我國優秀女子鉛球運動員鞏立姣投擲技術最后用力階段的生物力學分析

甄文華王念包蕾

（北京體育大學 北京 100084）

近年來，我國女子鉛球運動員鞏立姣的成績不斷提高，曾經在第11屆全運會投出了20.35m的個人最好成績。在2017年倫敦世錦賽以19.94m成績奪得金牌，并在瑞士蘇黎世舉行的國際田聯鉆石聯賽獲得冠軍，以及在2018年國際田聯鉆石聯賽上海站以19.99m奪冠。盡管如此，但這幾次奪冠的成績均未突破20m，與個人最好成績還有一定差距，這在奧運會上并不具備奪冠實力。對于影響優秀運動員的成績來說，除了在關鍵時刻心理因素的影響之外，更重要的是技術的發揮，穩定的技術是獲得優異運動成績的重要因素，當然技術動作存在問題，將會影響技術的穩定性。本文應用生物力學的測試方法，對鞏立姣的試投最后用力階段技術進行分析，了解技術特點，分析影響其成績的關鍵因素，為提高成績提供參考。

1、研究對象與方法

1.1、研究對象

本研究對象為我國優秀女子鉛球運動員鞏立姣（身高1.75m，體重110kg）。

1.2、數據采集

通過三維拍攝的方式獲取鞏立姣在2018年全國室內田徑錦標賽(北京體育大學)比賽中，共計6次試投的技術錄像。6次試投中，最好成績為19.53m，最低成績為18.87m，平均成績19.10±0.26m。

采用兩臺常速高清攝像機對鞏立姣完整投擲動作進行拍攝。拍攝頻率為60Hz，快門速度1/1000s。一臺攝像機置于投擲方向的后方，另一臺攝像機置于投擲方向的右側，兩臺攝像機主光軸的夾角約90°。在比賽前用PEAK輻射型三維標定框架對拍攝空間進行標定。另設4個地坐標以建立大地坐標系，X軸指向前（投擲方向），Y軸指向左，Z軸指向上，原點在投擲中心。攝像機擺放坐標系方向如圖1。

圖1攝像機擺放示意圖

1.3、數據處理

應用視迅運動圖像解析系統（北京體育大學）獲得運動員身體和鉛球共24個解析點的坐標。根據右腳落地、左腳落地或鉛球出手時刻對兩臺攝像機拍攝的解析坐標進行同步，并應用DLT法計算解析點在大地坐標系下的三維坐標。采用Butterworth低通濾波法對坐標數據進行平滑，截斷頻率為10Hz。根據平滑后的三維坐標進一步計算研究需要的角度和速度指標。本文將大腿與小腿間的夾角定義為膝角；軀干角定義為軀干長軸與水平面間的夾角；肩旋轉角定義為兩肩關節點連線繞垂直軸旋轉的角度，髖旋轉角定義為兩髖關節點連線繞垂直軸旋轉的角度，軀干扭轉角定義為肩旋轉角與髖旋轉角之間的差值，0°表示無差值，正值表示髖在投擲方向領先肩。

本文根據背向滑步技術特點，將鉛球出手前左腳著地到鉛球出手作為最后用力階段。

1.4/數據分析

應用皮爾森相關系數分析法分析鞏立姣各生物力學參數之間的相關關系，以探究影響鞏立姣鉛球投擲成績的技術因素。所有統計分析應用SPSS23.0完成，顯著性水平定義為一類誤差不大于0.05。

2、結果

最后用力階段時長以及左腳著地時刻速度參數如表1所示。最后用力時間平均為0.23s。左腳著地時刻重心速度平均為為2.58m/s，鉛球速度平均為2.86m/s,右髖速度、右肩速度、右肘速度分別為1.75m/s，2.21m/s，1.40m/s。相關性分析結果顯示，左腳著地時刻重心速度與左腳著地時刻鉛球速度呈顯著正相關（r=0.815,p=0.048），與左腳著地時刻右髖速度呈顯著負相關（r=-0.845,p=0.034），與其余參數的相關性不顯著（p〉0.05）。

最后用力階段出手時刻速度參數如表2所示，重心、鉛球、右髖、右肩、右肘的平均速度分別為1.18m/s，12.49m/s，1.29m/s，4.29m/s，9.35m/s。相關性分析結果顯示，出手時刻人體重心速度與最后用力階段時間呈顯著正相關（r=0.874,p=0.023）；出手時刻鉛球速度與最后用力時間呈顯著負相關（r=-0.869,p=0.025）。出手時刻鉛球速度與出手時刻重心速度（r=-0.773,p=0.071），出手時刻右髖關節速度（r=-0.699,p=0.122），出手時刻右肩關節速度（r=0.711,p=0.113）以及出手時刻右肘關節速度（r=-0.605,p=0.203）無明顯相關關系。

