“旋轉式”與“背滑式”加速蓄力階段人-球系統運行速度對比分析

張慶來 魏永敬

摘 要：研究目的：通過對旋轉式和背向滑步式兩種典型鉛球投擲技術加速蓄力階段“人-球”系統的運行速度進行對比分析，探討兩種投擲技術對鉛球預加速能力的不同影響，為鉛球項目的教學、訓練提供理論依據。研究方法：采用美國APAS運動錄像分析系統，對采用“旋轉式”和“背滑式”的2名優秀男子鉛球運動員的比賽錄像進行三維運動學解析。研究結果：1）旋1“人-球”平均速度差（0.89±0.73）m/s低于旋2的（0.98±0.81）m/s，兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.752，P>0.05）;背1平均“人-球”速度差為（0.28±0.20）m/s低于背2（0.38±0.10）m/s，兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.204，P>0.05）。2）背1平均球速（2.30±0.22）m/s大于旋1平均球速（1.24±0.41）m/s;背2平均球速（2.52±0.18）m/s大于旋2平均球速（1.09±046）m/s，兩者差異性均具有非常顯著統計學意義（P=0.000，P<0.01）。3）“旋1”重心平均速度（2.13±0.49）m/s大于“背1”重心平均速度（2.01±0.31）m/s，但兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.518，P>0.05）?！靶?”重心平均速度（2.07±0.47）m/s小于“背2”重心平均速度（2.14±0.15）m/s，兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.671，P>0.05）。4）背1平均“人-球”速度差為（0.28±0.20）m/s低于旋1（0.89±0.73）m/s，且兩者差異性具有顯著統計學意義（P=0024，P<0.05）;背2平均“人-球”速度差為（0.38±0.10）m/s低于旋2（0.98±0.81）m/s，且兩者差異性具有顯著統計學意義（P=0.039，P<0.05）。研究結論：“背滑式”投擲技術比“旋轉式”投擲技術在加速蓄力階段對提升鉛球運行速度更為及時和穩定，但隨著旋轉動作完成進入過渡階段，“旋轉式”技術的人-球系統的運行更穩固，鉛球出手的增速能力更強。

關鍵詞：旋轉式;背滑式;人-球系統;加速蓄力

中圖分類號：G804.6;G824.1 ? 文獻標識碼：A ?文章編號：1006-2076（2020）04-0082-06

Abstract：Objective： Through the comparison and analysis of the running speed of "man-shot" system in the acceleration and retention stage of two typical shot put throwing techniques， the paper discusses the different effects of the two throwing techniques on the pre-acceleration ability of shot put， and provides theoretical guidance for the teaching and training of shot put. Methods： the American APAS sports video analysis system was used to analyze the 3d kinematics of the game video of two excellent male shot-putter who adopted "rotary" and "backslide". The results were as follows： 1） The average speed difference of "man-shot" （0.89±0.73） m/s was lower than that of （0.98±0.81） m/s （P=0.752， P>0.05）. The average "man-shot" velocity difference of back-1 was （0.28±020） m/s， which was lower than back-2 （0.38±0.10） m/s. The difference between the two was not statistically significant （P=0.204， P>0.05）. 2） The average ball speed of back 1 （2.30±022） m/s is greater than that of back 1 （1.24±0.41） m/s. The average ball speed of back 2 （2.52±018） m/s was greater than that of back 2 （1.09±0.46） m/s， and the difference between the two was statistically significant （P=0.000， P<0.01）. 3） average velocity of center of gravity of "rotation 1" （2.13±0.49）m /s was greater than the average barycentric velocity of "back 1" （2.01±031） m/s， but the difference between the two was not statistically significant （P=0.518， P>005）. The average barycentric velocity of "rotation 2" （2.07±0.47） m/s was lower than that of "back 2" （2.14±015） m/s， and the difference between the two was not statistically significant （P=0.671， P>005）. 4） The average "man-shot" velocity difference was （0.28±0.20） m/s lower than the rotation （0.89±0.73） m/s， and the difference was statistically significant （P=0.024， P<0.05）. The average "man-shot" velocity difference between back 2 was （0.38±0.10） m/s， lower than that between back 2（098±0.81） m/s， and the difference was statistically significant （P=0039， P<0.05）. Conclusion： "Back-sliding" throwing technique is more timely and stable than "rotary" throwing technique to improve the speed of shot in the acceleration and retention stage， but with the completion of the rotation into the transition stage， "rotary" technology of the man-shot system more stable operation， shot speed is stronger.

