| 标题 | 柏衍网球发球技术的生物力学分析 |
| 范文 | 金春林 曲 峰 摘要：通过对我过我国优秀男子青少年网球运动员柏衍的发球技术进行三维录像及解析，分析了该运动员的膝关节、持拍手及球拍和上下肢配合的运动特征，认为柏衍采用FB站位技术，侧摆向上引拍，在抛球的方向上把握较好；下肢蹬伸充分，动作比较合理；发球时身体主要环节的用力顺序符合鞭打动作规律，击球点高度比较合理。但是仍有需要改进的地方。 关键词：网球；发球技术；男子青少年运动员；生物力学 中图分类号：G845.14文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)02-0271-04 发球是网球比赛最重要的技术之一，是唯一可以自己控制不受对手影响的击球方法。运动员可以做好充分准备后，利用凶猛有力和旋转的变化打出准确刁钻的落点而导致对手回球困难，从而直接得分或为得分创造有利的进攻条件。近年来，世界排名前十位的选手几乎每位都是发球好手，上世纪末本世纪初的两位网坛霸主桑普拉斯和费德勒也都被公认拥有最好的发球。所以，提高发球技术对运动员提高竞技水平至关重要。有资料显示，我国运动员的发球时速远远低于世界有些运动员的水平［8］，发球是我国运动员的薄弱环节。当代高水平竞技体育的训练和竞赛中，科学化的程度越来越高，科学技术与竞技体育全方位多层次的密切结合，成为竞技体育的一个有机组成部分。作为竞技体育的一个项目，网球竞技水平的提高在很大程度上也要依赖于科学技术的进步和全方位的影响。因此，密切结合运动实践，深入开展网球科研攻关与科技服务将有助于我国网球选手竞技能力的提高。 1研究对象与方法 1.1研究对象本文的研究对象为我国优秀男子青少年网球运动员柏衍，基本情况见表1。该运动员曾先后取得了2005年香港国际青少年锦标赛（ITF四级赛事）男子单打冠军、2006年亚洲青少年网球锦标赛男子单打冠军、2006年全国男子网球巡回赛第三站乌海站单打冠军，最高世界青少年排名位列42位，是目前为止我国网球运动员获得世界青少年排名最高的选手。 1.2研究方法 1.2.1文献资料法广泛收集和查阅了国内外有关本课题的网球和运动生物力学方面的资料，把握目前网球运动中发球技术分析的研究现状，将有关资料全面阅读，并加以归类和分析。
1.2.2三维录像及解析采用日本JVC3000专业数码摄像机进行拍摄，拍摄频率为50Hz。三维标定框架的尺寸为1.5 m为半径的空间，能较好的是整个动作范围位于框架标定空间内。对比赛过程全程拍摄，记录发球成功的第一发球和第二发球。 依据对录像带的反复观察和发球试验时的现场评价，选取运动员第一发球和第二发球中最好的一次，运用北京体育大学运动生物力学教研室周兴龙老师研发的视讯解析系统进行解析。 1.2.3专家访谈法向多年从事网球训练工作、经验丰富的教练员请教有关网球发球的技术问题，走访有关网球和运动生物力学的专家，咨询研究过程中的疑难问题。 2结果与分析 2.1球的运动特征运动员柏衍在比赛的第一发球中，抛球点的高度为1.83 m，球离手时的速度为6.43 m/s，球向上运行的最高点高度为3.68 m，到击球时球在水平方向上位移为0．58 m。第二发球的抛球点的高度为1.84 m，球离手时的速度为6．04 m/s，球向上运行的最高点高度为3．50 m，到击球时球在水平方向上位移为0．53 m。 球被抛出后在水平方向的移动将会影响到运动员击球的稳定性。如果抛出的球最垂直上抛运动，则运动员在击球时只需在一个方向上判断来球位置，将可以保证运动员挥拍击球动作的稳定性。运动员柏衍第一发球、第二发球抛球在水平方向的速度分别为：0．95 m/s和0．92 m/s，通过三角函数知识可以推算出运动员柏衍在比赛的第一发球、第二发球中抛球与垂直方向的夹角均为8．53°。我国8名优秀运动员抛球时球与垂直方向的夹角平均值为12．