费德勒直臂鞭甩动作技术原理的运动学分析

李 康，李儒新，冯明丽

通过对世界顶尖运动员罗杰·费德勒开放式击球技术的APAS成像观察及解析，获取上肢直臂鞭甩技术动作的运动学参数，进行运动学分析，以阐明直臂鞭甩技术原理，验证该项动作技术的合理性、科学性和先进性。比较分析该技术的引、挥、随三个动作阶段，并结合生物力学知识，阐述该技术动作的击球原理和技术关键在于全身协调用力和加强大臂及腕关节小肌群快速收缩的爆发力，为优化运动训练方案，改进运动员技术动作提供理论根据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

世界顶尖网球运动员费德勒开放式击球技术及其相关运动学指标参数。数据参数源自费德勒2007年澳网男单半决赛比赛录像。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

查阅APAS分析、运动学解析等方面的文献资料。

1.2.2 调查访问法

前期资料搜集阶段通过面访、在线交流等方式了解数位运动生物力学、体育统计学资深人士及部分教练员、运动员对研究问题的观点和建议，为研究提供数据信息支持。

1.2.3 录像及APAS解析法

通过对世界顶尖运动员费德勒的比赛录像进行数字化处理，获得所需的关节速度、角度、角速度、加速度等运动学参数。

1.2.4 数理统计法

运用SPSS19.0社会统计学软件处理所获原始数据。

2 结果与分析

2.1 研究内容与所涉及变量

通过APAS及录像逐帧定相，观测到在费德勒挥拍的顶部，球拍速度达6.9 mph；从重心下降到最低点的摆动加速后，球拍速度达24.5 mph；挥拍最后阶段，肘角呈180°，前臂肌肉预拉伸，速度经肩部传递到球拍，球拍速度达71.1 mph。

2.2 开放式直臂鞭甩击球技术的优势

开放式直臂鞭甩击球技术对上肢肩关节肌肉群的爆发力和身体的协调性要求较高。高水平运动员较高频率地采用这种技术，通过调整击球时间点、发力方向，能够增加落点范围，更加有效地隐蔽击球意图，增强战术实施的有效性。

2.3 直臂鞭甩技术动作各环节的配合

2.3.1 各环节的动作时序

运动员在做技术动作时，各肢体环节的运动形式和运动时机必然表现出一定的配合特征，即时序性[1]。研究开放式直臂鞭甩击球动作各环节运动时序，发现该项技术动作符合人体关节活动顺序原理，符合鞭甩动作的要求[2]。

2.3.2 各环节速度特征

比较开放式直臂鞭甩技术各关节速度数据，发现速度在由肩向球拍递增的过程中，肩关节、肘关节速度均较低；但传递到球拍的速度极值却陡然增加(差异显著P<0.05)[3]。究其原因，一方面是由于能量转移到击球臂，以及前臂肌肉的预拉伸造成动能储存，在击球阶段，腕关节预拉伸肌肉群参与运动，产生加速力，使球拍速度经腕关节传递后陡然增加；另一方面，由于直臂鞭甩技术动作肘角成180°，挥拍半径达到极值，肩关节速度值与腕关节速度值差异显著(P<0.05)，符合旋转角速度原理以及角速度矢量叠加原理。两个方面导致球拍加速度增加[4]。

2.4 直臂鞭甩技术动作各环节的运动学分析

2.4.1 肩关节与肘关节的运动

开放式直臂鞭甩技术的引拍动作是伴随着向球侧转体，肩角呈增大趋势，肘部与肩部同时向后移动，至引拍结束，始终做外展和旋内的运动。

2.4.2 下肢关节与髋关节的运动

上肢做引拍动作时，发力腿的踝关节和膝关节在髋部带动肩部180°转动的同时弯曲，使身体重心下移，便于引拍结束挥拍动作开始时从踝关节、膝关节至髋关节依次协调发力，将动量传递到上肢。

2.4.3 颈关节与上臂的运动

引拍至挥拍击球整个过程，颈关节的旋转与上臂运动的方向相反，由离至合，至击球瞬间，颈关节制动，上臂加速前挥。

2.4.5 肘关节与前臂的运动

肘关节在引拍阶段，关节角度变化平缓；挥拍开始，角度变化陡增，直至上臂与前臂成直线，角度接近180°；至击球时，随挥动作开始后，角度骤减。

2.4.6 球拍的运动

引拍至挥拍触球的过程，是下肢踝关节、膝关节和髋关节依次拉伸肌肉积蓄势能的过程，是上肢肩关节、前臂和腕关节依次拉伸肌肉积蓄势能转化动能的过程。在挥拍阶段，腕角经历了逐渐减小的过程，至挥拍触球手腕外展接近生理解剖极限。根据网球运动的击球原理，在加速度相同的情况下，加速距离越长，球拍所能达到的瞬时速度越快，越有利于提高击球的速度与旋转。根据动量定理公式，Ft=m(v1-v0)，为增加末端环节的运动速度，要求在发挥最大肌肉收缩和动作速度的前提下，延长力的作用时间。在触球瞬间，身体前倾重心随球前移，球拍的击球速度达到峰值，球拍作用于球的推送力贯穿整个击球过程。触球后的随挥动作，球拍速度骤减。

3 结论与建议

3.1 结论

1)直臂鞭甩技术由于肘角呈180°，手臂和球拍完全伸直减少了挥拍过程中速度的损耗，更利于提高击球速度。2)直臂鞭甩技术通过肩关节、肘关节、腕关节的速度递增和积累，使末端球拍速度最大化，符合人体运动鞭打动作的要求和各关节运动顺序性原理。3)直臂鞭甩技术更加有利于增加挥拍击球时对击球目标的挥送程度，提高击球的深度和准确性。

3.2 建议

1)直臂鞭甩技术与当前主流正手开放式击球技术的显著区别在于肩角、肘角和躯干转角的差异，由于肩角比常见的技术动作要大，所以要加大身体的旋转角度和速度以增加击球的稳定性。2)在直臂鞭甩技术的后半程，可通过肘关节肌肉群发力，调整击球方向和速度，提升战术的隐蔽性。3)重视与加强全身各环节的协调性训练及肩部肌肉群爆发力训练。4)对直臂鞭甩技术要进行针对性训练，以体会技术差异。

[1] 刘 卉.上肢鞭打动作技术原理的生物力学研究[D].北京：北京体育大学,2002.

[2] 鲁 波.网球开放式正手击球的生物力学分析[J].当代体育科技,2012(2).

[3] 张胜影,徐 伟.世界优秀网球运动员正手击球技术特征分析[J].湖北体育科技,2010(1).

[4] 杨海兵.世界优秀男子单打网球选手三项指标的研究[D].北京：北京体育大学,2009.

[5] 马 威.快速力量对网球正手击球动作速度影响的实验研究[D].大连：辽宁师范大学,2009.

[6] 赵静茹.网球运动员正手击球动作过程的肌电分析[D]. 北京：北京体育大学,2010.

[7] 彭承基.提高网球击球技术的生物力学分析[J].北京体育大学学报.2000(2).