我國部分優秀女子鏈球運動員投擲技術的運動學分析

劉昌亞 邰崇禧

摘 要：采用2臺JVC9 800高速攝影機，對我國6名優秀女子鏈球運動員的投擲技術進行拍攝和解析，并對投擲各階段肩軸角、髖軸角、鏈球速度變化、髖膝踝角量的變化等進行運動學分析與比較。研究發現：研究對象在旋轉過程中，肩軸角在右腳著地時呈現增大的趨勢，右腳離地時則呈現減小的趨勢；髖軸角在右腳著地、離地時均呈現增大的趨勢；旋轉中，鏈球每圈速度隨旋轉圈數增加而增加，但球速增量呈現隨旋轉圈數增加而遞減；在雙腳支撐階段的髖角增幅過大，單腳支撐結束右腳落地時髖、膝角較大，右腳離地瞬間髖角增幅明顯。

關鍵詞： 女子；鏈球；投擲技術；運動學；運動特征

中圖分類號： G 824.4 文章編號：1009-783X（2013）06-0551-05 文獻標志碼： A

Kinematic Analysis of the Throwing Technique of Elite Female Hammer Throwers in China

LIU Changya，TAI Chongxi

Abstract：Using 2 JVC9800 high-speed cameras，the present research recorded and analyzed the throwing technique of six female elite hammer throwers in China.The various stages and throwing shoulder axis angle，the hip axis angle，the speed of hammer，hip，knee and ankle angle changes are also analyzed from kinematic point of view.The results show that the shoulder axis angle of the subjects exhibits an increasing trend when the right foot is on the ground during rotation，while a decreasing trend when the right foot is off ground，that hip axis angle exhibits a increasing trend when the right foot is both on and off the ground，that the speed of the hammer increase with the increased number of rotations but the speed increase amount decreases with the increase in number of rotations，and that the hip angle increase is too large when both feet are in supporting position，while the hip，knee axis angles are comparative large when the right foot land at the end of the single-foot support，and there is significant increase in hip axis angle when the right foot is instantly off the ground.

Key words：women；hammer；throwing technique；kinematic；motion characteristics

收稿日期：2013-01-17

作者簡介：劉昌亞（1981—），男，江蘇徐州人，講師，在讀博士研究生，研究方向為田徑教學訓練理論與方法；邰崇禧（1952—），男，江蘇蘇州人，教授，研究方向為體育教學訓練的理論與方法。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取參加2010年8月全國田徑錦標賽暨亞運會選拔賽女子鏈球比賽前6名的運動員作為研究對象，運動員基本情況見表1。

1.2 研究方法

1.2.1 高速攝像與影片解析

采用2臺JVC9 800高速攝影機，對參賽運動員的投擲技術進行動態攝影測量，其中1臺攝像機架設在投擲圈正后方15.10 m處，另1臺攝像機架設在投擲圈右側12.80 m處，拍攝頻率為100 fps，拍攝擲鏈球從預擺到出手的全程技術動作。

采用Peak三維標定框架，三維框架的X軸正向平行于投擲方向，三維框架的重心垂直于投擲圈的中心點。運用德國SIMI-motion錄像解析系統，平均每人解析畫面502幅。采用漢納范（Hananvan）人體數學模型，經低通濾波對原始數據進行平滑處理，取得了有關的運動學數據。

1.2.2 數理統計法

采用SPSS 17.0統計軟件對解析結果進行統計處理，獲得各項指標的平均值、標準差，并與2012年倫敦奧運會女子鏈球冠軍利亞先科（俄羅斯）的相關參數進行比較分析。

2 研究結果與分析討論

2.1 旋轉及最后用力階段肩軸角的變化

肩軸角是兩肩關節中心連線在水平面的投影線與投擲方向橫軸構成的夾角，是決定鏈球方位角的主要因素之一[1]。通過拍攝圖像、曲線、數據的同步動態分析和表2發現，研究對象肩軸角在右腳著地時呈現增大的趨勢，即在方位角90°～180°之間呈增大趨勢（沿逆時針方向偏移），肩軸角在右腳離地時則呈現減小的趨勢，即在方位角270°～360°之間呈減小趨勢（沿順時針方向偏移），表明研究對象專項技術的穩定性不高，有待完善。而分析利亞先科的數據可以發現，其肩軸角在不同技術階段的變化波動很小，表明其專項技術的穩定性較高，也為其高速度的旋轉提供了重要保證。

