冲量定理在网球技术动作中的应用研究

王新刚，谭明义，沈克印

（南京师范大学体育科学学院，江苏 南京 210046）

技战术分析

冲量定理在网球技术动作中的应用研究

王新刚，谭明义，沈克印

（南京师范大学体育科学学院，江苏 南京 210046）

根据力学和运动生物力学的原理，分析了冲量定理在网球技术动作中的运用和球在被击打撞击时的物理学特点。通过分析，提出了击球时的最佳击球的区域范围以及击球时充分“包裹”球以延长击球时拍面与球的接触时间（t），同时通过分析得出如何在击球时增大击球力量（F）和拍面与球的接触时间（t），并提出了相应的训练注意事项，以期为网球技术的不断完善和网球爱好者提供参考和帮助。

冲量定理；网球运动；应用；研究

1 冲量定理在网球运动中的意义

在运动生物力学中，研究网球的运动可把网球的球心看作一个质心，根据力学中的质心运动定理，网球受外力作用时其质心，即球心的运动。就如同作用在球上的外力和球的质量都集中在球心的一个质点的运动情况一样，根据冲量定理可知，击打出去的球速不仅与网球受到的作用力（F）有关，同时也和作用时间（t）有关。所以，在相同的作用力（F）情况下，网球在拍弦上停留时间（作用时间t）越长（即在网球上所谓的“包住球”），球速就会越快，但击球时通过质心的位置决定球的飞行轨迹。理解了冲量定理在网球中的意义才能在网球运动中更好地运用。下面将列举在网球运动中最常用的几种技术，对冲量定理在网球其中的应用进行分析。

2 网球技术动作中冲量定理的应用分析

2.1 在平击球中的应用分析

所谓的平击球就是速度快，球落地后前冲力大、球的飞行路线较直、在击球过程中球拍几乎是水平运动，但其准确性和控制力较差。根据力学中的质心运动定理可知，当网球所受外力通过球心，则网球上各点的质心相同，不发生转动，根据冲量定理可知，平击球是因与在同一直线上，只是方向相反。因冲量是矢量具有方向性，可以将①式的矢量形式简化为数量形式，即表示正数，而则表示负数。①式则可以简化为：

从图1可以看出，在击打平击球过程中，冲量F·t要经过质心，要想得到更快的球速要取决于作用于球上的力（F）大小和拍面与球接触时间（t）的长短。一般情况下，一个人的绝对力量是一定的，我们就是可以假设当作用力（F）一定的情况下，拍面与球的接触时间（t）的长短，决定了球的最终速度，这一点在顶尖的网球选手中体现的最为明显，“包球”非常充分，因而能打出速度很快的球，以导致对手的被动或失误。所以，要击出速度很快的平击球时要注意，击打时F·t要经过球的质心，拍面与球接触的时间（t）应尽量延长。

2.2 在上旋球中的应用分析

上旋球最大的特点是过网高、旋转强，有时接近底线下坠快、失误少，落地反弹后有一个加速的过程。从力学原理可知，要使球旋转，则需要力矩（M）。力矩等于作用在球上的力（F）和此力到球心的垂直距离（L）的乘积。写成公式就是M=FL。若L=0，则作用力通过球心，该球不产生任何旋转，就是上面所阐述的平击球。若（F）不变，（L）增大，该球产生旋转。如图2所示，再由冲量定理可得知，作用力在通过球拍传递到球上时又分为向前的作用力（F1）和向上的作用力（F2），当作用力不变时，若向前的作用力（F1）越大，则向前的飞行越快，若向上的作用力（F2）增大，则旋转越强。由图2可以看出，当力矩（L）在一定的范围内时作用力的一个分力（F2）能使球产生旋转。

再由图3可知，可以列出一个方程式来求出力矩（L）与球的半（r）的关系，在理想的情况下，即当L=Sin（α）·r ----④

因∠F2OF1=90°，如④式可知。在如图4所示，当∠α=45°时，这时L=1/2r冲量·t只有向上的动能，这时击打出去的球只产生旋转，没有向前的动能，击打出去的球不能到达对方的有效区域。如图5所示，当∠α=0°，则力矩L=0时，球的飞行路线为力（F1）和（F2）合力，则是与直线001重合的·t，这样的情况下击打出去的球会朝着前上方向飞行。

