基于定點投籃技術生物力學分析

馮磊 趙陽 濰坊市工程技師學院

投籃是籃球運動的關鍵技術，籃球運動的整個技術都圍繞投籃展開，因此居于戰略核心環節。本文以定點投籃的力學原理研究投籃動作的影響因子，可以幫助隊員更加熟練地掌握投籃技術要領，提高投籃準確率。還可為籃球的發展提供相應力學觀點作為參考。

一、籃球技術力學分析的理論觀點

田麥久從訓練學角度認為身體資位、關節角度10個方面進行力學分析，劃分細致，但有些零散理論性太強。胡亦海認為應從動力學和運動學兩個方面進行分析即可。籃球教科書中從籃球的進攻技術和防守技術分析，沒有從力學觀點進行分析。由于不同學者的研究體系、側重角度大不相同，本文采用運動學、動力學要點進行相應的分析，以此量化具體的動作指標。

二、籃球投籃技術生物力學分析

投籃是從一個位置單手或雙手將球投擲到另一個位置(籃圈)內的移動過程。本文根據籃球的技術從進攻技術中的定點投籃進行具體分析。

(一)定點投籃動力學分析

1.定點投籃的動力

陸愛云認為研究人體運動力學問題，首先要確定對象，在力學中確定的研究對象稱為力學系統。本文將人體看做一個力學系統，則與之相應的動力則是肌肉張力、韌帶張力、組織粘滯力、關節約束力。力學系統肌肉的發展與身體的動作姿勢相關，動力源自身體的各肌肉協調配合。定點投籃從整體來看，是人體供應動力完成相應動作的過程。包含出手的速度、出手角度、出手高度這三者的協調，當三者合力達到最佳，則符合籃球投籃的要素，即投中。因為人的身高在特定時期是相對穩定的，因此確定出手角度和速率便決定了投籃的準確性，當固定化的投籃角度后，掌控出手速率則成為動力點的核心。

2.定點投籃的阻力

阻力是相對于投籃動力而言，人體進行投籃時，一方面受球的重力，一方面則受支撐反作用力，最后球飛行過程中的空氣阻力。球的重力決定著球的垂直加速度，支撐反作用力來自人體對地面和人體對球施加的力，這兩個方面的合力得益于阻力，決定投籃質量。人體支撐所做的力要穩定且有質量，穩定的用力將會確保球出手的飛行路徑。空氣阻力影響著球的偏轉，如受到風速的影響。根據對學生投籃動作的觀察，發現近距離的投籃受風速影響相對較小，而遠距離的投籃效果越差。在不受其他外在因素影響的情況下，其阻力主要來自于空氣阻力。由以上三點確保籃球的穩定，主要來自投籃時，出手的穩定性以及空氣阻力。

3.定點投籃的力點

力點主要由人體骨骼肌與籃圈共同決定，投籃的準確性是運動員在場上某一點對懸空3.05米的籃筐這一固定點投籃的準確性，其實質在于人體力達手指，最終將球投出的完整動作。徐艷等人基于三維圖像解析投籃動作時，得到右手投籃時，右腳蹬地力量為左腳的三倍，右腳用力將會影響籃球的命中率。髖關節是否能夠做到充分伸展和立腰這將會影響投籃前期的身體姿勢，也是下肢力量能否充分有效傳遞的橋梁。肩、肘、腕的協調配合又是完成投籃動作的核心，當肩肘腕出手時所形成的合力在一條直線上時，對于肘關節的支撐提出更高的要求，適當的內收，保證手掌出手時其合力對準籃圈的瞄籃點，這是技術動作對身體姿勢和全身用力的要求。確保出手時球的運動軌跡與瞄籃點在一個平面，就確定了力點的方向。

4.定點投籃的肌肉

定點投籃首先是準備姿勢，此時全身用力的主動肌自下而上主要有腓骨短肌、長伸肌、股二頭肌、髂腰肌、背闊肌、斜方肌、肩帶肌、肱二頭肌、尺側腕伸肌、橈側腕短伸肌。這些肌肉在準備姿勢時處于屈肌狀態，下肢處于支持支配地位的主要是髂腰肌，上肢則是肩帶肌，為此，提高兩塊肌肉的力量可有助于身體的穩定性，投籃時，小腿三頭肌、臀大肌、股四頭肌、肱三頭肌、肩帶肌、肱橈肌、掌長肌等成為原動肌，我們可以發現小腿三頭肌、股四頭肌、臀大肌、髂腰肌為機體的伸展提供了良好的力量來源，為后續的投籃動作提供動力支持。肩關節的肩帶肌為投籃提供了強有力的支撐，而最終決定球出手后的角度取決于腕關節的控制力。

(二)定點投籃運動學分析

1.定點投籃動作軌跡

從物理學的角度進行計算，在投籃距離固定時，投籃的實質是一種對球的拋射。拋射的準確性來自出手的初速度，出手初速度的大小決定了球的運動軌跡。根據實際問題，我們會發現，當初速度較小時，要適當縮小出手角度；當出手的初速度大時，要增加投擲角度，這樣才能取得一個較為適中的平衡。變換位置的投籃中，距離球圈近的位置角度大于距球筐圓的位置。其次，球在空中飛得越遠，最佳出手速率和出手角度的微小偏差所造成的影響就越顯著，所以投籃的準確性也是隨投籃距離而變化。根據布恩對比賽中投籃準確性關系的研究，得出在距球籃0.91米投籃成功率是距球籃4.5米處的三倍，表明積極防守可以降低對方投籃命中率。因而，盡可能要近的進行投籃。

2.定點投籃角度

籃球的投擲角度高低決定了球的運動弧線，我們一般劃分為低弧線、中弧線和高弧線，王寶剛在籃球教學中罰球的生物力學分析中認為，投籃低弧線導致入籃角小，不容易投進，應采用中弧線的投籃。而美國學者詹姆斯·海在根據公式確立入籃范圍時表示，高拋射角度造成高入籃角度，這是好的，但它對出手要求較高，這一點又不如低拋射角度。在精密計算之后，46°是可能命中的最小角度，73°則大致代表比賽中可能用到的最大出手角度，而不是大多數課題中所主張的“中弧線”或“高弧線”拋物軌跡。

三、小結

通過對籃球定點投籃的生物力學分析，發現其動力來源于雙腳蹬地所形成的反作用力，形成于立腰、抬肘動作的完成，結束于出手時指腕的撥球；影響的外部干擾主要是空氣阻力；力點的關鍵在于髖、膝、踝、肩、肘、腕的密切配合；肌肉主要來自投籃時的原動肌牽拉，完成整個動作；近距離的投籃成功率高于遠距離投籃，呈非線性關系；出手角度46°—73°為最佳。