Key words：rotary; back sliding ; man-shot system; accelerating accumulation force

現代鉛球運動源于14世紀40年代歐洲炮兵投擲炮彈的游戲和比賽。綜觀鉛球投擲技術的發展歷程，從正面原地推球技術、側向推球技術到背向滑步投擲技術，再到旋轉式投擲技術[1]，運動員和教練員一直在探索科學合理的投擲技術，在有限的投擲空間范圍內，不斷增大對鉛球的作用效果，提升鉛球飛行遠度。旋轉式投擲技術最初盛行于歐美國家[2]，從近3屆奧運會來看，男子鉛球比賽中59%使用了旋轉式投擲技術[3]，近年來隨著我國體育科技水平的不斷發展，旋轉式投擲技術在我國男子運動員中使用比例逐漸增高，全國田徑大獎賽前6名選手曾出現了50%的運動員采用旋轉式投擲技術[1]，呈現出“旋轉式”與“背滑式”兩種投擲技術爭鋒的態勢[1，4-5]。鉛球遠度主要取決于鉛球的出手速度[6]，最后階段用力對增大鉛球出手速度的貢獻率最大，以往李建臣[8]、董海軍[9]、余章彪[10]、辛峰[11]、程方圓[12]、Landolsi[13]等學者針對鉛球最后用力技術進行系統的生物力學分析。然而，鉛球真正擺脫靜止狀態獲得初步動量積累恰恰是通過投擲動作初期的蓄力加速過程，主要包括起滑、滑步（或旋轉）以及過渡階段?；郊夹g在完整推鉛球技術中至關重要[14-15]，人-球系統穩定性是滑步技術評價的關鍵要素[15]，身體重心與鉛球質心的運動軌跡是評價滑步技術階段人-球系統穩定性的直觀指標[16-17]，本研究以“旋轉式”和“背滑式”滑步階段的人-球系統運行速度特征進行對比研究，旨在探索兩種典型投擲技術預加速的表現特點。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以男子鉛球加速蓄力階段的“人-球”運行速度為研究對象。分析樣本來源于全國田徑大獎賽（淄博站）男子鉛球比賽項目，對旋轉式鉛球運動員左××（右手投擲）和背向滑步式鉛球運動員丁××（右手投擲）兩次試投進行三維錄像解析，基本情況見表1。

“人-球”系統是指鉛球投擲獲取預行速度過程中人體重心與鉛球重心的相互關系[18]。本研究中的加速蓄力階段是指“背滑式”的滑步階段+過渡階段與“旋轉式”的旋轉階段+過渡階段，均界定為右腳離地至左腳著地時相。主要任務是使處于靜態的“人-球”系統進入動態而獲得一定的預行速度，為最后用力階段獲得最大速度和形成最佳的投前發力姿勢奠定基礎。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過中國知網、維普期刊等中文數據庫，Internet互聯網谷歌學術鏡像以及ScienceDirect、SringerLink等外文數據庫，分別以“鉛球”“滑步”“旋轉式”“背向滑步式”“shot-put”“sliding phase”“back sliding”“rotational shot put”等中英文關鍵詞進行檢索，共檢索論文80余篇，著作5部，通過閱讀相關文獻資料和近幾年國內外鉛球項目發展的賽事信息，對國內外鉛球項目運動的現狀有了較深入的了解。

1.2.2 三維錄像解析法

使用兩臺日產索尼DCR-VX2100E型數碼攝像機，對運動員現場比賽進行定點拍攝，兩攝像機距投擲圈中心都為12 m，兩攝像機主光軸夾角約為90°，機高1.2 m，拍攝頻率均為50 Hz，比賽結束后在投擲圈內同時拍下愛捷001-A型三維DLT立體輻射框架，根據框架中“23”球中心指向“13”球中心的連線為X方向的要求，框架的放置使X方向正對投擲方向。采用美國艾里爾運動生物力學分析系統（Ariel Performance Analysis System， APAS）對所采集的運動錄像進行人體各關節點的逐點逐禎點入解析，選用系統自帶的美國丹姆斯特（Dempster）模型，經過數字化（Digitize）計算得到鉛球投擲過程中的各環節運動學參數，采用低通數字濾波法對原始數據進行平滑處理，截斷頻率為6 Hz[1]。

1.2.3 數理統計法

采用SPSS19.0統計軟件包對所得數據進行統計、計算，得出本研究所需數據，曲線圖用Excel 2010完成，對比數據均以平均值（X）和標準差（S）表示。統計結果的差異性用P值表示，P<0.05為差異具有顯著統計學意義，P<0.01為差異具有非常顯著統計學意義。

2 結果與分析

2.1 “旋轉式”加速蓄力階段鉛球、重心及人-球系統速度分析

旋轉式投擲技術是以支撐腳為軸，通過身體低姿大幅度旋轉，并配合擺動腿的“外擺畫弧”動作[17]，快速提升“人-球”系統的共進速度，在最后用力前借助由下而上的超越用力，進一步發揮旋轉結束時展體和轉身所釋放的動量矩，快速將角速度轉換為鉛球出手的線速度。其運動生物力學原理主要表現為：旋轉動量=轉動慣量 ×旋轉速度（E =JW）[19]。外擺畫弧動作除了可以增大轉動過程中的轉動慣量，還是一種“補償運動”[20]，即人體在完成動作或維持姿勢的過程中，當人體重心發生偏移，有失去平衡的傾向時，通過擺動肢體在一定的范圍內“中和”重心不適宜移動，有利于身體平衡的恢復和促進動作順利完成。

