单手肩上投篮动作的运动生物力学简析

单手肩上投篮动作的运动生物力学简析黑龙江幼儿师范高等专科学校郑宇宏摘要：篮球运动技术规范化、科学化已被科技兴体浪潮推进到篮球运动的教学与训练中来。用人体解剖学、运动生物力学等多学科知识对正、误两类投篮的动作结构进行分析，并结合篮球训练的科学理论做指导，阐明单手肩上投篮技术教学训练的科学性，建议全国高师体育院系、中小学及少年体校的篮球教学与训练应统一教材，且教材中对技术动作都制定出规范要求，彻底改变我国篮球运动技术教学训练落后的状态。关键词：单手肩上投篮；运动生物力学；动作结构；马格努斯效应Hand-shouldersshotsoftheSportsBiomechanicsactionAnalysisAbstract：Wecanmakeananalysisofactionstructureofshootbasketbyonehandbyapplyingvariousscientificknowledgesuchashumanbodyanatomyactionbiologicalmechanicsandfluidmechanicsandsoon.Throughanalysisitisclearlythatweshouldstrengthenthestandardofthephysicaleducationteaching.Andwealsoshouldregardadvancedbaskettrainingscientifictheoryasdirectiontofurthermakethetechonologyactionofbasketingcorrect.rational.coordinateandstabletocompetelyimproveourforebehindofbasketactiontechonologyinourcountry.Keywords：Hand-snouldersshot;SportsBiomechanics;Actionstructure;Magnuseffect1前言投篮是篮球各项基本技术中最重要的一项，它是结束进攻直接得分的唯一手段。较高的命中率，不仅可以直接得分有效破坏防守战术的组成，还起着减轻本方队员精神压力、鼓舞全队士气、振奋精神、扩大战果、动摇对方阵脚，在心理上给对方造成威胁，起到打乱对方布置和挫伤对方锐气的作用。而单手肩上投篮又是诸多投篮技术中最重要和最常用的技术，其技术动作的稳定性是影响投篮效果的首要因素。[1]所谓投篮的稳定性：是指手臂支撑，投篮技术动作和投篮命中率这三方面稳定的综合性。下面运用人体解剖学和运动生物力学的原理，从投篮的基本姿势和投篮过程两大方面对单手肩上投篮技术的动作结构进行分析和探讨，对提高单手肩上投篮的稳定性、准确性和规范性，提供理论依据。2研究方法2.1理论分析法运用人体解剖学和运动生物力学理论对单手肩上投篮的技术动作进行分析，以取得如何提高投篮命中率的理论依据。2.2文献资料法查阅有关篮球教材科技文献及网络资料对单手肩上投篮技术方法进行比较分析，从而论证科学的、正确的投篮技术。3研究分析3.1肘的解剖结构与生理机能分析肘关节是上肢运动的枢纽，上接肩关节下连腕关节，此三关节联合完成上肢的一切运动，组成一个运动生物链。肩关节是由肱骨头和肩胛骨的关节盂构成有3个运动轴，围绕额状轴可以屈伸，围绕垂直轴可做旋内旋外，绕矢状轴可做内收外展。腕关节是桡腕关节和髋关节构成，有2个运动轴，绕额状轴可做屈伸，机能范围85°，绕矢状轴可做内收外展，内收机能为45°，外展15°。肘关节是由肱骨、桡骨、尺骨组成的复合关系，有2个运动轴，绕额状轴可做屈伸，绕垂直轴可做旋内旋外，而单纯的旋内旋外运动，只是在肘关节屈伸90°时才发生，机能范围是旋前180°，旋后180°，这点充分满足单手持球屈肘时保持90°肘正对篮的需要。[2]就关节自由度而言，肩关节有3个自由度，肘关节有2个自由度，腕关节有2个自由度，这三个关节以肩为支点构成一个开放性的生物运动链。