关于标枪项目中鞭打动作应用的研究

□ 姚建明 向渝（中国民航飞行学院体育部 四川 广汉 618307）

1 、引言

在进行某些体育项目的运动时，为了能够高质量的完成动作，常需要双臂或双足具有较快的速度。学者们把这种在克服阻力或自体位移过程中，肢体各环节依次加速与制动，使末端环节产生极大速度的动作形式称为“鞭打”。在体育运动中，很多项目中的身体动作都以这种“鞭打”形式展现出来，这被体育界认为是“鞭打动作”。上肢“鞭打动作”的应用如排球、羽毛球的挥臂击球动作，投掷标枪的出手瞬间；下肢的“鞭打动作”应用如踢球、游泳中的打水动作等。这一词汇解释了难以理解的某个肢体动作，并且形象的描述了运动员做动作的感觉，并且动作质量的高低是决定成绩优劣的关键。因此，这一动作被誉为掷标枪的灵魂。

2 、“鞭打动作”在标枪项目中的作用分析

“鞭打动作”的力学原理与抽鞭子的力学原理较为相像。抽鞭子时，手臂带动鞭子根部快速运动，然后迅速制动，使鞭子根部的动量向鞭梢传导。因为鞭梢较轻，所获得的运动速度较快，所以有了加速—制动—传递—高速这样一个过程。其理论基础可解释为动量传递的结果，质量较大一端的动能通过制动向质量较小一方传递，使质量较小一端获得快速的运动。人在运动中的“鞭打动作”是通过角动量在相邻关节间的传递实现的。主要是利用肌肉收缩力，使远端环节产生角加速度，而远端环节力通过肌肉收缩作用于近端环节，使其制动，在制动的过程中，近端环节的角动量传递给了远端，加上肌肉主动发力的过程，使得运动链末端环节产生极大的运动速度和打击力量。

2.1 、影响标枪运动成绩的因素分析

通过分析掷标枪的飞行轨迹发现其成绩取决于三大因素，这三大因素就是标枪参数、标枪飞行初始条件和环境因素。其中，标枪参数是指标枪的重心、质量等；标枪出手时初始条件主要是指出手速度、出手角度等因素；环境因素是指投掷时的空气阻力、气候环境等。

在标枪的参数及环境因素不变的情况下，我们只研究标枪飞行的初始条件对标枪飞行距离的影响，因为投掷运动是一种斜抛物体运动，投掷距离可以简单的用图 1来表示。

图1 斜抛物体运动轨迹

根据力学中斜抛物体方程式，可以计算出斜抛物体的理论飞行距离。

其中x是器械飞行距离，V表示器械出手的速度，θ表示器械出手角度，g代表重力加速度常量。

由此可以推知，决定x的因素有:V0、θ和器械的高度，而g为常量，且x与V0、θ成正比。要提高掷标枪的远度，就要在一定范围内、常量不变的情况下，提升器械的出手速度、出手角度以及高度这三个变量中的一个或几个，而具体要通过提升哪一个变量来提高成绩还需因人而异。如青少年标枪运动员，身高可能会提升，而出手速度也可通过专门性训练来提高，出手角度也会随着出手速度的提高而变化；而成年运动员的身高已基本固定，只能通过提高出手速度与角度的变化提升成绩。因此不管在青少年运动员训练以及成年运动员训练中，标枪的出手速度对成绩的好坏都会起着至关重要的作用。

2.2 、“鞭打动作”对标枪出手速度的作用

掷标枪是由多个动作组成的一个完整技术。由图2可知，助跑、最后用力对于标枪出手速度的影响最大。

图2 标枪运动基本过程

根据力学动量定理中：F T=M V（作用力×作用时间=质量×速度）可知，在质量不变的情况下，速度的大小决定于作用力与作用时间。

标枪完整的技术动作是冲量向动量的转换，所以符合上述公式。所以在标枪重量固定的情况下，其出手速度快慢取决于助跑与最后用力。而最后用力的大小主要取决于正确的助跑技术与“鞭打动作”质量的高低。在最后用力阶段的“鞭打动作”可以充分促进冲量向动量的转化，是助跑与最后用力的催化剂，良好的“鞭打动作”可以使运动员获得更大的出手速度。

2.3 、“鞭打动作”与超越器械的关系

标枪运动中的“超越器械”是在最后用力之前，身体经助跑以获得较快速度，使得髋部的运动速度超越了肩部，器械处于身面，并且身体扭紧，形成下肢在前，上体在后的倾斜姿势。它是标枪最后用力过程中瞬间所呈现的身体姿势，是“鞭打动作”的先驱。为了得到更大的投掷速度，充分的超越器械动作和紧随其后的“鞭打动作”需要完美的配合，两者相辅相成。在超越器械过程中，肌肉会产生弹性势能，而其能否迅速转化为动能取决于肌肉收缩转换的时间长短。其时间转换越短，转化动能的利用率越高。因此，运动员要经过长时间练习来尽量减少超越器械与“鞭打动作”之间的时间延误，最好能做到零延误。这样才能通过超越器械与“鞭打动作”的配合获得最大的出手速度。

