“旋转式”与“背滑式”加速蓄力阶段人-球系统运行速度对比分析

张庆来 魏永敬

摘 要：研究目的：通过对旋转式和背向滑步式兩种典型铅球投掷技术加速蓄力阶段“人-球”系统的运行速度进行对比分析，探讨两种投掷技术对铅球预加速能力的不同影响，为铅球项目的教学、训练提供理论依据。研究方法：采用美国APAS运动录像分析系统，对采用“旋转式”和“背滑式”的2名优秀男子铅球运动员的比赛录像进行三维运动学解析。研究结果：1）旋1“人-球”平均速度差（0.89±0.73）m/s低于旋2的（0.98±0.81）m/s，两者差异性无显著统计学意义（P=0.752，P>0.05）;背1平均“人-球”速度差为（0.28±0.20）m/s低于背2（0.38±0.10）m/s，两者差异性无显著统计学意义（P=0.204，P>0.05）。2）背1平均球速（2.30±0.22）m/s大于旋1平均球速（1.24±0.41）m/s;背2平均球速（2.52±0.18）m/s大于旋2平均球速（1.09±046）m/s，两者差异性均具有非常显著统计学意义（P=0.000，P<0.01）。3）“旋1”重心平均速度（2.13±0.49）m/s大于“背1”重心平均速度（2.01±0.31）m/s，但两者差异性无显著统计学意义（P=0.518，P>0.05）。“旋2”重心平均速度（2.07±0.47）m/s小于“背2”重心平均速度（2.14±0.15）m/s，两者差异性无显著统计学意义（P=0.671，P>0.05）。4）背1平均“人-球”速度差为（0.28±0.20）m/s低于旋1（0.89±0.73）m/s，且两者差异性具有显著统计学意义（P=0024，P<0.05）;背2平均“人-球”速度差为（0.38±0.10）m/s低于旋2（0.98±0.81）m/s，且两者差异性具有显著统计学意义（P=0.039，P<0.05）。研究结论：“背滑式”投掷技术比“旋转式”投掷技术在加速蓄力阶段对提升铅球运行速度更为及时和稳定，但随着旋转动作完成进入过渡阶段，“旋转式”技术的人-球系统的运行更稳固，铅球出手的增速能力更强。

关键词：旋转式;背滑式;人-球系统;加速蓄力

中图分类号：G804.6;G824.1   文献标识码：A  文章编号：1006-2076（2020）04-0082-06

Abstract：Objective： Through the comparison and analysis of the running speed of "man-shot" system in the acceleration and retention stage of two typical shot put throwing techniques， the paper discusses the different effects of the two throwing techniques on the pre-acceleration ability of shot put， and provides theoretical guidance for the teaching and training of shot put. Methods： the American APAS sports video analysis system was used to analyze the 3d kinematics of the game video of two excellent male shot-putter who adopted "rotary" and "backslide". The results were as follows： 1） The average speed difference of "man-shot" （0.89±0.73） m/s was lower than that of （0.98±0.81） m/s （P=0.752， P>0.05）. The average "man-shot" velocity difference of back-1 was （0.28±020） m/s， which was lower than back-2 （0.38±0.10） m/s. The difference between the two was not statistically significant （P=0.204， P>0.05）. 2） The average ball speed of back 1 （2.30±022） m/s is greater than that of back 1 （1.24±0.41） m/s. The average ball speed of back 2 （2.52±018） m/s was greater than that of back 2 （1.09±0.46） m/s， and the difference between the two was statistically significant （P=0.000， P<0.01）. 3） average velocity of center of gravity of "rotation 1" （2.13±0.49）m /s was greater than the average barycentric velocity of "back 1" （2.01±031） m/s， but the difference between the two was not statistically significant （P=0.518， P>005）. The average barycentric velocity of "rotation 2" （2.07±0.47） m/s was lower than that of "back 2" （2.14±015） m/s， and the difference between the two was not statistically significant （P=0.671， P>005）. 4） The average "man-shot" velocity difference was （0.28±0.20） m/s lower than the rotation （0.89±0.73） m/s， and the difference was statistically significant （P=0.024， P<0.05）. The average "man-shot" velocity difference between back 2 was （0.38±0.10） m/s， lower than that between back 2（098±0.81） m/s， and the difference was statistically significant （P=0039， P<0.05）. Conclusion： "Back-sliding" throwing technique is more timely and stable than "rotary" throwing technique to improve the speed of shot in the acceleration and retention stage， but with the completion of the rotation into the transition stage， "rotary" technology of the man-shot system more stable operation， shot speed is stronger.