表 1 運動員基本情況

2.2 旋轉及最后用力階段髖軸角的變化

髖軸角是兩髖關節中心連線在水平面的投影線與投擲方向橫軸構成的夾角，是影響鏈球方位角和肩軸角的重要指標[1]。通過拍攝圖像、曲線、數據的同步動態分析和表3發現，在右腳著地時髖軸角在方位角180°～270°之間有逐圈增大的趨勢，右腳離地時髖軸角在方位角270°～360°之間也有逐圈增大的趨勢，且均沿順時針方向偏移。而分析利亞先科的相關參數可以發現，其髖軸角在旋轉及最后用力階段的變化波動很小，與肩軸角變化呈現基本相同的趨勢。由此可見，我國運動員隨著旋轉的不斷進行，髖關節扭轉幅度不斷加大，表明我國運動員的專項技術仍停留在大幅度、慢節奏的傳統技術上；因此，以速度為核心，建立高速度、快節奏和適宜動作幅度的新型技術模式，已成為當前我國女子擲鏈球技術訓練中一個不容忽視的重要內容。

表 2 6名研究對象旋轉及最后用力階段肩軸角的變化

（°）

注：T1、T2、T3、T4分別表示第1圈、第2圈、第3圈、第4圈，O表示預擺階段，D表示最后用力階段，R↑表示右腳離地瞬間，R↓表示右腳著地瞬間，下表同。利亞先科的相關參數引自Regine，et al.Biomechanical Analysis of the Hammer Throw[J].Korea Institute of Sports Science，2012.下表同。

表 3 6名研究對象旋轉及最后用力階段髖軸角的變化

（°）

2.3 旋轉及最后用力階段鏈球速度的變化

從表4可以看出，在各階段中預擺階段球速增量最大。雖然研究對象預擺階段球速增量較接近，但增量最大的張文秀（13.90 m/s）與世界優秀運動員相比，仍有差距。利亞先科（77.13 m）在預擺階段鏈球速度為14.90 m/s，說明她在這一階段就能獲得較大的球速，這對提高運動成績起著非常重要的作用。預擺速度過慢，會造成在旋轉階段急劇加速，增加旋轉過程的難度且容易破壞其節奏；而預擺速度過快，則會由于運動員自身能力的限制，在旋轉過程中把握不好人體與鏈球的平衡，導致減速或不能順利完成投擲動作；因此，在技術訓練中，應在不破壞完整技術結構的前提下盡可能地增大鏈球預擺速度，這是增大旋轉速度和提高運動成績的有效途徑。

研究對象第1圈旋轉球速增量的個體差異很大，增量最大的是王崢（2.63 m/s），增量最小的是楊美萍，僅0.12 m/s，我國優秀運動員張文秀也僅為0.41 m/s，這說明國內運動員在技術和能力方面還存在著問題，未能使預擺時鏈球獲得的速度得以進一步提高。由于第1圈旋轉承擔著承上啟下的作用，其技術與能力對保持預擺階段已獲得的鏈球速度，以及以后各圈技術與球速的發揮，起著非常重要的作用，應引起足夠的重視。

第2圈是旋轉中球速增量最多的階段，研究對象在此圈的球速增量個體差異也較大。增量最大的楊美萍（6.22 m/s）與增量最小的楊筱虞（4.45 m/s）存在著1.77 m/s的差距。旋轉第3圈和第4圈的球速平均增量，研究對象呈現較明顯的逐圈遞減現象，王臘梅第3圈球速增量僅有2.12 m/s，說明隨著旋轉動作的繼續，運動員的加速能力逐漸減弱，并突出表現在第4圈球速增量上（1.14 m/s），也說明研究對象隨著旋轉圈數的增加，持續加速能力越來越弱；因此，極大地限制了最后出手速度的提高。分析利亞先科的有關數據可以看出，其第2、第3、4圈球速增量分別為2.70 m/s、3.30 m/s和3.90 m/s，說明她在旋轉過程中能夠持續加速，具有較強的保持與提高高速旋轉的能力，這是其取得優異成績的一個決定性因素。