11°［6］。可以看出，运动员柏衍在抛球方向的把握上比较理想，抛球线路接近垂直。 球被抛起的高度是否合适是导致发球节奏是否被打乱的最重要的因素，因而也是影响发球质量的关键。抛球过高会导致运动员“搔背”动作停顿等球下落或“搔背”动作减速，这不仅破坏了发球动作的连贯性，降低挥拍速度，而且不利于被拉伸肌肉的牵张性收缩，导致挥拍击球动作的协调用力不充分。抛球过低会降低击球高度，降低发球的成功率，同时也使运动员完成“搔背”和击球动作时间变得仓促，缩短挥拍时间，影响挥拍速度和质量。我国网球国家队重点12名男子运动员抛球最高点于击球点的平均落差为0．64 m［5］。运动员柏衍第一发球、第二发球时的击球高度分别为2．77 m和2．75 m，抛球最高点于击球点的平均落差分别为0．91 m和0．75 m。而有研究显示，优秀运动员的抛球落差在0．5 m左右，有的甚至在0．2 m之内［1］。因此，参照优秀运动员抛球最高点于击球点之间的落差标准，可以看出该运动员在抛球环节存在抛球过高的问题。 2．2膝关节运动特征 2．2．1屈膝下蹲动作特征下肢屈膝下蹲动作是发球动作的一个重要组成部分，目的是通过下肢伸肌群离心收缩状态下的拉伸，增大肌肉初长度储备弹性势能，同时增加击球时的挥拍距离，为“搔背”动作提供良好的身体姿势和用力状态。运动员柏衍第一发球中左膝最大屈曲角度为92．9°，右膝最大屈曲角度为139，2°；第二发球中左膝的最大屈曲角度为102．5°，右膝最大屈曲角度为145．4°(表2)。
膝关节屈曲的太大或太小都不能产生最佳的蹬地力量，从而不利于整个发球动作。膝关节屈曲过大，会给伸肌群过大负荷，影响伸膝的速度与身体其他环节的配合；屈膝过小又不能充分拉长伸膝肌，影响弹性势能的储备，进而影响伸膝力量，使身体不能获得较好的垂直速度。统计表明［6］，“搔背”时膝关节运动幅度与髋部上升最大垂直速度之间r=0．262（p>0．05），无显著性相关。由于每位运动员的身体素质不同，不同的运动员最佳膝关节的屈曲角度和身体的下蹲深度也不同。但是准确掌握膝关节屈曲角度有助于运动员的力量训练。 2．2．2膝关节蹬伸动作特征膝关节的蹬伸是人体各环节系统鞭打动作的开始，他的直接作用是使身体向上加速，并对球拍形成超越。运动员柏衍第一发球中左膝最大蹬伸角度为170．9°，右膝最大蹬伸角度为163．9°；第二发球中左膝的最大蹬伸角度为171．3°，右膝最大蹬伸角度为169．8°（图1）。 运动员柏衍第一发球时左右膝关节的平均角速度为286．3°/s和80．7°/s，第二发球时左右膝关节的平均角速度为236．3°/s和83．3°/s，第一发球时左膝的平均角速度基本上是右膝平均角速度的3．55倍，第二发球时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）。可以看出左右膝关节的平均角速度差异较大，说明该运动员的蹬伸用力主要是依靠左腿伸膝肌群的快速收缩实现。研究表明［6］，膝关节蹬伸平均角速度与最大髋关节垂直速度及球速之间呈现显著性相关（r=0．728，p<0．05）、（r=0．773，p<0．05），膝关节蹬伸幅度与球速之间有一定相关（r=0．609，p<0．05）。左腿膝关节在第一发球中的蹬伸运动表现比第二发球幅度大、速度快，右腿膝关节在第一发球中的蹬伸运动表现第二发球接近。
