關于網球正手強上旋之間正面性和傾斜性兩種擊球方式的適用性

蔣克

摘要：本文首先對網球強上旋與弱上旋進行概念界定，然后分析了彈力和摩擦力在回擊過程中的各自功能，之后分析了正面性和傾斜性擊球在強上旋球回擊強上旋的“齒合”和“推送”過程中的適用性，最后分析了“推送”過程中傾斜性擊球拍面角度與上旋強度的關系。研究表明：（1）在“齒合”過程，對強上旋范圍內的各種強度的來球，不必拍面傾斜，用正面性擊球通過控制揮拍速度比可以實現齒合;（2）在“推送”過程，無法運用正面性擊球獲得強上旋，必須靠擊球點在球的后下方的拍面后斜的傾斜性擊球方式按照后斜斜度與上旋強度和推送的速度比的約束關系進行推送。

關鍵詞：強上旋;上旋強度;速度比;正向性擊球;傾斜性擊球

網球運動中正手上旋擊球同正手平擊球一樣是網球正手重要技術之一，而其中強上旋是在比賽中雙方常用的技術，關于上旋球的研究，在查閱到的現有資料中，彭承基從動力學角度界定了網球的各種旋轉球并分析了各自落地彈起特點及應對時動作要點[1]，孫言銘等從運動學的角度對上旋球技術特征進行了分析[2]，趙世壯等人研究了握拍法對上旋球擊球效果的影響[3]。不同于文獻[2]的運動學分析方法，本文在文獻[1]的強上旋定義基礎上，運用動力學研究最高點強上旋回擊強上旋過程中兩種不同拍面迎擊方式的適用性，力圖為網球正手的強上旋研究提供參考。

一、強上旋的概念界定

網球上旋球的轉動角速度方向垂直于平動速度指向的左側（右手螺旋關系），如圖一所示。上旋可分為弱上旋和強上旋。若用表示平動速度平行于地面的分量，稱的上旋為弱上旋，的稱為強上旋[1]，為了定量分析的方便，定義為上旋強度，則弱上旋的上旋強度小于一，強上旋的上旋強度大于一。

二、回擊力來源和各自功能分析

回擊力是依靠彈力和摩擦力提供的。下面結合圖二分析其各自的形成和功能：

首先分析彈力。回擊過程中，球和拍網碰撞引起球和拍子的網面形變從而產生彈力，彈力分布在接觸面上各處，根據對稱性，其合力的方向如圖二所示是與接觸處的網面垂直并過球心，因為形變的量是變化的，所以這里講的彈力指的是合力的平均，下面簡稱彈力。拍面和球相對運動的平動速度越大，球和拍面各自形變越明顯，彈力就越大。彈力是過球心的，不產生相對質心的力矩，因此其功能是只改變球隨質心的平動，不會直接性的影響球的轉動，但因為正壓力正比于彈力，而摩擦力在球與拍面相對運動中又是正比于正壓力而且不過球心，因此彈力可以通過對摩擦力的影響間接性的影響球的轉動。

其次分析摩擦力。回擊過程中，揮動著的拍面和旋轉著的來球之間有相對運動或相對運動趨勢從而會產生摩擦力，球和網面接觸處的摩擦力方向與相對運動方向相反并與接觸處相切，根據力的合成及對稱性，摩擦力的合力為如圖二所示的。形變越大，彈性力越大，使得摩擦力越大，因為彈力是變化的，摩擦力也是變力，這里所謂的摩擦力也是指平均摩擦力。在影響球的平動與轉動方面，由于摩擦力不過質心，可等效看作為一個過質心的力和力耦，因此其功能是既能夠改變球的轉動狀態，也能夠改變球的平動狀態。

三、正面性擊球方式下迎擊強上旋球的力學分析

網球正手技術包含“準備姿勢”“后擺引拍”“揮拍擊球”和“隨揮跟進”四個動作環節[4]，球拍拍面和球的接觸是在“隨揮跟進”環節，本文正是針對這個過程研究。本文將拍面與來球平動方向垂直的擊球方式稱為正面性擊球，將拍面不垂直于來球方向的擊球稱為傾斜性擊球。為了便于細致分析，本文將“隨揮跟進”過程進一步細分為“齒合”“轉向”和“推拉”三個過程。其中“齒合”過程是指來球和拍面之間由接觸時具有相對運動到后來仍然接觸但既無相對平動又無轉動的拍子與球之間的相互作用過程，“轉向”是指將球的速度方向由來球方向改變到出球方向的作用過程，“推拉”是球沿著出球方向上進行出球到離開拍面的作用過程。本文只把“轉向”過程看作是“齒合”過程與“推送”兩個主要過程的銜接過程，因此主要分析“齒合”過程和“推送”過程。

（一）“齒合”過程中正面擊球方式下迎擊強上旋來球的力學分析

結論：對于任何強上旋來球，在最高點擊球時可以采取正面擊球方式實現齒合。只是因為齒合的水平速度比隨著來球的上旋強度的增加而增加，因此需要根據來球的上旋強度的強弱，通過控制揮拍速度使同匹配從而實現齒合。

（二）“推送”過程中正向擊球方式下強上旋出球的力學分析

在正面擊球方式下的“推送”過程中，由動量定理和角動量定理，有和，其中和是出球時球對地的動量和繞質心轉動的角動量，另外有摩擦力公式，聯立三式得 ，該式說明：只有出球的上旋強度滿足情況下，才能保證，意味著在“推送”過程以正面擊球無法擊出的強上旋出球。

四、“推送”過程中傾斜性擊球方式下的強上旋的力學分析

小結：（1）在增速一定情況下，在拍面后斜角度前提下，拍面后斜角度越大，即擊球點越下移，出球的旋轉強度越大;（2）水平速度比越大（越小），越大;（3）對于同樣的強上旋的上旋強度，增速越大即水平速度比越大，拍面后斜角度越大。

五、總結

本文利用力學原理分析了網球正手技術中強上旋回擊強上旋過程中正向擊球和斜后擊球的適用性。研究結果：

（一）回擊過程的第一個階段，可以通過簡正向擊球方式進行齒合，但揮拍速度要隨著來球的上旋強度調整，來球上旋強度越大，需揮拍前后水平速度比越大。

（二）推送階段必須拍面后斜才能擊出強上旋球，而且后斜程度要隨推送時增速的程度及擊出怎樣上旋強度的球相應變化，在增速一定情況下，拍面后斜的斜角越大，出球的旋轉強度越大;對于同樣的強上旋的上旋強度，增速比越大，拍面后斜的斜角越大。

雖然本文按照力學基本原理定量分析，能夠為技術提供一定的理論參考，但因為采用的碰撞模型比較簡單，而且沒有對豎直方向分析，而且對球的轉動慣量和摩擦系數的選值也簡單化和單一化，使得研究的結果具有近似性和特殊性，需要在以后的研究中進一步深化。

參考文獻：

[1]彭承基.提高網球擊球技術的生物力學分析[J].北京體育大學學報，2000，2 （23）：182-184.

[2]孫言銘，常春芳.網球正手上旋球技術特征的運動學分析[J].首都體育學院學報，2014 （2）：189-192.

[3]趙世壯，徐賢明，王壯.網球正手不同握拍方式對上旋球擊球效果的影響[J].當代體育科技，2019，9 （17）：27-28.

[4]陶志翔.網球運動教程[M].北京：高等教育出版社，2015.

[5]漆安慎，杜嬋英.力學[M].北京：高等教育出版社，2012.

[6]陸愛云.運動生物力學[M].北京：人民體育出版社，2010.