相關性分析結果顯示，最后用力階段時長與重心速度的變化幅度呈顯著負相關（r=-0.867,p=0.025），與鉛球速度變化幅度之間為顯著正相關（r=0.850,p=0.032）。重心速度的變化幅度越小，鉛球速度的增長幅度越大（r=-0.882,p=0.020）,右肘速度變化幅度與鉛球速度變化幅度呈顯著正相關（r=0.881,p=0.020）。在最后用力階段，身體重心速度降低，鉛球速度增大，右髖速度減小，右肩速度增大，右肘速度增大。

3、分析

最后用力對運動員的投擲成績有著決定性作用，各環節配合的好壞會影響最后用力的時間，最后用力的時間對成績也有一定的影響。本研究中最后用力時間平均為0.23s,六次試投之間時間相差不大,最好成績試投最后用力時長最短。葛青[6]等，2012年對鞏立姣技術的研究中顯示，鞏立姣最后用力時間為0.26s，要短于世界優秀女子運動員平均水平。李厚林[7]等人對第11屆全運會上鞏立姣20.35m個人最好成績試投中的最后用力階段時長測量為0.22s。最后用力對運動員的投擲成績有著決定性作用，各環節配合的好壞會影響最后用力的時長，最后用力的時長對成績也有一定的影響，在一定的加速距離內，加速時間短可以增大鉛球出手速度。

左腳著地時刻重心速度越大鉛球速度越大，這說明在最后用力階段初開始時，鞏立姣鉛球速度隨著重心速度的增大而增大。左腳著地時刻髖關節速度減小，重心速度增大說明左腿的及時制動可以有效的增加人體以及鉛球在最后用力階段開始時的速度。從左腳著地時的速度來看，重心速度平均為2.58m/s，盡管前五次試投重心速度相差不大，但第六次速重心速度最大2.85m/s，明顯大于前五次，說明這一次速度保持效果好，更有利于最后用力的加速。身體重心速度大于髖、肩、肘的速度，這是合理的，因為在左腳著地時，只是依靠右腳的蹬伸使身體向投擲方向側移，右臂還沒有給鉛球加速。鉛球速度平均為2.86m/s，最大速度為3.28m/s，鉛球速度大于重心速度，說明這一階段有提前對鉛球加速的現象。右髖速度平均為1.75m/s，第六次速度最小1.35m/s，說明此時髖還沒有積極轉動，有利形成合理的最后用力姿勢。右肩速度平均為2.21m/s，第一次最大2.77m/s，第三次最小1.67m/s，兩次相差較大。第一次速度大是由于在左腳著地時右腿蹬伸使身體持續向投擲方向運動，第三次速度小可能是因為右肩向投擲方向轉動，使軀干扭轉角減小，造成右肩速度大于右髖速度，這是不合理的。右肘速度平均為1.40m/s，右肘速度小于右肩速度，從環節的用力順序來說是合理的，因為此時主要依靠右肩主動用力將速度向右肘傳遞。此階段左腳著地時各環節速度變化由小到大依次為右肘—右髖—右肩—重心—鉛球，說明發力順序有不合理的問題。

從出手時刻的速度來看，重心速度平均為1.18m/s，比左腳著地時下降了1.4m/s，重心速度下降是因為在出手瞬間身體各環節的速度都已經傳到鉛球，這時最后用力已經結束，進入維持身體平衡階段。鉛球速度平均為12.49m/s，由于各環節的速度都傳遞給鉛球，所以鉛球速度是最大的，此時鉛球速度越大，成績就越好。右髖速度平均為1.29m/s，比左腳著地時右髖速度降低0.46m/s；鉛球出手瞬間的右肩速度的大小反映了運動員對鉛球持續加速的能力，此時右肩速度平均為4.29m/s，比左腳著地時高2.08m/s左右，說明上肢環節對鉛球持續加速的能力較強[5]；右肘速度平均為9.35m/s，比左腳著地時高7.95m/s。這個階段出手時刻各環節速度變化由小到大依次為重心—右髖—右肩—右肘—鉛球。

表1 最后用力階段時長和左腳著地時速度參數

表2 最后用力階段出手時刻速度參數（單位:m/s）

在投擲項目中，各關節用力應該符合人體生物力學原理，即關節活動順序性原理。在推鉛球最后用力階段，需要表現出大的運動速度，盡管各關節的肌肉同時發力，但是其中髖關節首先產生活動，依次是肩關節、肘關節，最后是腕關節。但在左腳著地時，有部分小關節的速度大于大關節，說明小關節提前加速造成的，違背了大關節帶動小關節的活動原理。正確的順序應該是右髖—右肩—右肘—鉛球，雖然在最后出手時刻符合這個原理，但是由于左腳著地時的不合理順序，可能會使某個關節的速度下降以達到最后合理出手的目的。

4、結論與建議

最后用力階段，左腿支撐能力有所提高，但右肩提前加速，造成環節用力順序不合理，建議加強右髖運動速度，增大軀干扭轉幅度，完善最后用力技術。另外，鉛球運動員上臂最大水平外展角度、上臂最大外展角度和出手時外展角、手屈動作開始時間以及出手時軀干姿態時影響鉛球出手速度的重要因素[8]，因此，在今后的研究中可對鞏立姣的上述參數進行討論分析，并于國外女子優秀運動員進行對比。