從表2解析數據統計分析可知，成績較好的“旋1” 試投的平均球速（1.24±0.41）m/s高于成績較差的“旋2”試投平均球速（1.09±0.46）m/s，但兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.354，P>0.05）。從圖1曲線分析，兩次試投平均球速隨時間變化軌跡非常一致，呈現先升后降的趨勢，只是旋1試投最后時刻速度出現一個明顯回升。旋1和旋2試投最高球速分別為173 m/s和1.63 m/s，均出現在加速蓄力的中后時段。旋1試投的平均重心速度（2.13±0.49）m/s高于旋2試投的平均重心速度（2.07±0.47）m/s，但兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.735，P>0.05）。旋1試投最高重心速度為2.76 m/s，出現在中間時段，旋2試投最高重心速度為2.65 m/s，均出現在加速蓄力開始時段。兩次試投平均球速隨時間變化軌跡非常一致，呈現持續下降的趨勢。從“人-球”系統內的鉛球速度與人體重心速度差值來看，旋1平均“人-球”速度差為（0.89±0.73）m/s低于旋2的速度（0.98±0.81）m/s，但兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.752，P>0.05）。

2.2 “背滑式”加速蓄力階段鉛球、重心及人-球系統速度分析

背向滑步技術簡稱“背滑式”，在通過滑步和過渡動作完成對鉛球加速蓄力過程，是支撐腿（右腿）離地瞬間起滑開始到完成支撐腿和擺動腿（左腿）雙支撐著地的動量積蓄過程。運動員首要任務是將處于靜止狀態的“人-球”系統進入動態運行，先以滑步獲得一定的預先速度，進入雙支撐過渡階段后要力爭將鉛球所具有的動量盡可能多地傳遞到最后用力推球動作中，其條件是能夠使整個身體姿勢處于最佳的發力狀態，這也是診斷運動員滑步與過渡銜接技術好壞的依據[21]。從表3和圖2對兩次試投的解析數據分析可知，成績較差的“背2” 試投的平均球速（2.52±0.18）m/s高于成績較好的“背1”試投平均球速（2.30±022）m/s，且兩者差異性具有顯著統計學意義（P=003，P<0.05）。從曲線圖分析，背1試投平均球速呈現先升后降的趨勢，最高球速2.64 m/s出現在中間時段，而背2試投平均球速為從高到低的下降趨勢，最高球速2.89 m/s，出現在開始時段。背2試投的平均重心速度（2.14±0.15）m/s高于背1試投的平均重心速度（2.01±0.31）m/s，但兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.253，P>0.05）。背1試投最高重心速度為242m/s，出現在中間時段，背2試投最高重心速度為234m/s，出現在開始時段。這說明背2試投預擺階段較為積極，而滑步過程動作減慢，致使“人-球”系統速度呈下降趨勢。從人-球系統內的鉛球與人體重心速度差值來看，背1平均“人-球”速度差為（0.28±020）m/s低于背2（0.38±0.10）m/s，兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.204，P>0.05）。李建臣[22]研究指出，我國優秀男子鉛球運動員滑步階段“人-球”速度差平均為031 m/s，世界優秀選手平均為0.15～0.2 m/s。從運動生物力學角度， 評定滑步優劣的一個重要標準是滑步中鉛球速度與身體重心速度是否接近?；诫A段要獲得理想的 “人-球” 系統預行速度，兩腿動作需要充分協調配合。左腿的擺動至關重要， 一是擺動力量和速度的增大可為右腿的蹬伸創造有利條件， 二是控制后擺過高導致的身體重心過度上移。對于身體重心速度與鉛球速度差值較大的運動員來說，可以通過適當減小著地瞬間右膝角來提高身體重心速度， 從而更好地使滑步階段鉛球速度與身體重心速度越趨于接近。

2.3 “旋轉式”與“背滑式”加速蓄力階段人-球系統速度對比分析

無論是背向滑步投擲技術還是旋轉式投擲技術，在最后用力之前都需要經過運動員的助跑完成對鉛球的加速蓄力過程，但不同的投擲技術對“人-球”系統的作用形式有所不同?！氨郴健弊⒅氐?、平、快的動作模式，其中“快”的含義是指擺動腿擺動迅速，蹬地腿蹬伸及時有力，擺動腿快速落地，鉛球和身體移動速度快[17，25]。動作運行軌跡較短，姿勢控制相對較容易?！靶D式”則注重肩軸繞支撐腳的轉動效果，運用力學的轉動定律，實現最佳的轉動角速度，根據V=ωR肩軸的角速度越大則鉛球獲得的線速度也越大，旋轉式投擲技術能夠更有效地增加角速度ω，同時也加大了旋轉半徑R，從而增加了鉛球出手速度 V，可有效提高投擲遠度[6]。