3 、“鞭打动作”在标枪最后用力阶段的技术分析

以左脚为支撑脚为例，在助跑最后阶段的投掷步将要结束时，身体会依靠惯性继续向前，当身体重心越过支撑点时要快速进行“鞭打动作”。此时右脚由脚跟迅速过度到脚掌，同时进行有力的蹬地。紧接着左腿主动地向前迈步，左脚着地时进入制动，形成身体左侧的坚固支撑，这样就创造了右腿继续蹬转送髋的有利条件。此时右腿继续用力蹬伸，推动髋部超越肩部进一步向前移动，躯干部分以左侧为轴迅速转向投掷方向，使身体躯干部分肌肉拉紧，快速转动，投掷臂要转肩翻肘，正对投掷方向，形成“背弓”，如图3。此时支撑腿继续发力，挺胸向前，并向左腿转移重心，但投掷臂尽量留在体后。胸部做牵引使投掷臂上臂带前臂，肘部随运动逐渐弯曲，当肘部弯曲接近约90度时，右腿迅速用力蹬伸，被拉长的胸腹部肌群迅速有力的收缩，右肩带动投掷臂及手腕，依次做出“鞭打”动作。最后手指用力“拨枪”，使标枪从合理方向飞出。

图3 最后用力图解

图4 最后用力时身体各环节运动情况

图5 最后用力时身体各环节的速度变化

最后用力阶段是以右脚为起始，依次通过腿——髋——躯干——肩——肘——手的连贯动作将标枪快速掷出。从图4、5中不难看出，在最后用力阶段，身体各部位的连接和速度的转变符合生物力学“鞭打”原理：加速——制动——传递——高速。其中任何一个环节的加速无一例外的是通过前一环节的加速—制动来实现。这样才能保证人体动量向标枪的有效转移。

3.1 、“鞭打动作”的动量传递

人体“鞭打动作”是通过身体各环节间角动量的传递来获得末端环节的最大动量。身体内部某些环节的制动可以使角动量在体内快速传递与转移。“鞭打动作”中角动量的传递是通过相邻环节相互作用力产生的冲量矩来实现的。

图6 鞭打动作发力及关节角速度变化图

图6中F 1表示近端环节肌肉的收缩力，β1表示近端环节的角加速度。F 2表示远端环节的肌肉收缩力，当其作用于远端环节时，会对近端环节产生阻力使之制动，同时近端环节的动量向远端环节传递，使远端环节产生更大的角加速度β2。

根据上面的分析可知，在掷标枪的最后用力过程中（以右手为例），下肢左侧强有力的支撑使身体形成制动，从而使身体减速，加快了身体躯干部分和标枪的快速转动。根据动量守恒定律，在不受外力情况下，由人和标枪组成的“鞭打动作”的这个系统中的总动量是不会改变的，所以人体在系统中消耗动量越多，标枪所获得的动量就越大，所受的作用力就越大，这是系统的内部动量传递。

3.2 、“鞭打动作”的正确发力顺序

上肢“鞭打动作”的主要目的是使末端环节获得最大速度。为了实现这一目的，身体各环节要尽力的向投掷方向运动，并且需要协调配合。所以，运动员在做“鞭打动作”时，各肢体的运动形式必然表现出一定的配合特征，即时序性。

根据“鞭打”原理，手臂动作由一系列相互独立的动作组成，其力学原理要求是:加速——制动——传递——高速。“鞭打动作”的用力顺序是在超越器械动作的基础上，右腿迅速而有力的蹬地，从而推动髋关节向投掷方向转动。从而使上臂做水平内收动作，在上臂外展90°时，肘关节会得到一个向前的运动速度。之后，肘关节伸展并制动，使腕关节得到一个向前的运动速度。在肘关节没有完全伸展的时候，上臂开始做快速旋前动作，这一动作一样会使腕关节得到一个向前的运动速度。最后，腕关节快速而连续的做屈曲动作，最终使器械所得到的向前速度在出手前达到最大。由此可见，运动员在做“鞭打动作”时身体各环节遵循“躯干向前拧转→上臂内收→肘关节伸展→上臂内旋→腕关节运动”的活动顺序。这个用力顺序不仅可以使全身大部分肌肉参加工作，而且保证有较长的工作距离。需要注意的是，传统理论认为，上肢关节活动遵循“大环节带动小环节的依次加速运动”运动形式，即表现为“肩——肘——腕”的活动顺序。但是传统认识的运动顺序原理在三维条件下是不正确的。环节运动的顺序应该与支配关节的肌肉力矩大小有关，肌肉力矩大的运动形式先于肌肉力矩小的产生运动，即产生肩——肘——肩——腕的运动顺序。

4 、启示

本文通过研究“鞭打动作”在标枪项目中的作用，发现正确的“鞭打动作”可以提高掷标枪的出手速度，从而有效的提高掷标枪的成绩。本文还对“鞭打动作”在最后用力阶段进行了技术分析，阐述了“鞭打动作”身体各环节如何进行动量传递，以及身体各环节正确的发力顺序。综上所述得出以下启示：掷标枪在最后用力时的超越器械与“鞭打动作”必须配合娴熟，尽量减少两者之间的时间延误。且高质量的“鞭打动作”能够成为标枪项目取得优异成绩的关键。希望本文能够对该项目的运动员提高成绩以及教练员教授技术发挥积极作用。

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