表 4 中外優秀選手旋轉及最后用力階段鏈球速度變化一覽表

m/s

注：第1圈球速增量指右腳離地瞬間鏈球速度與預擺階段鏈球速度的差值，第2圈球速增量指右腳離地瞬間鏈球速度與右腳著地瞬間鏈球速度的差值，下同。

2.4 旋轉及最后用力階段踝、膝、髖角量的變化

2.4.1 右腳落地時踝、膝、髖角量的變化

前蘇聯著名教練員邦達丘克以庫茨涅索夫的研究結果為依據，在1977年通過對鏈球運動速度變化的研究發現，鏈球速度增長主要集中在雙腳支撐階段，在旋轉過程中應增加雙腳支撐階段下肢轉動的工作距離，這樣更有利于鏈球的加速[2]。雙腳支撐階段是旋轉過程中鏈球速度增長的主要階段，雙腳支撐階段是從右腳落地（雙腳支撐開始）起到離地（雙腳支撐結束）止；因此，本文選擇研究對象在這2個時相髖、膝、踝角作為重點進行研究（見表5）。

從肌肉的生物力學性能上分析，當單腳支撐結束右腳落地時，由于人體重力及慣性力等載荷力矩作用大于伸肌群的拉力矩，因此，伸肌群被拉伸并作退讓收縮；當膝關節達到最大緩沖時刻。上述兩力矩平衡，肌肉由退讓收縮轉換為等長收縮；隨著動作的進行，當膝關節的伸展力矩大于阻力矩時，肌肉才由等長收縮轉為克制性收縮[2]。

踝角為腳尖與腿跟的連線與小腿軸線的夾角，膝角為大腿軸線與小腿軸線的夾角。從表5中可見，在右腳落地時，研究對象左、右踝角呈現不同的變化，左踝角從第1圈至第4圈呈現先增后減的情況，而右踝角從第1圈到第4圈呈逐圈增大的現象。膝角的變化則呈現逐圈增大的趨勢。張文秀、王崢各圈的左、右膝角，較后幾名運動員略小，張文秀4圈的左膝角分別為124°、129°、132°和136°，右膝角分別為133°、137°、140°和142°，從整體上講，是本次研究對象中左、右膝角最小的運動員。

髖角為大腿軸線與軀干軸線的夾角。研究對象左、右髖角均值的變化則呈現逐圈增大的趨勢，其中后3名選手的髖角增幅明顯大于前3名選手，在旋轉過程中髖角和髖角增幅較小的是張文秀和王崢，其中張文秀各圈左髖角分別為158°、156°、163°和165°，右髖角分別為160°、155°、161°和165°。在第5屆世界田徑錦標賽上，國外優秀鏈球運動員右腳落地時的膝、髖角明顯小于本文研究對象[2]。在右腳落地時膝、髖角適當減小，更有利于肌肉進行退讓性收縮，從而發揮更大的肌力。

結合擲鏈球的運動特征分析，右腳落地時人體髖、膝角度較小，可使上體適度前傾，有利于增加人體與鏈球之間的旋轉半徑，進而加大鏈球運行距離。同時，身體重心高度的適當降低，有利于旋轉中的平衡和加速。由于研究對象髖角逐圈增幅較大，使得人體的旋轉半徑縮短，進而影響了球速的提高。從運動生物力學角度分析，在右腳落地時減小膝關節角度，還能增加施加于支撐面的壓力，從而獲得更大的支撐反作用力，保持較大的轉動半徑和良好的用力姿勢，拉長腰背部肌群的初長度，更有利于加長人體工作距離，充分發揮下肢關節的蹬轉力量。