圖3和表4統計結果表明，在蓄力加速階段“背滑式”兩次試投的鉛球平均速度均大于“旋轉式”平均球速，其中背1平均球速（2.30±0.22）m/s大于旋1平均球速（1.24±0.41）m/s，背2平均球速（2.52±0.18）m/s大于旋2平均球速（1.09±0.46）m/s。兩者差異性均具有非常顯著統計學意義（P=0.000，P<0.01）;宮本莊等[23]研究表明，男子優秀鉛球選手，背向滑步式滑步階段的球速達到2.0～2.75 m/s，旋轉式球速達到3.72～4.0 m/s，而在過渡階段球速分別下降至0.9～1.0 m/s和1.4～1.5 m/s。其背向滑步鉛球速度特征與本研究的結果吻合，而與旋轉式的結果相差較大，說明本研究選取運動員的旋轉技術還存在一定缺陷，沒能把旋轉式的加速優勢體現出來。楊文學等[24]研究表明，采用旋轉式推鉛球和滑步推鉛球這兩種技術，在騰空和過渡這兩階段，器械的速度均有下降，旋轉式鉛球速度下降更明顯。但通過最后用力階段后，鉛球的增速能力旋轉式要優于背滑式，旋轉式使鉛球的增速達8～9倍，而背向滑步式使鉛球的增速約4～5倍[23]。以本研究中成績較好的兩次試投來看，“旋1”過渡階段末期球速為1.51 m/s，出手速度為12.06 m/s，鉛球增速約為8倍，“背1”過渡階段末期球速為2.09 m/s，出手速度為11.85 m/s，鉛球增速為5.7倍。此結果與以往研究結論基本一致。

在蓄力加速階段，鉛球速度與身體重心速度是反映滑步技術質量的重要依據，它們相互聯系又相互制約，鉛球質心的速度是通過人體速度傳遞得到的，身體重心速度是鉛球獲得速度的前提[26]。表4統計結果表明，在滑步階段運動員的重心平均運行速度相差不大，“旋1”重心平均速度（2.13±0.49）m/s大于“背1”重心平均速度（2.01±0.31）m/s，但兩者差異性無顯著統計學意義（P=0.518，P>0.05）;“旋2”重心平均速度（2.07±0.47）m/s小于“背2”重心平均速度（2.14±015）m/s，但兩者差異性無顯著統計學意義（P=0671，P>0.05）。由圖4可看出，無論是“旋轉式”投擲技術還是“背滑式”投擲技術在蓄力加速階段重心速度都呈下降趨勢，只有背1試投過程中重心速度出現先升后降的趨勢。

從“人-球”系統內的鉛球與人體重心速度差值來看，背1平均“人-球”速度差為（0.28±0.20）m/s低于旋1（0.89±0.73）m/s，且兩者差異性具有顯著統計學意義（P=0.024，P<0.05）;背2平均“人-球”速度差為（0.38±0.10）m/s低于旋2（0.98±0.81）m/s，且兩者差異性具有顯著統計學意義（P=0.039，P<0.05）。研究表明，起滑和滑步階段人體和鉛球的速度應保持高度一致性，身體重心速度曲線和鉛球質心速度曲線具有高度的重合度[15]。本研究中旋轉式投擲技術的蓄力加速階段鉛球平均速度與平均重心速度差值偏大。從圖5曲線可看出，人-球系統鉛球與重心速度差值顯示由大變小，在18 ms時速度差接近零位附近，然后速度差又出現小幅增大，說明在起滑和旋轉初期，運動員人-球穩定性不足，但隨著旋轉動作的完成進入過渡階段，人-球系統逐漸趨于穩定。以旋1試投來看，此動作時相處于右腳著地瞬間，此時球速達到最大173m/s，而重心處于最低速度1.42 m/s，說明在進入過渡階段前右腳支撐穩固，人-球系統的運行穩定，為最后用力創造良好條件。

3 結論

3.1 “背滑式”投擲技術比“旋轉式”投擲技術在加速蓄力階段對提升鉛球運行速度更及時和穩定。

3.2 “背滑式”與“旋轉式”投擲技術在加速蓄力階段對推進身體重心運行速度的效果相差不明顯。

3.3 “旋轉式”投擲技術在起滑和旋轉初期，“人-球”系統穩定性不足，但隨著旋轉動作的完成進入過渡階段后，“人-球”系統比“背滑式”更穩固，鉛球出手的增速能力要優于“背滑式”。

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