运动生物力学在乒乓球运动中的应用与展望

摘 要：根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求,对运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域和研究方法的发展趋势进行展望.运用多种运动生物力学的理论力学和实验研究相结合的方法,对乒乓球运动中的多个领域进行分析和研究,是运动生物力学在乒乓球运动项目中的研究发展趋势.以期为运动生物力学如何更好地结合乒乓球专项特点为乒乓球运动实践怎么写作提供借鉴.

关 键 词：乒乓球；运动生物力学；研究方法；研究领域

中图分类号：G804.6文献标识码：B文章编号：1007-3612(2007)10-1381-03

随着现代科技水平的不断提高,运动生物力学研究手段与方法也不断地更新,研究内容和层次不断深入、系统,运动生物力学的研究方法在许多运动项目中有了广泛的应用,对于认识运动项目技术的规律和提高运动技术水平,起到了重要的作用.

对于运动生物力学的原理和方法在乒乓球运动项目中的应用,国内外已进行了许多研究,但已有的研究不够系统和深入,所用的运动生物力学研究方法比较单一,乒乓球专项化的运动生物力学仪器很少,对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面揭示得还不够全面或尚未揭示,对于运动器材、服装的研究很少.

近年来,国际乒联对乒乓球竞赛规则的三大改革,以及现代世界乒乓球技术的迅猛发展,都要求我们要借助于科技的力量和手段,更加全面地、深刻地认识乒乓球运动的规律,不断地更新观念,技术上不断创新进步,训练方法上要更加科学合理,以促进乒乓球运动的发展.本文根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求,对运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域和研究方法的发展趋势进行展望,以期对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识,为运动生物力学如何更好地结合乒乓球专项特点为乒乓球运动实践怎么写作提供借鉴.

1运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域的展望

从运动生物力学角度来看,乒乓球运动是通过乒乓球和球拍位置的变化（平动和转动）与运动员机体的活动相结合的一项运动.运动员的击球动作使球拍和球碰撞后,击出的球以一定的动量、动量矩落到对方台面,与台面发生碰撞,反弹后再与对方的球拍相碰撞.归纳起来,乒乓球项目中的运动包括：运动员的运动（动作技术）、乒乓球在空中的运动（速度、旋转、弧线）、乒乓球的碰撞运动（乒乓球与球台或球拍碰撞）.对乒乓球这三个方面的运动生物力学研究分析需要一定的设备仪器与方法.与乒乓球运动相关联的还有球、球台、球拍等器材以及运动员的服装.

以往对乒乓球运动的运动生物力学研究在上述方面已进行过一定的研究,但对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面尚未揭示,或揭示得还不够全面,对于运动器材、服装的研究很少.根据运动生物力学和乒乓球运动的发展趋势,运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域,可以预计运动技术研究仍将会占较大比例,同时,在全民健身、运动医学、康复医学、运动器材、服装及实验仪器设备等方面也会开展研制.具体可以开展以下几个方面的研究：

1）动作技术诊断；

2）乒乓球与球拍碰撞、与球台碰撞的研究；

3）对乒乓球拍运动的研究；

4）乒乓球拍、乒乓球运动鞋的研制与优化；

5）乒乓球运动员肌肉、骨骼力学特性的研究；

6）乒乓球专项测试仪器的开发；

7）乒乓球运动员损伤机理和预防的研究.

2运动生物力学研究方法在乒乓球运动中的应用与展望

按研究方法划分,运动生物力学应用在乒乓球运动中的研究大体可分为两类:一是力学理论研究方法,二是实验研究方法.两者应当紧密结合,才能使运动生物力学更好地在运动实践中应用.

2.1运动生物力学的力学理论研究方法在乒乓球运动项目中的应用与展望该研究方法因为是通过模拟手段对人体运动仿真,一般包括5个步骤：1)确定运动恃征,建立目标函数；2)选择模型确定刚体的自由度；3)建立动力学模型（拉氏方法、Kane方法、雅各宾法等）；4)实测已知数据并求解；5)根据求解结果解释运动规律,这一步骤是将求得的数学规律化为体育运动语言对运动技术进行合理的指导.

纵观运动生物力学在乒乓球运动中应用的现状,可以看到,以往用的最多的是运用力学原理对一些现象进行解释.而利用力学理论研究的方法却很少.根据此研究方法,可以对乒乓球中许多问题进行研究.

如对于乒乓球运动员的伤病的研究,至今还没有在击球过程中对腕、肘、肩关节、颈椎、腰椎等的关节力和力矩的定量分析,而对其认识有助于对乒乓球运动员运动损伤的认识和预防.可以利用力学理论研究的方法对关节力和力矩进行推算.以计算上肢各关节的关节力和力矩为例.首先确定乒乓球运动员击球过程中上肢的运动特征.二、建立上肢模型,整个上肢可分为上臂、前臂和手（包括器械）三个部分,根据上肢实际的生理结构和以往生物力学建模的经验,可将人体上肢简化为3刚体7自由度的物理模型.三、运用多刚体系统动力学理论中的Kane方法,建立系统运动学和动力学方程,四、通过摄像的方法获取上肢的运动学参数以及郑秀媛公布的人体环节参数,求出腕、肘、肩关节的关节力和力矩.五、根据关节力和力矩对乒乓球运动员的伤病进行认识.

2.2运动生物力学的实验研究方法在乒乓球运动中的应用和展望运动生物力的实验研究方法在乒乓球运动项目中应用现状是,动力学研究几乎没有,运动学测试也不多,所运用到的生物力学仪器很少.所以实验研究方法在乒乓球运动项目中有极大的发展空间.