3.2正确投篮的基本姿势任何一个运动动作都是在力的作用下完成的，而不同的动作对力的作用要求也是不同的。投篮是一种要求用力准确.协调的技术动作。它对力的要求具有两重性，一方面要求有足够的用力，这是投篮达到必要的高度和远度的前提。另一个方面是用力的准确性，这是提高投篮命中率的保证。投篮要想达到最佳的效果，就必须获得这两方面的力学条件，而这两方面的力学条件则来源于正确的投篮姿势。正确的投篮姿势，即是那种能够最合理、最有效、最经济的使用机体能力并且能孕育和派生出新的高难复杂和实效性技术的最基础的投篮姿势。它包含三方面的含义：第一，基本站立姿势，这主要表现为下肢、躯干、头部的姿势正确协调；第二，持球手法；第三，投篮肘臂的姿势。3.3基本站立姿势根据解剖学和力学原理的分析，正确的基本站立姿势是：两脚左右或前后开立，约与肩同宽。投篮臂的同侧脚前出，两膝微屈使屈踝肌与伸膝肌保持适宜的张力。两脚平行朝向篮筐，上体略含胸、收腹、使伸臂肌略被拉长，贮备了弹性势能。头部正直，面对球篮，颈肌不要过度紧张，身体重心平稳地落在两脚支撑面的中心处，这种基本站立姿势，有两方面的用意：首先，由于重心和支撑面的合理确定，可以为投篮动作建立一个稳固的力学条件，同时从下肢到躯干的各个环节部位均处于象压缩了的弹簧一样的状态，可以获得足够的力量来源。其次，可以使下肢和躯干的诸多环节均垂直于地面做屈伸运动，因而每个环节向上伸展所产生的惯性力都能作用在总重心所落的支撑面内，从而最大限度的减少力的耗散与分解。[3]3.4持球手法分析持球手法是投篮基本姿势中的关键部分，它是否合理对提高投篮技术影响较大。通过实践和理论的分析，单手肩上投篮正确的持球手法是；五指自然分开，并且保持一定的张力，手心形成一个半圆凹形，用指根以上的部位均匀地包住球体的后下方。手心部位空出，使球体的重量分散于五指上，手指不要过度的紧张，不要用力去抓球，而要使手指柔和地包住球体。这种持球手法可以使手与球形成最大的接触面，保证了人体对球体支撑的稳定性。又由于持球手的触球部位在指根以上，这就可以使手对球体产生精确的感应，从而最大限度地提高手对球体的控制和调节能力。4.投篮肘臂的姿势分析4.1持球与投篮肘臂的动作分析持球时手腕后屈，前臂旋前，肩、肘、腕、食指基本上在同一矢状面内正向球篮，肩关节角度约在100—120之间，肘关节角度约为90度左右，前臂肌自然放松，同时另一只手轻扶在球体的一侧，来控制球的稳定。[2]投篮时投篮手投影点位于肘关节额状轴的前面，手和肘关节尽量与地面垂直，便于自然地抬肘发力将球投出手，此时，球处于稳定支撑便于投篮命中。投篮时若手的投影点落后于肘关节，导致前臂的夹角减小，投篮时迫使前臂用力，影响肘.腕.指的自然用力和增加球的飞行轨迹，从而增加投球出手时间，这样不仅容易被对方封盖，而且降低了命中率。因此，支撑的稳定性便于投篮命中。[4]从以上投篮基本姿势的分析中可以看出，无论是上肢.下肢还是躯干，它们的共同特点是每个环节运动所产生的力都是向着同一方向作用于球体，正是由于上下肢诸多环节力作用的一致性，从而保证它们的合力可以有足够的强度和准确的方向。所以说，正确的基本姿势不仅是获得合理力学条件的基础，更为重要的是，投篮稳定性的保障。4.2投篮过程中的力学分析由于正确的投篮基本姿势为准确投篮获得合理力学条件而打下了良好的基础，这不仅能保证投篮动作获得合理的力学条件，而且还能最大限度地满足大脑皮质对动作建立精细化程度提供了前提条件。从整个投篮的用力过程分析来看，主要包含两方面的含义；投篮肘臂的运动分析与后旋球的分析。4.3投篮肘臂的运动分析正确姿势肘内收正对篮，手持球于肩上，球处于近支撑，这种支撑的稳定性便于投篮命中；若肘外展则不利于投篮臂各环节力的集中.