身体在脚蹬伸离地后只受到重力的外力作用，所以重心在脚蹬离地面时的高度和垂直上升速度将决定重心在竖直方向上的运动轨迹，也将影响到发球击球时的重心高度。运动员柏衍第一发球和第二发球时重心在脚蹬离地面时的高度分别为1．13 m和1．10 m，垂直向上的速度分别为2．01 m/s和1．67 m/s。第一发球和第二发球分别在此后的0．12 s和0．14 s击球，重心高度分别为1．28 m和1．21 m，击球时重心均未达到最高点。根据运动学知识可以知道，在运动员保持相同的发球动作节奏时，脚蹬离地面时重心的高度和向上的速度决定了击球时重心高度，也就是说在脚蹬离地面时，重心越高，向上的速度越快，击球时的重心就越高。所以，第一发球时蹬伸使重心在垂直方向的效果较差。但由于第二发球用时较第一发球长且重心未过最高点，在一定程度上弥补了蹬伸效果较差的影响。 2．3持拍手及球拍运动特征 2．3．1抛球引拍阶段运动员柏衍采用后摆向上引拍，第一发球和第二发球中拍头摆到最高点分别用时0．76 s和0．52 s，最高点高度分别为1．76 m和1．72 m，分别出现在重心最低点后0．1 s和前0．06 s（图2）。
2．3．2“搔背”动作阶段运动员柏衍的第一发球和第二发球在此阶段拍头平均速度分别为5．56 m/s和5 m/s（图3）。在两次发球中，肘关节的角度均呈现出先减小后增大的变化趋势，其中第一发球时肘关节的角速度比第二发球时大，通过对录像分析，肘关节角度在减小时，运动员通过展肩、曲肘，降低拍头在背后的高度，肘关节角度在增大时，运动员通过持拍手腕关节外展，继续降低拍头高度。在拍头最低点时，肘关节角度分别为82．3°和80．4°。
拍头最低点高度与当时的重心高度差是反映运动员在“搔背”动作中躯干及持拍手肩部拉伸幅度的重要依据。运动员柏衍第一发球时在“搔背”动作中拍头最低点高度为1．16 m，当时重心高度为1．10 m，拍头比重心位置高0．06 m；第二发球时在“搔背”动作中拍头最低点高度为0．93 m，当时重心高度为1．07 m，拍头比重心位置低0．14 m（图4）。理论上，拍头相对重心降得更低，可以使肩关节和腹部肌群的拉伸更加充分，如果击球时间足够，通过腹部肌群快速的向心收缩，可以使上肢获得的更大的速度。通过比较可知，运动员柏衍第二发球时拍头与重心高度差比第一发球时大0．20 m。一般地，运动员比赛中第一发球的速度要求高于第二发球，也就是第一发球在“搔背”动作阶段的肌肉弹性势能储备应大于第二发球。但是运动员柏衍在此阶段的动作特征不符合发球对“搔背”动作阶段的肌肉弹性势能储备的要求，第一发球 “搔背”动作没有第二发球充分。通过对比赛战术分析发现，第二发球的“搔背”动作充分是由于运动员为了增加球的强烈旋转引起的。 2．3．3挥拍击球阶段“搔背”动作结束后，运动员腹部肌肉爆发性收缩，在躯干向前向上运动的带动下，持拍臂肩、肘关节作挥拍动作的主动肌迅速收缩，使球拍获得极大的挥拍速度并击球。运动员柏衍第一发球在此阶段共用时0．12 s，肘关节的平均角速度为539．3°/s，拍头速度由开始时的10．86 m/s增加到击球瞬间的24．44 m/s，拍头移动距离2．54 m；第二发球共用时0．14 s，肘关节的平均角速度为496．9°/s，拍头速度由开始时的7．07 m/s增加到击球瞬间的23．53 m/s，拍头移动距离2．27 m（图5）。
网球发球中的击球点高度是衡量发球技术质量的重要指标。击球点越高，在以保证相同的击球速度前提下，球过网落在发球区的区域越大，既可以提高发球的成功率和发球的角度；在以保证相同的落点区域前提下，球的速度可以更快。所以从理论上讲，在一定的范围内，击球点越高可以使发球的质量越高。该运动员两次发球的击球点高度分别为2．77 m和2．75 m，分别是身高的1．50倍和1．49倍两。我国国家队12名男子运动员平均击球点高度是身高的1．52倍［5］，国际优秀运动员的击球点高度是身高的1．50倍［1］。比较可以看出，运动员柏衍的击球点高度比较合理。