Key words：rotary; back sliding ; man-shot system; accelerating accumulation force

現代铅球运动源于14世纪40年代欧洲炮兵投掷炮弹的游戏和比赛。综观铅球投掷技术的发展历程，从正面原地推球技术、侧向推球技术到背向滑步投掷技术，再到旋转式投掷技术[1]，运动员和教练员一直在探索科学合理的投掷技术，在有限的投掷空间范围内，不断增大对铅球的作用效果，提升铅球飞行远度。旋转式投掷技术最初盛行于欧美国家[2]，从近3届奥运会来看，男子铅球比赛中59%使用了旋转式投掷技术[3]，近年来随着我国体育科技水平的不断发展，旋转式投掷技术在我国男子运动员中使用比例逐渐增高，全国田径大奖赛前6名选手曾出现了50%的运动员采用旋转式投掷技术[1]，呈现出“旋转式”与“背滑式”两种投掷技术争锋的态势[1，4-5]。铅球远度主要取决于铅球的出手速度[6]，最后阶段用力对增大铅球出手速度的贡献率最大，以往李建臣[8]、董海军[9]、余章彪[10]、辛峰[11]、程方圆[12]、Landolsi[13]等学者针对铅球最后用力技术进行系统的生物力学分析。然而，铅球真正摆脱静止状态获得初步动量积累恰恰是通过投掷动作初期的蓄力加速过程，主要包括起滑、滑步（或旋转）以及过渡阶段。滑步技术在完整推铅球技术中至关重要[14-15]，人-球系统稳定性是滑步技术评价的关键要素[15]，身体重心与铅球质心的运动轨迹是评价滑步技术阶段人-球系统稳定性的直观指标[16-17]，本研究以“旋转式”和“背滑式”滑步阶段的人-球系统运行速度特征进行对比研究，旨在探索两种典型投掷技术预加速的表现特点。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以男子铅球加速蓄力阶段的“人-球”运行速度为研究对象。分析样本来源于全国田径大奖赛（淄博站）男子铅球比赛项目，对旋转式铅球运动员左××（右手投掷）和背向滑步式铅球运动员丁××（右手投掷）两次试投进行三维录像解析，基本情况见表1。

“人-球”系统是指铅球投掷获取预行速度过程中人体重心与铅球重心的相互关系[18]。本研究中的加速蓄力阶段是指“背滑式”的滑步阶段+过渡阶段与“旋转式”的旋转阶段+过渡阶段，均界定为右脚离地至左脚着地时相。主要任务是使处于静态的“人-球”系统进入动态而获得一定的预行速度，为最后用力阶段获得最大速度和形成最佳的投前发力姿势奠定基础。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过中国知网、维普期刊等中文数据库，Internet互联网谷歌学术镜像以及ScienceDirect、SringerLink等外文数据库，分别以“铅球”“滑步”“旋转式”“背向滑步式”“shot-put”“sliding phase”“back sliding”“rotational shot put”等中英文关键词进行检索，共检索论文80余篇，著作5部，通过阅读相关文献资料和近几年国内外铅球项目发展的赛事信息，对国内外铅球项目运动的现状有了较深入的了解。

1.2.2 三维录像解析法

使用两台日产索尼DCR-VX2100E型数码摄像机，对运动员现场比赛进行定点拍摄，两摄像机距投掷圈中心都为12 m，两摄像机主光轴夹角约为90°，机高1.2 m，拍摄频率均为50 Hz，比赛结束后在投掷圈内同时拍下爱捷001-A型三维DLT立体辐射框架，根据框架中“23”球中心指向“13”球中心的连线为X方向的要求，框架的放置使X方向正对投掷方向。采用美国艾里尔运动生物力学分析系统（Ariel Performance Analysis System， APAS）对所采集的运动录像进行人体各关节点的逐点逐祯点入解析，选用系统自带的美国丹姆斯特（Dempster）模型，经过数字化（Digitize）计算得到铅球投掷过程中的各环节运动学参数，采用低通数字滤波法对原始数据进行平滑处理，截断频率为6 Hz[1]。

1.2.3 数理统计法

采用SPSS19.0统计软件包对所得数据进行统计、计算，得出本研究所需数据，曲线图用Excel 2010完成，对比数据均以平均值（X）和标准差（S）表示。统计结果的差异性用P值表示，P<0.05为差异具有显著统计学意义，P<0.01为差异具有非常显著统计学意义。

2 结果与分析

2.1 “旋转式”加速蓄力阶段铅球、重心及人-球系统速度分析

旋转式投掷技术是以支撑脚为轴，通过身体低姿大幅度旋转，并配合摆动腿的“外摆画弧”动作[17]，快速提升“人-球”系统的共进速度，在最后用力前借助由下而上的超越用力，进一步发挥旋转结束时展体和转身所释放的动量矩，快速将角速度转换为铅球出手的线速度。其运动生物力学原理主要表现为：旋转动量=转动惯量 ×旋转速度（E =JW）[19]。外摆画弧动作除了可以增大转动过程中的转动惯量，还是一种“补偿运动”[20]，即人体在完成动作或维持姿势的过程中，当人体重心发生偏移，有失去平衡的倾向时，通过摆动肢体在一定的范围内“中和”重心不适宜移动，有利于身体平衡的恢复和促进动作顺利完成。