再如图6所示，假设在球拍与球的接触时间（t）相同的情况下，击打时力（F）越大，击打出去的球落在有效区域外的可能性越大，如图6中的第一条抛物线。如果力（F）越小，击打出去的球落点有被网带拦住和落在有效区域内两种可能，分别如图6中的第二条和第三条抛物线，由于击打时球是向斜上方飞行，所以即使落在有效区内也没有进攻性，不能控制在想要的落点，从而容易造成自己被动失分。所以，为了保证击出去的球能控制在有效的区域和具有一定的攻击性，根据以上分析我们可以得出一个理想的击球区域，即当0°＜α＜45°时，0＜L＜1/2r时，在这个角度和力矩范围内，击出去的球既有一定的旋转又有向前的速度。因此，在运用冲量定理去击打球时有个较为明确的范围，当力（F）一定，球拍“包裹”球的时间越长，得到的冲量t就很大，从而能击打出旋转强烈速度很快的球。在击打上旋球时首先要像打平击球一样用力向前击球，即力要大，同时将球“ 击入”拍线中，使球拍能“ 吃”住球，使时间（t）增加。与此同时，在球拍触球的同时，迅速将球拍向上拉起。向前、向上的动作要连贯流畅、一气呵成，形成一个球拍“包住”球向斜上方发力的过程，这也是我们在看职业选手比赛时他们常常能击出势大力沉的球，从而迫使对手失误，这也成为职业选手的一大利器。

2.3 在下旋球中的应用分析

下旋球的特点球过网时很低，既能打出较深的球又能打短球，落点容易控制，打球省力，控制范围大，稳健准确，球落地后弹起也很低并伴有回弹现象，由于下旋球队速度不是很快，所以其缺点是攻击力量不大。如图7可以看出，要使球有向下旋转的方向，击打球时击打点方向应是朝下的。如图8所示，如果击打球的力与F2在同一条直线上，则此时的力的大小与方向都与（F2）相等。此时球只有向下的旋转，没有向前的动能，这时球不能打到对方场地，如果击打球的力 与（F1）在同一条直线上，则此时的力的大小与方向都与（F1）相等。此时球向前走，但由于摩擦的原因球也有向下速度，但这时球的飞行路线是朝前下方，击打出去的球会被网带拦住。

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

3 对冲量定理中两个因素力（F）和时间（t）在网球运动中作用的分析

3.1 对力（F）的分析

由I=F·t可知，F的大小取决于身体个环节的用力顺序正确并合理，以求达到动作的最优化，由于正手技术的动作由准备姿势、后摆引拍、击球动作（前挥击球）、跟进随挥四个部分构成。在探讨各环节协调用力时，首先要探讨用力顺序，要明确其动作结构特征，由运动生物力学可知，正手击球时运用的环节发力顺序为膝（弯曲和伸直）→转髋→转腰→手臂绕肩→肘伸直-内旋→转腕，所以击打球前在准备姿势中保持双腿分开、低重心，保持平衡的同时利用惯性规律；在起动或击球时，双腿屈膝蹬地，地面会产生反作用力，为身体提供爆发性的动力（F），由于网球绝大部分的技术都是线动量与角动量的相互结合，因此在准备动作期间，保持双肘紧贴身体，以便击球时产生更大的力（F）；人体肌肉如同弹簧一样，收缩时会积聚能量，击球前的准备阶段必须预张肌肉，击球过程中，大肌肉群的发力与小肌肉群的控制相互配合，不仅依靠手臂力量，而且必须借助全身的协调用力才能击出理想的球，有效调节身体个环节的协调用力，以获得最大的力（F）。

