從力學的角度分析網球正手抽球

吳松偉,張集彩

(1.孝感學院體育學院湖北孝感432000;2.孝感學院新技術學院,湖北孝感432000)

從力學的角度分析網球正手抽球

吳松偉1,張集彩2

(1.孝感學院體育學院湖北孝感432000;2.孝感學院新技術學院,湖北孝感432000)

從力學的角度對網球正手抽球作力學分析,對于不同旋轉的球,所采用的擊球動作結構應該有一定的變化,整個抽球效果與拍面的開合程度、揮拍速度、超越器械程度及前送的距離有一定的關系。

網球;正手抽球;力學

現代網球是一個崇尚力量與速度的運動,網球運動中正手抽球技術是重要的得分武器之一,也是最重要的技術之一。一名球員水平的高低,是否穩定很大程度上取決于他的正手抽球效果,效果好可發揮全身之力,擊球威力大,進攻的點位多,并且穩定性高,所以很多球員都盡最大努力側身用正手抽球進攻。雖然正手擊球相比其他擊球方式在力量和穩定性上有相當大的優勢,但如果把握不好,同樣會造成主動性失誤,給自己的信心造成很大的打擊,因此對正手抽球進行力學的分析,了解不同來球的受力特點就顯得尤為重要了。

1 網球接觸球拍瞬間的受力分析

在網球運動中,我們把打出的帶有旋轉的球叫做旋轉球。球在實際飛行中絕對不轉的球幾乎是沒有的,但通常我們只是把旋轉很少的球,稱為不轉球,一般情況下我們打出去球按旋轉方式分兩種,一種是上旋球,一種是下旋球。

我們先看一下旋轉球在接觸球拍拍面的受力情況,如圖1、圖2所示,球接觸球拍的瞬間,網球受到三個力:自身的重力G、球拍給球的支持力FN、球拍給球的摩擦力f。

為了能更好地說明問題,我們先假設:兩種旋轉球碰到球拍的瞬間拍面都垂直地面,且拍面靜止不動,來球球速相等,因此可得球拍給球的水平方向支持力是相等的:地FN1=FN2=FN,那么圖1中球受的水平方向的力與圖2中球受到的水平方向的力是相等的,同為FN,圖1中垂直方向所受的合力為F1=G-f1;圖2中垂直方向所受的合力為F2=G+f2。

圖1 上旋球受力分析

圖2 下旋球受力分析

根據矢量的平行四邊形法則,可以確定球所受合力的方向。

由(1)式和(2)式可得圖1的反射角大于圖2,即θ1>θ2。

這就說明觸拍后下旋球較上旋球著地快,這也是實際擊球過程中抽擊下旋球時更易下網力學原理所在。但是我們可通過兩種方法改善這種狀況:第一,抽擊下旋球時球拍拍面相對于上旋球開一些,相應地就抵消了垂直方向的部分摩擦力;第二,增加抽擊下旋球的揮拍速度,也就是說大于抽擊上旋球的揮拍速度,相應地增加水平方向的支持力。

在一般情況下,網球經地面反彈后,上旋球速度明顯要快于下旋球的球速。因為球體的旋轉,故在球碰撞到地面后受到地面給予的水平方向的沖量,從而使球獲得水平速度的增量△V,設球反彈后速度為V1,如此在水平方向,球碰撞地面后的球速為:

而下旋球反彈后的水平速度則為:

所以V上旋x>V下旋x,這就是落地后水平方向上的速度上旋球快于下旋球的原理所在。

因此在擊打下旋球的揮拍速度上更應該快于上旋球才能創造出相對接近的支持力。在抽球過程中,為使擊球效果在力量與穩定方面都達到一個較佳的狀態,從擊球動作結構來說,對于不同旋轉的來球,抽球的動作結構要適度變化,也就是上面我們所提到的,抽擊下旋球時相對于上旋球拍面要開些,抽擊的速度相對于上旋球也要快些,這樣才能夠達到較好的擊球效果,也大大提高了擊球的穩定性。

2 網球拍碰撞球前的力學分析

假設球拍的質量為m,受到恒力F的作用,其加速度也是不變的,t1的時速為V1,t2的時速為V2,力持續作用于球拍的時間△t,則有:

一般情況下,在我們向前揮拍的運動中,對球拍所施加的外力通常是變力,則有

(5)式和(6)式中左邊為球拍受到的沖量,右邊為球拍動量的增量,所以球拍的動量的增量等于它所受到的沖量,這就是動量定律。通常我們為了制造球速,需要給球很大的沖力,這個沖力是通過球拍傳遞給網球的。那么我們必須在球拍碰撞網球前給球拍制造出盡可能快的速度,也就是給球拍制造盡可能大的動量。從(5)式與(6)式中,我們可以看出球拍動量的增量只取決于它受到的沖量。