从表2解析数据统计分析可知，成绩较好的“旋1” 试投的平均球速（1.24±0.41）m/s高于成绩较差的“旋2”试投平均球速（1.09±0.46）m/s，但两者差异性无显著统计学意义（P=0.354，P>0.05）。从图1曲线分析，两次试投平均球速随时间变化轨迹非常一致，呈现先升后降的趋势，只是旋1试投最后时刻速度出现一个明显回升。旋1和旋2试投最高球速分别为173 m/s和1.63 m/s，均出现在加速蓄力的中后时段。旋1试投的平均重心速度（2.13±0.49）m/s高于旋2试投的平均重心速度（2.07±0.47）m/s，但两者差异性无显著统计学意义（P=0.735，P>0.05）。旋1试投最高重心速度为2.76 m/s，出现在中间时段，旋2试投最高重心速度为2.65 m/s，均出现在加速蓄力开始时段。两次试投平均球速随时间变化轨迹非常一致，呈现持续下降的趋势。从“人-球”系统内的铅球速度与人体重心速度差值来看，旋1平均“人-球”速度差为（0.89±0.73）m/s低于旋2的速度（0.98±0.81）m/s，但两者差异性无显著统计学意义（P=0.752，P>0.05）。

2.2 “背滑式”加速蓄力阶段铅球、重心及人-球系统速度分析

背向滑步技术简称“背滑式”，在通过滑步和过渡动作完成对铅球加速蓄力过程，是支撑腿（右腿）离地瞬间起滑开始到完成支撑腿和摆动腿（左腿）双支撑着地的动量积蓄过程。运动员首要任务是将处于静止状态的“人-球”系统进入动态运行，先以滑步获得一定的预先速度，进入双支撑过渡阶段后要力争将铅球所具有的动量尽可能多地传递到最后用力推球动作中，其条件是能够使整个身体姿势处于最佳的发力状态，这也是诊断运动员滑步与过渡衔接技术好坏的依据[21]。从表3和图2对两次试投的解析数据分析可知，成绩较差的“背2” 试投的平均球速（2.52±0.18）m/s高于成绩较好的“背1”试投平均球速（2.30±022）m/s，且两者差异性具有显著统计学意义（P=003，P<0.05）。从曲线图分析，背1试投平均球速呈现先升后降的趋势，最高球速2.64 m/s出现在中间时段，而背2试投平均球速为从高到低的下降趋势，最高球速2.89 m/s，出现在开始时段。背2试投的平均重心速度（2.14±0.15）m/s高于背1试投的平均重心速度（2.01±0.31）m/s，但两者差异性无显著统计学意义（P=0.253，P>0.05）。背1试投最高重心速度为242m/s，出现在中间时段，背2试投最高重心速度为234m/s，出现在开始时段。这说明背2试投预摆阶段较为积极，而滑步过程动作减慢，致使“人-球”系统速度呈下降趋势。从人-球系统内的铅球与人体重心速度差值来看，背1平均“人-球”速度差为（0.28±020）m/s低于背2（0.38±0.10）m/s，两者差异性无显著统计学意义（P=0.204，P>0.05）。李建臣[22]研究指出，我国优秀男子铅球运动员滑步阶段“人-球”速度差平均为031 m/s，世界优秀选手平均为0.15～0.2 m/s。从运动生物力学角度， 评定滑步优劣的一个重要标准是滑步中铅球速度与身体重心速度是否接近。滑步阶段要获得理想的 “人-球” 系统预行速度，两腿动作需要充分协调配合。左腿的摆动至关重要， 一是摆动力量和速度的增大可为右腿的蹬伸创造有利条件， 二是控制后摆过高导致的身体重心过度上移。对于身体重心速度与铅球速度差值较大的运动员来说，可以通过适当减小着地瞬间右膝角来提高身体重心速度， 从而更好地使滑步阶段铅球速度与身体重心速度越趋于接近。

2.3 “旋转式”與“背滑式”加速蓄力阶段人-球系统速度对比分析

无论是背向滑步投掷技术还是旋转式投掷技术，在最后用力之前都需要经过运动员的助跑完成对铅球的加速蓄力过程，但不同的投掷技术对“人-球”系统的作用形式有所不同。“背滑式”注重低、平、快的动作模式，其中“快”的含义是指摆动腿摆动迅速，蹬地腿蹬伸及时有力，摆动腿快速落地，铅球和身体移动速度快[17，25]。动作运行轨迹较短，姿势控制相对较容易。“旋转式”则注重肩轴绕支撑脚的转动效果，运用力学的转动定律，实现最佳的转动角速度，根据V=ωR肩轴的角速度越大则铅球获得的线速度也越大，旋转式投掷技术能够更有效地增加角速度ω，同时也加大了旋转半径R，从而增加了铅球出手速度 V，可有效提高投掷远度[6]。