协调和传递，会直接影响投篮的命中率，肘内收正对篮，篮、肩、肘、腕、指、球同处于一个平面内，该平面属于人体的矢状面与额状面垂直，因而投球出手时，球所飞行的抛物线构成的面，必然与持球臂的平面一致，而且人用力的方向是全身协调一致的，即下肢的屈踝、伸膝、伸髋、提腰传递上来的力量一致通过肩、肘、腕、指，使球向前上方飞出，这样使身体各环节统一在这个矢状面内运动中，为关节运动的一致性提供了有利的条件。投篮用力的顺序性用力的方法都是由下而上，通过依次传递的形式进行，所以这样才能获得最佳的投篮弧线，即谓“黄金弧线”。[5]它是由世界一个著名的物理学家通过周密的计算提出来的。这条弧线与肘关节的移动路线及球出手后肘关节的位置，对形成正确的弧线具有高度相关的关系。肘关节的移动路线应当垂直向上，球出手后的位置应与眼睛平行从而获得投篮的最佳效果。此动作行为的目的是：（1）发挥伸臂力量，使全身的协调用力汇集于手腕.手指作用于球体。（2）手臂的充分伸直，在球离手前对球的控制时间长，有利于控制球的飞行，并能提高出手点。（3）迅速地伸直投篮臂，有利于加快投篮的动作速度。根据力学动量守恒原理，物体在外力冲量（Ft）作用下，物体的动量（MV）要改变，物体动量的改变量就等于同一时间内物体所受外力的冲量。即：Ft=M(Vt-Vo)我们在任何一定距离内的投篮，全身作用于球体的合力（F）可看作是一定的，球离手前球体相对于人体的分离速度（Vo）可看作是零。由上式可知：Vt=Ft/M从式中可以看出，球出手的速度（Vt）与冲量（Ft）成正比，与球的质量（M）成反比。又已知（F）和（M）一定，所以增加对球的作用时间（T）可增加球的出手速度。投篮臂的充分伸直也就是增加了对球的作用时间（T）。由S=1/2at,V=at可得V=2S/t从上式可知：球出手速度（V）与对球的工作距离（S）成正比，与对球的作用时间（t）成反比。投篮时臂迅速的充分伸直，使对球的工作距离（S）达到最大值，有利于对球的控制，提高了出球点。由于人的手臂长度为一定量，所以对球的工作距离一定，迅速的伸直手臂，以最短的时间通过一定的距离，提高了投篮的动作速度。错误姿势肘外展侧对篮投球出手时肘的运动轨迹是由外向里走个小弧线再向前向上，因而增加了球运行中的不稳定因素，这是其一。第二是由下肢.腰腹传递上来的力量通过肩到肘时则使垂直向上的力量方向有个改变，这个力的方向一变就促使合力产生了分解，这个力的合成与分解就导致一部分力转为无用功，不便于全身的协调用力，这样投出的球也不可能获得最佳的投篮弧线。[5]4.4投篮手关节的力学分析球离开手的瞬间，整个躯干要做到充分伸展使其出手点高，为此，在球将要出手时要求人体各个有关的关节周围肌肉，都充分地被拉长。在投篮出手时还会产生一种向前上方运动(由前踞肌、胸小肌、斜方肌参加工作)，就是增加一个关节面的压力，从而产生一个向前上方的动作，按照力的表示公式，力等于质量乘加速度，也就是F=ma。因为在投篮的过程中球的质量不变，仍然为600克～650克，故力的大小主要取决于加速度的大小。如果在投篮时把整个上肢充分地伸直，象一根杠杆，支点位于肩关节，就会使肩韧带象前上和肱骨向前上运动的肌肉收缩加快而有力。这样，位于杠杆远端的手指获得的加速度就大，球出手时的力量也充分用上了。[6]所以，在屈腕的同时，中食指的指骨和掌骨最长，所以工作距离也最长，球从此处拨出去，有利于加快球体的飞行速度和提高命中率。5后旋球的分析（马格努斯效应）肘内收正对篮能充分使持球手的指尖向上。投篮技术动作的关键是手指、手腕的最后用力，投球后最后离开的手指是中指、食指。由于食指、中指持球出手后指尖对球有拨指动作，使球产生后旋转。这里转动的物体有保持旋转轴方向不变的作用，也就是我们所说的定向作用，是转动惯性的一种表现。后旋球不仅能有一个稳定的不偏向左右的正直的与人体矢状面一致的运行路线，而且旋转中的球在介质空气中运行，会遵守流体力学原理，此现象可用马格努斯效应原理解释：球出手飞向篮筐这段距离中，球是在介质空气中旋转运行，根据物质相对运动原理，运行着的球必然受到空气的阻力和压力。由于球上沿与下沿的旋转流体与迎面流体的方向相反，因而受到的阻力大小不同。上沿的旋转方向