為了使球拍獲得較大的沖量,需要給球拍施加盡可能大的作用力F,同時還要延長力對球拍的作用時間△t。然而在實際運動中增大作用力與時間常常是矛盾的,其原因是在于肌肉的收縮力量與速度呈非線性反比關系[1]。即力量增大以減少球拍的速度為代價,因此在實際操作中我們通常采用的方法是在保證發揮盡可能大的肌肉力量的同時,通過延長力的工作距離來增長力的工作時間,也就是要求在最后用力前使身體盡可能地超越球拍,從而保證力量的同時又增加了力的作用時間,使球拍獲得較高的沖量。

網球的正手擊球中(以右手持拍為例),從引拍結束,準備向前揮拍,向前跨出右腳,也就是我們經常說的開放式擊球動作,身體迎上去向前擊球,頂髖內旋,使髖部肌肉充分拉伸,提高髖部肌肉興奮性,有利于增大肌肉力量;伴隨著身體的扭轉,并依次帶動腰部肌肉、胸部肌肉、肩部肌肉、手臂肌肉的拉伸,以提高各個肌肉群的爆發式收縮力,同時延長最后用力的工作距離,從而延長力對球拍的作用時間,也就達到增大沖量,提高最后球拍的速度[2]。從提高球拍的沖量角度來說開放式擊球較其他擊球方式有明顯的優勢,換句話說,在網球的正手抽球中,開放式的擊球方式更有利于形成超越器械。

另外必須清楚的是動量定理是矢量式,沖量的方向就是速度增量的方向,但由于動量及沖量都是矢量,所以我們在增加球拍速度時,保持揮拍方向與用力方向的一致性,才能達到較好的效果。我們平時看到的有些球員看起來揮拍速度很快,然而擊出的球速度卻一般,并且還缺乏穩定性,原因之一就是他們忽略了沖量是有方向的。他們的揮拍在球運動的方向時間太短,創造的有效沖量實際太少。

3 球拍與球的整個碰撞過程的力學分析

我們先假設球拍與球的質量分別為m1與m2,球拍與球接觸的時間為△t,拍面與球相互作用的碰撞力分別為F1與F2,也是作用力與反作用力,F1與F2的大小是相等只是方向相反,故有F1=F2=F。設接觸前球拍與球的速度大小分別分V1與V2,且速度方向相反,碰撞后球的速度V3,球拍對球的沖量為F△t,運用動量定理可得:

那碰撞后球的速度為:

然而實際上,在球拍與球接觸的過程中,也就在△t時間內,球還受到來自于人所施加給它的作用力F′,設球所受合力為F合,在實際的整個擊球過程中,網球所受到的合沖量應該為:

從(9)式中我們可以看出在整個球與球拍碰撞的過程中,在球離開拍面前,我們盡力增大F′和△t兩個變量來增大球拍對網球的沖量。盡管同時增大兩個變量有一定難度,我們還可以通過在保證F′足夠大的情況下,通過延長球拍與球的工作距離來增加時間。在整個碰撞過程中,為了達到延長球拍對球工作距離的目的,我們應盡量通過能使工作肌肉充分拉伸的開放式的站住擊球,擊球過程中向目標方向前送球拍,同時重心跟進。另外值得注意的是,在球拍碰撞球的整個過程中要求持拍手緊握球拍,保證拍面穩定與扎實,以便更好地連續對球施加作用力,從而也更好地完成球拍與球之間動量的傳遞。

本研究雖然對網球抽球過程的主要環節,作了深入的力學分析,但由于影響抽球質量的因素還有很多,故本研究尚存在不足之處,尚需要廣大科研工作者繼續努力,以尋求一種更加全面、科學的方法,為正手抽球水平的改善提供一定的理論依據。

4 結論與建議

盡管影響正手抽球效果的因素很多,但從力學的角度分析正手抽球可得出結論:好的正手抽球的效果要根據不同旋轉的來球,適當調整拍面的開合程度及相應的揮拍速度;增加抽球力量時身體要加大超越器械程度及采用開放的擊球方式,碰撞球時握緊球拍,再加上身體跟進,前送球拍效果更佳。如果我們在平時的訓練和教學中堅持以上幾點,一定會取得明顯的訓練效果。

[1] 《運動生物力學》編寫組.運動生物力學[M].北京:高等教育出版社,2006:204-256.

[2] 王寶棟.初析網球運動中生物力學的應用[J].北京體育大學學報,2007(S1).

Abstract:From mechanical point of view,this paper analyzed tennis forehand drive.For different rotation to the ball,using the action structure is different,and its actions throughout the process of pumping the ball with the timing,speed,strength,and the former to send a certain distance relationship.

Key Words:tennis;forehand drive;mechanics

Analysis of Tennis Forehand Drive from Mechanical Point of View

Wu Songwei1,Zhang Jicai2
(1.School ofPhysical Education,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei432000,China;2.College ofTechnology,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei432000,China)

G804.66

A

1671-2544(2010)03-0102-03

2010-03-31

吳松偉(1977— ),男,河南鄭州人,孝感學院體育學院講師,碩士。

張集彩(1984— ),女,山東臨沂人,孝感學院新技術學院教師。

(責任編輯:鄒禮平)