2．4上下肢配合的运动特征网球的发球动作属于鞭打类动作，所以合理的动作节奏应该是身体自下位关节至上位关节的速度依次递增。各环节间速度的递增量越大，说明鞭打动作的动量传递效果越好。运动员在抛球时通过下肢的屈曲、屈髋离心拉伸下肢伸膝肌群，同时向上举拍，为击打动作提供良好的身体姿势。屈曲下蹲后再通过下肢快速蹬伸及其它环节依次的加速与制动，使球拍获得极大的打击速度。在下肢快速蹬伸时，通过展肩、曲肘的动作来降低拍头高度，形成类似投掷运动中的“超越器械（拍头）”，一方面使加速挥拍的工作距离增大，另一方面预先强烈的拉伸作后继动作的主动肌。 运动员柏衍第一发球时身体主要环节的用力顺序为右膝—左膝—左髋—右髋—右肘—右腕，第二发球时的顺序为右膝（右髋）—左膝（左髋）—右肘—右腕。左膝-右膝-右髋-左髋-右肩-右肘-右腕(膝-髋-肩-肘-腕)，是较为理想的发力时序［5］。也就是说,在拉长相关用力肌肉的条件下,首先是下肢、躯干等肌肉的加速用力,然后是上肢各个关节小肌肉群的加速用力。
合理的技术是充分发挥躯干肌肉和下肢肌肉的爆发加速作用，不要过多的依靠上肢关节加速，这样才能使上肢肌肉留有较大的能力贮备，在挥拍击球动作中肌肉感觉敏锐，控制球拍的方位和调控击球时机，并保证击球点的高度。总之，过分的强调通过上肢加速来增加球速将导致发球准确率下降［5］。因此应加强下肢的蹬伸力量，并在发球时加强下肢的蹬伸作用，从技术上保证下肢和躯干肌肉合理的爆发加速功能，使整个鞭打动作更加合理，在保证发球准确性的前提下增大击球速度。
3结论与建议 运动员柏衍采用FB站位技术，侧摆向上引拍，在抛球的方向上把握较好；下肢蹬伸充分，动作比较合理，第二发球时的“搔背”动作比第一发球更加充分。发球时身体主要环节的用力顺序符合鞭打动作规律，击球点高度比较合理。但是存在抛球过高和第一发球“搔背”动作不够充分的问题。抛球过高，将不利于被拉伸肌肉的牵张性收缩，影响挥拍击球动作的协调用力，建议改变抛球习惯，将抛球最高点控制在击球点以上50 cm以内从而使发球的动作更加连贯。“搔背”动作不充分，表示在挥拍击球前腰腹部及上肢的肌肉弹性势能储备降低，将直接影响到发球的质量。建议纠正运动员对发球动作中身体各环节协调发力的理解，强调充分的“搔背”动作不仅可以增加球的旋转，对增加发球的球速也起到非常重要的作用。此外应适当加强腰腹部的力量和柔韧训练，增大发球时躯干的背弓程度，从而增加挥拍击球前腰腹部及上肢的肌肉弹性势能储备。 参考文献： ［1］ Elliott B． & Marsh T． A Three Dimensional Cinematographic Analysis of The Tennis Serve ［J］． International Journal of Sport Biomechanics，1986(2)：260-271． ［2］ Beerman J, Sher L． Improve Tennis Serve Through Mathematics ［J］． Journal of Health, Physical Education And Recreation，1981(9):55． ［3］ Elliott B． Wood GA． The Biomechanics of the Foot-up and Foot-back Tennis Serve Techniques［J］． Australian Journal of Sports Science，1983：2. ［4］ 陶志翔．对网球发球体系的研究［J］．北京体育大学学报，2004:12． ［5］ 严波涛,吴延禧．网球发球技术的生物力学分析［J］．体育科学，2000:7． ［6］ 刘卉．网球大力发球技术的运动生物力学原理［J］．北京体育大学学报，2000:23． ［7］ 方兴．网球发球的三维录像分析．第八届全国运动生物力学学术会议论文摘要［R］．1996:17． ［8］ 王清．我国优秀运动员竞技能力状态诊断和监测系统的研究与建立［M］．北京：人民体育出版社，2004． |
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