表 5 6名研究對象右腳落地時踝、膝、髖角量的變化

（°）

2.4.2 右腳離地和出手時踝、膝、髖角量的變化

根據擲鏈球技術的特點，在旋轉過程中左、右腿用力方式各有不同。在雙腳支撐階段，左腿以屈、轉、伸的方式完成蹬地和支撐旋轉的任務，而右腿的主要任務是支撐，旋轉主要由小腿以蹬轉的方式來實現[3]。這是由于旋轉中鏈球離心力不斷加大而調整身體角量的結果，因此，必須結合膝、髖角一起來討論。

根據角動量定律，當運動員右腳著地后，就產生了加快旋轉的力矩，這將加快鏈球的旋轉速度。運動力學研究還指出，運動員雙腳支撐時，才能發揮出最大力量[2]。右腳著地時，地面產生的支撐反作用力作用于右腳，并通過踝、膝關節使下肢的動量能很好地傳遞到右側髖與軀干，加快髖和軀干的轉動，并有利于速度的轉換。

從表6可見，在右腳離地和鏈球出手的時相，左踝角從第1圈至第4圈基本上逐圈減小，在鏈球出手時又增大。因為左腳作為支撐旋轉腳，所以其踝角的變化趨勢基本大于右踝角；而右踝角從第1圈到第4圈基本上逐圈增大，在鏈球出手時達到最大。膝角的變化則主要呈現出逐圈增大的趨勢，其變化形式與右腳落地時相比略有不同，主要表現在左膝角4圈平均增幅大于右膝角。張文秀、王崢的各圈左膝角較其他4名運動員略小。在左、右髖角的變化上，同右腳落地時的情況一致，呈現逐圈增大的趨勢，且后幾名運動員左髖角逐圈增幅更大。研究對象中，左、右髖角和髖角增幅最小的是王崢，但她在最后用力時髖角增幅大于后幾名運動員。在旋轉過程中，如果運動員的髖角增大過快，身體后倒傾斜的程度也隨之加大，會減小鏈球的轉動半徑，進而降低鏈球運動速度，所以在旋轉中要控制髖角的增大，避免軀干過度后仰和傾斜。隨著旋轉離心力的加大，運動員容易出現伸髖現象，用腰部力量抵抗逐漸增大的離心力，其結果必然造成旋轉半徑減小和角速度損失，對順利銜接下一圈旋轉也會帶來不利因素，并導致旋轉直線性差、身體重心不穩、最后用力左側支撐動作不充分和身體傾斜等錯誤動作的出現，從而影響鏈球的出手初速度和出手高度。

表 6 6名研究對象右腳離地和鏈球出手時踝、膝、髖角量的變化

（°）

3 結論

1）在旋轉過程中，研究對象肩軸角在右腳著地時呈現增大的趨勢，右腳離地時則呈現減小的趨勢，髖軸角在右腳著地、離地時均呈現增大的趨勢。表明我國女子鏈球運動員掌握的專項技術仍停留在大幅度、慢節奏的傳統技術上。

2）研究對象預擺階段鏈球運動速度普遍偏低；在旋轉中，鏈球每圈速度隨旋轉圈數增加而增加，但球速增量呈現隨旋轉圈數增加而遞減的趨勢。表明研究對象隨著旋轉動作的繼續，持續加速能力越來越弱，極大地限制了最后出手速度的提高。

3）研究對象雙腳支撐階段的髖角增幅過大，單腳支撐結束右腳落地時髖、膝角較大，右腳離地瞬間髖角增幅明顯，這是導致球速增量小和影響出手高度的原因之一。

5 建議

轉變觀念，突破原有擲鏈球技術訓練指導思想的桎梏，創新技術訓練方法與手段。不斷完善我國優秀女子鏈球運動員的旋轉技術，適當延長雙腳支撐時間，加長鏈球運行距離，增大雙腳支撐階段鏈球運動速度和減小單腳支撐階段鏈球速度的損失。在單腳支撐階段，要有意識地利用雙腳支撐階段產生的鏈球轉動慣量，以左腳為軸積極旋轉，通過主動屈髖、屈膝使身體重心下降，充分伸展兩臂增大旋轉半徑，加速鏈球的向下運行，從而實現右腳的“早著地”動作。

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