图3和表4统计结果表明，在蓄力加速阶段“背滑式”两次试投的铅球平均速度均大于“旋转式”平均球速，其中背1平均球速（2.30±0.22）m/s大于旋1平均球速（1.24±0.41）m/s，背2平均球速（2.52±0.18）m/s大于旋2平均球速（1.09±0.46）m/s。两者差异性均具有非常显著统计学意义（P=0.000，P<0.01）;宫本庄等[23]研究表明，男子优秀铅球选手，背向滑步式滑步阶段的球速达到2.0～2.75 m/s，旋转式球速达到3.72～4.0 m/s，而在过渡阶段球速分别下降至0.9～1.0 m/s和1.4～1.5 m/s。其背向滑步铅球速度特征与本研究的结果吻合，而与旋转式的结果相差较大，说明本研究选取运动员的旋转技术还存在一定缺陷，没能把旋转式的加速优势体现出来。杨文学等[24]研究表明，采用旋转式推铅球和滑步推铅球这两种技术，在腾空和过渡这两阶段，器械的速度均有下降，旋转式铅球速度下降更明显。但通过最后用力阶段后，铅球的增速能力旋转式要优于背滑式，旋转式使铅球的增速达8～9倍，而背向滑步式使铅球的增速约4～5倍[23]。以本研究中成绩较好的两次试投来看，“旋1”过渡阶段末期球速为1.51 m/s，出手速度为12.06 m/s，铅球增速约为8倍，“背1”过渡阶段末期球速为2.09 m/s，出手速度为11.85 m/s，铅球增速为5.7倍。此结果与以往研究结论基本一致。

在蓄力加速阶段，铅球速度与身体重心速度是反映滑步技术质量的重要依据，它们相互联系又相互制约，铅球质心的速度是通过人体速度传递得到的，身体重心速度是铅球获得速度的前提[26]。表4统计结果表明，在滑步阶段运动员的重心平均运行速度相差不大，“旋1”重心平均速度（2.13±0.49）m/s大于“背1”重心平均速度（2.01±0.31）m/s，但两者差异性无显著统计学意义（P=0.518，P>0.05）;“旋2”重心平均速度（2.07±0.47）m/s小于“背2”重心平均速度（2.14±015）m/s，但两者差异性无显著统计学意义（P=0671，P>0.05）。由图4可看出，无论是“旋转式”投掷技术还是“背滑式”投掷技术在蓄力加速阶段重心速度都呈下降趋势，只有背1试投过程中重心速度出现先升后降的趋势。

从“人-球”系统内的铅球与人体重心速度差值来看，背1平均“人-球”速度差为（0.28±0.20）m/s低于旋1（0.89±0.73）m/s，且两者差异性具有显著统计学意义（P=0.024，P<0.05）;背2平均“人-球”速度差为（0.38±0.10）m/s低于旋2（0.98±0.81）m/s，且两者差异性具有显著统计学意义（P=0.039，P<0.05）。研究表明，起滑和滑步阶段人体和铅球的速度应保持高度一致性，身体重心速度曲线和铅球质心速度曲线具有高度的重合度[15]。本研究中旋转式投掷技术的蓄力加速阶段铅球平均速度与平均重心速度差值偏大。从图5曲线可看出，人-球系统铅球与重心速度差值显示由大变小，在18 ms时速度差接近零位附近，然后速度差又出现小幅增大，说明在起滑和旋转初期，运动员人-球稳定性不足，但随着旋转动作的完成进入过渡阶段，人-球系统逐渐趋于稳定。以旋1试投来看，此动作时相处于右脚着地瞬间，此时球速达到最大173m/s，而重心处于最低速度1.42 m/s，说明在进入过渡阶段前右脚支撑稳固，人-球系统的运行稳定，为最后用力创造良好条件。

3 结论

3.1 “背滑式”投掷技术比“旋转式”投掷技术在加速蓄力阶段对提升铅球运行速度更及时和稳定。

3.2 “背滑式”与“旋转式”投掷技术在加速蓄力阶段对推进身体重心运行速度的效果相差不明显。

3.3 “旋转式”投掷技术在起滑和旋转初期，“人-球”系统稳定性不足，但随着旋转动作的完成进入过渡阶段后，“人-球”系统比“背滑式”更稳固，铅球出手的增速能力要优于“背滑式”。

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