由冲量定理可知，I=F·t，要得到最大的F，必须使人体各个环节协调用力，达到各个环节发力的最优化，在发球技术中，力（F）的大小和方向尤为重要，一般情况下把发球技术分为准备、抛球和引拍、挥拍击球和随挥跟进阶段，再由生物力学分析可知，可以认为发球动作是一个协调链。人体协调链是指“体节的作用就像由一个环或身体的一部分产生的力量转换成一环套一环的链条系统”（格罗佩尔，1984）。这些环节的最佳协调（时机） 将允许从一个体节移至另一体节，有效地转换为全身的加速并阐述发球力（F）的来源并非依靠躯干和手臂产生的爆发力，而发球的爆发力的主要来源于腿部动作中的膝部的屈伸，正是这一动作产生的爆发力传递至整个链条系统。从而获得最大的（F），整个发球的发力过程为蹬腿→转髋→转体→手臂绕肩→肘部伸展—小臂外旋→转腕→随球动作和落地脚。

3.2 对时间（t）的分析

3.2.1 对正手击球中时间（t）的分析正手击球有几种，击球者想击打那种类型的球时要在击球前一定要有充分的准备，要先预判球的位置，脚步要提前到位，引拍充分，在击球时拍面与球接触时间要长。如果是击打上旋球，拍面与球接触时向前送的少向上提拉的多些，击球的部位也要注意。如果是平击球拍面与球接触时向前送的多，向上提拉的要少，这样才能有充足的时间“包裹”住球，击出快速稳定的球。

3.2.2 对发球技术中时间（t）的分析由于发球的种类多样，有上旋、侧旋、平击之分，所以在准备动作充分的前提下球拍与球的接触时间是关键的因素，发出旋转不同的球主要是靠手腕的转动和拍面的运行路经，所以在发球时眼睛要盯住球，在击打是通过手腕的动作和拍面的运行轨迹充分的“包裹”住球，延长拍面与球的接触时间，从而增大球的速度，同时也能很好地控制球的落点和角度。

4 注意事项

4.1 在训练过程中要注意身体协调链的完整，要使腿、腰、上臂和前臂力量的协调配合，可以使身体发挥出最大的力，应着重结合腰腹、腿等的爆发力辅助训练。只有这样，腿、腰、上臂的击球动作才能协调一致，产生“鞭打击球”的效果，遵循身体肌肉发力的正常顺序躯干带动上臂，上臂带动前臂，以发挥各关节点的加速作用，才能从整体上发挥人体的最大力量，提高击球时的速度。

4.2 在网球技术动作中，要发挥出最大的力，与运动员的爆发力有很大关系，所以发展持拍臂的屈、伸、内收和外展肌群的力量尤为重要，即在训练过程中要注意：（1）在速度不改变的情况下增强力量；（2）在力量不改变的情况下增强速度；（3）同时加强力量和速度。采用通过哑铃或杠铃片等器械，让上臂进行符合网球运动要求的屈、伸、内收和外展的速度力量训练，可迅速提高运动员上臂的爆发力，从而增加力。

4.3 训练时要注意掌握合理的击球时间和击球位置，一次击球后，应迅速放松，注意动作还原，为下一次击球做充分准备。这样才能增加击球前的准备时间，增加击球时的时间。

4.4 训练时要注意对球感的训练，这样才能准确判断球的飞行路经，并作出相应的技术动作。击球时眼睛要时刻盯住球，在击打的瞬间看准击球的部位，这样能保证在击球时能充分“包裹”住球，即增加击球的时间，又能保证击球时的准确性和稳定性。

5 结 论

5.1 通过对冲量定理智网球运动中的应用分析，得出了一个最佳的击球区域范围。

5.2 通过分析得出了，要使击球的速度和力量增加，必须增加力和击球时拍面与球接触时间。

5.3 通过对冲量定理的两个因素和进行分析总结出，要使在击球时力量增大和拍面与球的接触时间延长，就要充分发挥身体协调的作用，以达到最大的力，且要在击球时充分的“包裹”住球。

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1674-151X（2011）06-018-03

10.3969/j.issn.1674-151x.2011.06.010

投稿日期：2010-12-11

王新刚（1984 ～），硕士。研究方向：体育教育训练学。