棒球投手投球動作的運動生物力學研究

李強

中圖分類號：G848 文獻標識：A 文章編號：1009-9328（2014）11-000-01

摘 要 以2013年第十七屆首都高校棒球錦標賽上場一線投手為研究對象，選取北方工業大學、清華大學的五名投手以及五名外援為優秀組，北京交通大學、北京理工大學、北京師范大學的十名投手為一級組。旨在探討首都高校棒球投手投球技術特點，為提高投手的投球技能提供參考。

關鍵詞 棒球 投球 圖像解析 運動學 動力學

對于一支棒球隊來說，投手是一支棒球球隊的靈魂，投手水平的高低是非常重要的，可以說，投手的水平左右甚至決定了一場比賽的勝負，亦是衡量一支球隊強弱的重要標志。以期引起有關學者們對于此領域研究的關注，為教學訓練提供數據參考和理論。

一、研究方法

（一）實驗對象與分組

以2013年第十七屆首都高校棒球錦標賽各參賽隊一線投手為研究對象，從中選取五名外援為優秀組，北方工業大學、清華大學的投手為一級組。

（二）技術資料的獲取

用一部JVCGR-DVL9800高速攝像機選取100格/s的拍攝速度對每一投手前三局的投快球動作進行平面定機拍攝，快門速度為1/250s，焦距、光圈調到最適狀態。攝像機放置在三壘板后面（左投手則放置在一壘板后面），攝像機主光軸對準投手板中心，鏡頭距投手25m，機高為1.25m。攝像機主光軸與投手板中心和本壘中心連線垂直。

（三）圖像解析

運用上海體育學院運動生物力學教研室SBCAS2圖像解析系統只對投手投快球動作進行圖像解析（從自由腳踏地瞬間前5幅到球出手瞬間后5幅）。選取每一投手3次投速最大的投球動作進行解析。采用四階低通濾波法對原始數據進行過濾和平滑。截止頻率為8Hz。

二、棒球投手投球技術運動生物學方面的研究結果與分析

（一）動作歷時對比分析

本研究中優秀組投手動作歷時為122.0±35.6ms，與國外優秀職業投手相對來說比較接近。而一級組為184.0±25.1s。一級投手與優秀組在動作歷時上存在明顯的差異。從技術資料中看出，一級組的投手伸踏過程中軀干過分后仰，導致在伸踏瞬間軀干不能快速旋轉，從而使投球動作不能夠在短時間內完成。

（二）身體質心運動學特征

在投擲過程中，運動員自由腳著地支撐時有力的制動和自身在通過投擲臂對器械施力于加速的過程中器械的慣性力（F=-ma，其中F為慣性力，m為器械重量，a為器械的加速度）與加速度反向作用于身體而使身體質心水平速度下降的效應，大大地提高了身體動量向器械的傳遞，使器械動量增加。由此而論，投擲動作中最后用力過程，運動員身體質心水平速度的下降是人體動量傳遞給器械的必然結果。

1.最后用力動作中質心水平速度變化

從技術分析角度來看，優秀組投手投球過程中所表現出來的共同點是身體質心移動比較平穩，且最后用力后身體質心水平速度下降率為42.6±14.5%，也就是說在投球的最后用力階段，對于質心水平速度利用情況較好；而一級組投手身體質心水平速度下降率為31.9±9.6%。

2.質心前移距離

現代投手不再強調投球瞬間質心的前移，而非常注重身體轉動的效果。因此在投球過程中一般跨步比較小，盡量不彎曲軸足的膝蓋，并且在球出手瞬間讓身體盡量下壓，以軀體的轉動來取代質心的前移。本研究中兩組投手投球過程中身體質心前移距離分別為29.4±10.3cm和39.3±12.3cm，一級組投手質心前移距離較大。

（三）軀干運動學特征

本研究中優秀組投手在自由腳踏地瞬間軀干處于前傾狀態，球出手瞬間軀干前傾角為34.7 ±7.2。而一級組投手在自由腳踏地瞬間軀干基本上處于后仰狀態，在球出手瞬間軀干前傾角為26.7°±9.3。出現這一現象的原因是：優秀組投手能夠充分借支撐腳為支點進行整體旋轉，伸踏與身體旋轉一體化；而一級組的投手則出現伸踏與旋轉的連續動作。

（四）自由腿膝關節運動學特征

Escamilla研究認為，在投球過程中，膝關節僅在肩關節達最大外旋前開始伸，然后一直持續到投球動作的結束。球出手瞬間，如果膝關節繼續作屈的運動，則會阻礙軀干向前旋轉從而導致投手投球時軀干僵直。優秀組投手在投球動作的前半段，自由腿膝關節屈，然后開始伸，并一直持續到球出手；一級組投手投球過程中自由腿膝關節角度變化主要表現出缺少明顯的伸展動作。

三、結論與建議

（一）優秀的棒手投手能夠有效的利用身體的旋轉獲動能，自由腿伸踏--身體旋轉同步一體程度較高，最后用力的動作節奏快；而一級投手表現出自由腿伸踏--身體旋轉依次連續動作特征，最后用力時間較長，動作節相對較慢；（二）優秀投手身體質心前移幅度相對小，伸踏腿的制動能力強，以有效地利用身體運動的運動量；一級投手身體前移幅度相對較大，大部分投手身體質心表現出明顯二次加速的特點，從而影響到球出手時的速度；（三）優秀投手依靠身體旋轉，形成良好的上肢鞭打，獲得較大的手腕部速度；一級投手更大程度的身體前移，上肢鞭打相對較差；（四）棒球投手訓練中應該加強伸踏腿的退讓能力訓練，提高最后用力的支撐能力；（五）技術訓練中要適當控制伸踏步幅，強調以身體旋轉帶前移，避免以前移為主要技術特點。

★批準號：2013JBM129。

參考文獻：

[1] 程正欣，張怡雯.棒球投手投球之生物力學探討[J].中華體育季刊.2008.22（2）：108.