性或肩部的力量差有關(guān)。此時(shí)刻，運(yùn)動員身體存在左右晃動現(xiàn)象，其中孫雅婷、劉萍、孫玉君身體左右晃動的較厲害，說明運(yùn)動員身體控制能力較差。

3.2 在球出手時(shí)刻，運(yùn)動員肩、肘、腕各環(huán)節(jié)活動順序比較合理，但是個(gè)體之間存在差異。此時(shí)，身體也存在左右晃動現(xiàn)象，且部分運(yùn)動員身體還存在著下降趨勢。此外，在球出手時(shí)刻，部分運(yùn)動員身體不處于最高點(diǎn)，存在出手或早或晚的現(xiàn)象。在整個(gè)射門過程中，軀干的旋轉(zhuǎn)有利于增加最后射門的力量和速度。