浅谈运动生物力学在乒乓球运动中的应用与展望

浅谈运动生物力学在乒乓球运动中的应用与展望

王阳

曙光农场小学王阳

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。

一、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:确定运动特征,建立目标函数;选择模型确定刚体的自由度;建立动力学模型(拉氏方法、Kane方法、雅各宾法等);实测已知数据并求解;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。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。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,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。根据关节力和力矩对乒乓球运动员的伤病进行认识。

二、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。

三、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。

四、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。

五、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。

六、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。

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。