鉛球最后用力階段動作的生物力學分析

徐玉華，邱 丹，徐麗麗

（北京體育大學研究生院，北京 100084）

鉛球最后用力階段動作的生物力學分析

徐玉華，邱 丹，徐麗麗

鉛球運動是一項既要求速度又要求力量的綜合項目,以力量為基礎，速度為核心。本文重點對鉛球最后用力階段的生物力學因素進行討論，得出一定的規律，以期對體育教學和運動訓練有一定指導作用。

鉛球；最后用力階段；生物力學

1 推鉛球最后用力階段動作

最后用力技術是推鉛球技術的主要環節,它直接決定著鉛球的最后運動成績。最后用力動作從左腳著地瞬間開始直到將鉛球推離指尖，整個過程包括推球前的蓄力階段和向投擲方向加速推球階段。滑步結束左腳積極落地, 球離手瞬間的身體姿勢是兩腿充分蹬直,髖向前頂，右肩高于左肩并盡可能地向前上方探出,手心向外,頭部后仰。

2 最后用力技術中影響運動成績的主要生物力學因素

2.1 鉛球的出手初速度

出手初速度是影響鉛球飛行距離的最重要因素。它主要由最后用力推鉛球的力作用于鉛球上的距離和時間決定，用力距離長而時間短，則鉛球出手的初速度就大。其次，利用滑步速度的能力也是影響初速度的重要因素。研究表明[1]，鉛球出手初速度的80% ～ 85%來自最后用力，15%～20%則來自滑步。最后用力的能力主要取決于運動員速度力量的發展水平和推鉛球技術的完善程度。擲鉛球的出手速度與運動員全身協調用力、動力鏈傳遞和投擲技術有關。隨著運動員訓練水平的提高，出手速度會發生明顯地變化，當達到一定程度或接近極限水平時就不會有增長。我國運動員鉛球出手速度平均值為12.803 ±0.15 m/ s。

2.2 出手角度與最佳出手角度

2.2.1 出手角度 出手角度是出手瞬間鉛球的瞬時速度方向和水平面之間的夾角。在不考慮空氣阻力的情況下，鉛球的飛行軌跡是由出手速度、出手角度和出手高度決定的拋物線。當鉛球的出手速度一定時，隨著出手高度的升高，其最佳出手角度呈小幅下降的趨勢。

2.2.2 最佳出手角度 當鉛球運動員的出手高度、出手速度一定時，有一個固定的出手角度能使鉛球推出最遠的距離，這個出手角度叫最佳出手角度。它與出手高度和出手速度有關。

目前，存在諸多形式的最佳投擲角度公式[4]，部分公式計算角度偏大，與實踐脫節，不能普遍適用。對于鉛球成績的影響因素，理論分析和實踐結果表明，出手角度是僅次于出手速度的重要影響因素。不同水平運動員投擲角度又存在很大的差異性。因此，選擇適合不同水平運動員的最佳成績和最佳投擲角度公式，具有重要的理論和實踐意義。

2.3 鉛球出手高度

鉛球出手高度對每名運動員都具有相對穩定性[5]。它主要取決于運動員的身高、臂長以及專項技術水平。我國鉛球運動員出手高度普遍偏低，在2004 年“菲普萊杯”全國田徑大獎系列賽（南京站）中， 男子鉛球比賽前六名運動員中出手高度最大的是 2.20 米，最小的才 2.11米，出手高度明顯低于世界優秀選手（ t =- 4. 503，P < 0.01）[6]。從身體形態來看，我國運動員的身高、體重、臂長等與國外運動員相比也存在著一定的差距，這6名運動員的身高沒有一個超過2 米，還有2 名不到1.90米。因此，從身體形態方面考慮這 6 名運動員就存在著不足，所以今后首先應當加強科學化選材。

3 最后用力技術中影響運動成績的其他因素

從左腳落地到身體形成側弓這一過程中，右手臂、上體和頭不主動運動，僅是依靠右膝的內扣、右腿的側蹬形成轉髖和送髖的最后用力準備姿勢。由于上體和頭的不主動轉動，軀干的扭轉使身體左側的肌肉群處于拉緊狀態，為最后用力和右腿蹬伸的動量向軀干和右手臂傳遞創造了有利的條件。

軀干形成側弓后，在左腿有利的支撐下，利用軀干肌肉的彈性反振作用，順勢轉肩伸臂完成投擲動作。在最后用力過程中，保持左腿的有利支撐非常重要，它可提高軀干繞額狀軸和垂直軸的轉動效率。假如左腿支撐面過早打破，身體的驅動力將會大大下降。保持鉛球在指尖出手能加長用力的杠桿（但是若手指缺乏足夠的力量，則放在指尖反會造成失敗）。左臂在最后用力中通過向上、向左、向下的擺動，起到協助身體完成左側支撐和加長推球手臂的用力距離的重要作用。髖部的柔韌性[7]。對推鉛球最后用力肌肉作功距離的影響明顯，髖腰部柔韌好表明腹內斜肌，腹外斜肌的伸展性好，扭轉動作大，肌肉作功距離大，對球的用力距離大，會加大鉛球的出手速度，從而增大鉛球的拋擲距離。