2.2.1常用的生物力学仪器将在乒乓球项目中的广泛应用许多已经在其他专项中运用较为广泛的生物力学仪器在乒乓球运动项目中尚未广泛使用.比如,三维测力台,肌电仪,足底压力鞋垫.

三维测力台可以反映地面对人体的反作用力.运动员击球的力最终是通过人体蹬地面,同时地面给人体的反作用力而实现的.而对乒乓球运动员地面反作用力的动力学特征的描述至今尚无.

通过在运动员的鞋子里放上压力鞋垫,可以得出在移动过程中,脚底压力的分布图,可以为乒乓球运动员鞋子的设计提供参数.

通过肌电仪可对完成某动作所参与的肌肉活动的强度和时间进行描述,确定主要的参与肌群.用在乒乓球运动员身上,就可以很清楚的知道完成某动作的肌肉用力顺序是什么,哪些是主动肌,哪些是被动肌,可为力量训练提供参考.

2.2.2开发乒乓球专项化、反馈快速化的运动技术测试仪器这是运动生物力学测试仪器的发展趋势,至今为止,在乒乓球界中尚无有此类测试仪器的研发成功.近年来其他运动项目共用运动学、动力学及生物学指标,测试仪器的质量、功能、效率不断提高,同时,某些运动项目专用的测试仪器不断出现.例如,体操项目单杠、双杠、高低杠、跳马、吊环的测力系统、赛艇多参数遥测分析系统、起跑蹬力测试系统、蹬冰力测试系统、游泳出发测力系统等.

其他专项的研究可为乒乓球专项化的测试仪器提供借鉴,比如考虑是否可以在乒乓球拍上安装加速度传感仪.随着科学技术的迅速发展,加速度传感器体积和质量都可以做到非常小,精度可以达到很高,此仪器可以实时监控球拍三个方向上的速度、加速度和角速度,并可据此推算球拍的受力情况,以及击打乒乓球后,球体获得的初速度.而对乒乓球拍的运动情况的所做的研究非常之少.

如果这些设想可以实现的话,将丰富乒乓球理论知识,对乒乓球运动的实践将会有快捷的帮助.

2.2.3多机同步测试的研究多机同步测试研究是运动生物力学研究的发展趋势.人体运动十分复杂,因此,多机同步测试方法对各项运动技术研究十分重要.由于多机同步测试研究需要的仪器多、经费多、时间长、技术人员多,而且多数动力学指标和生物学指标的测试在正式大赛中很难进行,所以,多机同步研究的报道较少.随着科学技术的进步和对运动技术研究的深入,多机同步测试研究将会得到较快发展.

对于乒乓球这项精密的运动,以往的研究多是从一维的视角来进行的,对乒乓球运动的生物力学的研究应朝着多维的研究视角发展.比如,将摄像系统和测力台系统同步的测试方法,综合运动学和动力学的数据对乒乓球运动进行更加深入、全面的认识.

2.2.4生物反馈技术将在乒乓球运动技术训练中应用运动生物力学测试中提供给运动员、教练员的技术动作的速度、幅度、方向、力量等指标数据,运动员在训练中很难掌握,如将测试的数据转换成声、光信号直接提示给运动员,表示其当前的动作是否达到了要求或某个范围,运动员接收到声、光信号后,便马上做出反应,调整动作的幅度、强度、速度等就容易得多.这方面研究在其他专项中已经取得了一定进展,例如北京体育大学金季春教授指导其博士生闫松华所研制的用于短跑训练的“测试鞋”,对每一步的着地时间和腾空时间进行实时监控,正朝着生物反馈的方向发展.

生物反馈技术在乒乓球运动技术训练中的应用也是乒乓球运动项目生物力学发展的趋势.

2.3将力学理论研究方法和实验研究方法紧密结合是运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究方法的发展趋势力学理论研究方法的基础是经典力学理论,并应用它解释分析生物体运动及探索其运动规律.力学理论研究方法优点是能使研究工作更加严谨和深人,但由于模拟研究目标和对运动数学化描述的困难,这类研究难度很大,且研究结果与运动实践尚有一定的距离.所以力学理论研究方法必须辅之实验和经验,才能使它在实际应用方面的作用得以发挥,力学理论方法与实验测试方法两者应当紧密结合.前者提供了运动普遍规律,对分析有理论指导意义,后者是理论研究与实际应用的桥梁,能使研究更好地为运动实际怎么写作.实验研究方法,通过各种实验手段,测试记录体育运动过程,并以此作为依据,结合经验,对运动技术进行分析对比,从而提出改进技术的意见和建议.这种研究方式是以具体运动员的具体动作作为研究对象.

实验通常用高速摄影、录像、测力台测得运动学和外力参数,用肌电测试仪测得人体内力参数,然后通过数据处理和分析,来诊断运动技术的优劣及动作的合理性.这种方法以实验手段为主,与运动实践联系紧密,能对运动员的技术训练直接施加影响.但由于该方法研究和实验的对象是具有个体特征的人,不可避免地造成对共性的运动规律研究的困难,从而使研究结论难以达到理论升华.因此实验方法必须和力学理论研究共同发展、相辅相成,才能使运动生物力学学科渐趋深入完善.

用理论力学理论研究方法和实验研究的方法对乒乓球运动进行运动生物力学的研究,将提供认识乒乓球运动规律的多维视角,会对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识,进而可使运动生物力学更好地为乒乓球实践怎么写作.是运动生物力学在乒乓球运动中应用的发展趋势.

3总结

根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求,运用多种运动生物力学的理论力学和实验研究相结合的方法,对乒乓球运动中的多个领域进行分析和研究,是运动生物力学在乒乓球运动项目中的研究发展趋势.