結合運動生物力學和鉛球專項理論可以進一步得到驗證，最后用力時的左腳蹬地將產生垂直和水平分力，水平分力指向側面，因而使運動員向前的運動減速。即在最后階段的力作用中，左腳阻礙了向前的運動，同時有利于人與鉛球系統質心的升高，從而產生垂直位移。在水平分力的作用下產生的水平位移與鉛球的遠度成正相關，而垂直位移則與鉛球的遠度成負相關[8]。

4 理論研究中忽略的問題

4.1 空氣阻力

根據 Young（1985）的計算[9]，當出手高度達到2 m，出手初速度14 m/ s時，無空氣阻力情況下投擲成績為 22.25 m，而在存在空氣阻力時要縮短 0.15 m，減少的比例為0.68 %。最佳角度為39.2°，空氣阻力使角度減少 0.13°，減少的幅度為 0.33%。得出結論，無空氣阻力時所得的理論值與有空氣阻力下的實際值相差不大。所以在研究鉛球運動軌跡時，我們可以忽略空氣阻力的影響。但是在室外比賽中會遇到刮風的情況，風速達到一定程度會對鉛球的投擲距離產生很大的影響，此時的空氣阻力不能被忽略。

4.2 出手差

出手差是指運動員在投擲時鉛球出手點投影距投擲圈內沿的水平距離(LO)。當投影在投擲圈內沿的外面時，可得出L0為正,在圈內面時，可得出L0 為負。抽取 11 名不同水平鉛球運動員的技術參數資料統計整理結果顯示[10]。出手差的范圍是 - 0.19～0.18 m。從資料統計中發現，優秀運動員出手差基本都為正值，較大時可以達到 0.18 m。

5 結論與建議

5.1 全面提高身體素質，全面身體素質訓練的不斷提高是提高專項運動成績最基礎的條件。

5.2 加強鉛球運動員最后用力完整技術的節奏訓練，注重整個動力鏈的傳遞，將全身的力量最后作用于手指，以提高鉛球最后的出手速度。

5.3 加強下肢力量訓練，提高下肢的動作速度，改善下肢的靈活性和協調性，增加髖關節的力量、柔韌性和靈活性。建立穩固的左側支撐，具有較大的作用距離，為鉛球的出手速度和拋擲距離創造條件。

5.4 利用組合訓練，安排適合于運動員的負荷、間歇、順序等，達到最佳的訓練效果。

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[3] Hubbard et al. The flight of sports projectiles[J]. Biomechanics in sports: Performance enhancement and injury prevention (Editor by Vladimir Zatsiorsky) Blackwell Science Ltd，2000：396.

[4] 王倩，周華鋒，劉茂輝，等.對兩名不同水平男子鉛球運動員投擲技術的生物力學分析[J].北京體育大學學報，2007，30（3）：404-406.

[5]吳曉堯，髖部能力對鉛球成績的影響[J].山西體育科技，2006，2（1）：135-137.

[6]盧德明. 運動生物力學測量方法[M].北京：北京體育大學出版社，2002：205 -208.

[7]郭國兵. 我國優秀女子鉛球運動員專項身體素質訓練水平與運動成績的研究[J].北京體育大學學報，2006（1）：141 -142.

[8]YOUNG W M. Maximizing the Range of the Shot Put Using a Simple Geomet rical Approach [J]. American J .phys.1985，53（1）：84.

[9]吳德州，張沛林，不同技術等級鉛球運動員最佳投擲角度的理論分析[J].新鄉學院學報(自然科學版)，2009，6（3）：79-81.

[10]張寶峰, 李風雷，旋轉推鉛球技術優勢的生物力學分析[J]. 首都體育學院學報，2006，3（2）：76-78.

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G824.1

A

1674-151X（2010）07-019-02

（北京體育大學研究生院，北京 100084）

10.3969/j.issn.1674-151x.2010.07.009

在質點運動學中討論過斜拋運動問題：將物體以一定的速度斜向上拋出，忽略空氣阻力，則仰角為多大時拋出的距離最遠？在中學物理中的答案是45°[2]。而實際上，推鉛球最佳的拋擲不同，鉛球的拋擲點不是在地面上，而是離地有一段高度，體育運動有關的指導書上給出最佳拋射角為38° ～ 42°[3]。我們上面所談到的最佳出手角度只是從理論上得到的理想結果，由于運動員肌肉用力的方式不同，它的最佳出手角度不一定適用于得出的理論值。

投稿日期：2010-03-30

徐玉華，在讀碩士研究生。研究方向：運動訓練學。