李玉章，劉 宇，劉 卉，于 冰

高水平鐵餅運(yùn)動(dòng)員旋轉(zhuǎn)中的系統(tǒng)角動(dòng)量特征研究

李玉章1，劉 宇1，劉 卉2，于 冰3

LI Yu-zhang1, LIU Yu1, LIU Hui2, YU Bing3

旋轉(zhuǎn)效果是影響鐵餅投擲成績的主要因素，主要從人體-鐵餅系統(tǒng)角動(dòng)量的視角探討鐵餅投擲過程中系統(tǒng)總角動(dòng)量以及在各坐標(biāo)軸的分角動(dòng)量的特征，旨在揭示旋轉(zhuǎn)與成績的關(guān)系。選取了20多年來美國隊(duì)最高水平的比賽中，在同一場比賽、同一名運(yùn)動(dòng)員投擲最遠(yuǎn)和較差兩投相差5 m多的28位女運(yùn)動(dòng)員和15位男運(yùn)動(dòng)員的86投進(jìn)行3D數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明：1）兩種投擲成績差距的主要因素是空氣動(dòng)力學(xué)距離，占總成績差值的77.45%（女子）、65.43%（男子），因此，應(yīng)該重視提高空氣動(dòng)力學(xué)距離；2）高水平女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員在投擲較遠(yuǎn)時(shí)比較近時(shí)，系統(tǒng)總角動(dòng)量在左腳離地瞬間、左腳著地瞬間存在顯著性差異（P≤0.023），X軸向負(fù)方向的角動(dòng)量在左腳離地瞬間、左腳著地瞬間和出手瞬間存在顯著性差異（P≤0.007），Z軸向在左腳著地瞬間和出手瞬間有較大的正旋轉(zhuǎn)，存在顯著性差異（P≤0.009）；3）高水平男子鐵餅運(yùn)動(dòng)員在投擲較遠(yuǎn)時(shí)比較近時(shí)，左腳著地瞬間，在X軸向負(fù)方向的角動(dòng)量和Y軸正方向的角動(dòng)量存在顯著性差異（P≤0.042），系統(tǒng)總角動(dòng)量在出手瞬間較小，存在顯著性差異（P≤0.043）。結(jié)論：高水平鐵餅運(yùn)動(dòng)員應(yīng)更重視旋轉(zhuǎn)過程中系統(tǒng)角動(dòng)量的控制，進(jìn)而提升真空距離和空氣動(dòng)力學(xué)距離；女運(yùn)動(dòng)員應(yīng)該控制X軸的負(fù)旋轉(zhuǎn)，增大圍繞垂直軸的正旋轉(zhuǎn)，即可以采用繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的隨前緩沖動(dòng)作；男運(yùn)動(dòng)員應(yīng)該控制X軸的旋轉(zhuǎn)，增大Y軸和Z軸的正旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而提升出手效果。

鐵餅；人體-鐵餅系統(tǒng)；角動(dòng)量；空氣動(dòng)力學(xué)距離；真空飛行距離

1 前言

投擲運(yùn)動(dòng)的技術(shù)原理指出：影響投擲成績的主要因素是出手速度（Vr）、出手角度（Ar）以及出手高度（Hr），前人圍繞這3大因素也進(jìn)行了較多的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。最初的研究主要集中在小樣本的2-D的研究（Bartlett，1992），自1995年開始，三維的、大樣本的研究逐漸開始（Hay和Yu，1995）。但是，對于鐵餅這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)而言，影響其最終成績的不僅是上述3大因素，空氣的流體力學(xué)因素也是不容忽視的主要影響因素。有文獻(xiàn)指出：鐵餅項(xiàng)目的成績（DO）是由真空飛行距離（DF）、空氣動(dòng)力學(xué)距離（DA）和損失距離（DL）3部分組成的，其中，DF是成績組成的主要部分，受出手因素影響也最大；DA主要受鐵餅姿態(tài)以及空氣動(dòng)力學(xué)影響，但是，鐵餅的飛行姿態(tài)取決于人體-鐵餅系統(tǒng)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和最后用力后鐵餅出手瞬間的姿態(tài)［21］。近年來，國內(nèi)關(guān)于人體和鐵餅的三維解析和線性分析的研究相對較多，如李建臣（2001）、王廣楠（2010）等對男子鐵餅運(yùn)動(dòng)員的重心移動(dòng)速度、肩髖角、軌跡長等技術(shù)進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；董文梅等（2000）、賈文彤等（2002）、Yu等（2002）、Leigh等（2007，2008，2010）、Dai等（2013）等從動(dòng)作階段的用時(shí)、旋轉(zhuǎn)節(jié)奏、肩髖角、線速度、角速度、鐵餅位置等對女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員技術(shù)特征進(jìn)行分析；王琨等（2010）、李明哲（2010）、趙嵩（2012）等分析了鐵餅投擲中的肌肉用力特征。但是，對于人體-鐵餅組成的系統(tǒng)整體旋轉(zhuǎn)效果的研究較少，其中，運(yùn)用人體-鐵餅系統(tǒng)角動(dòng)量探討整個(gè)投擲過程中身體控制和旋轉(zhuǎn)效果的研究就更少。Dapena等（1989）指出：人體-鏈球系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)效果對于鏈球成績有顯著的影響。然而，對于同樣需要旋轉(zhuǎn)獲得動(dòng)能的擲鐵餅項(xiàng)目中的人體-鐵餅系統(tǒng)角動(dòng)量特征以及不同成績間的角動(dòng)量差異如何等問題并沒有明確的結(jié)論。本研究將運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)角動(dòng)量以及各坐標(biāo)軸方向的分角動(dòng)量等參數(shù)深入分析，旨在剖析在不同動(dòng)作階段各軸向角動(dòng)量參數(shù)的分布特征以及對成績的影響。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本研究為了避免運(yùn)動(dòng)員個(gè)體差異以及空氣動(dòng)力學(xué)等環(huán)境因素的影響，本文對北卡羅萊納大學(xué)于冰教授20余年的拍攝資料進(jìn)行了篩選，最終從98名女運(yùn)動(dòng)員的405投中確定了28名56投和122名男運(yùn)動(dòng)員的414投中確定了15名30投作為本研究的樣本。這86投是43名運(yùn)動(dòng)員在同一年、同一場比賽中最好（最遠(yuǎn)）的1投和較差的1投，且此2投的成績差大于5 m作為篩選的標(biāo)準(zhǔn)。所有的樣本均是全美高水平運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源包括1990年、1997—2016年的全美室外錦標(biāo)賽和奧運(yùn)會(huì)選拔賽等重大賽事，成績和級(jí)別均達(dá)到國際水準(zhǔn)，具有很好的代表性。

2.2 研究方法

2.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

攝像系統(tǒng)：采用兩臺(tái)S-VHS攝像機(jī)分別從投擲圈的右面和后面進(jìn)行3維拍攝，拍攝頻率60幀/s，快門速度1/1 000 s。全程不停機(jī)。

坐標(biāo)系與參考點(diǎn)：在比賽前和賽后分別采用24點(diǎn)的Peak框架（長2.5 m，寬2 m，高2.5 m）進(jìn)行標(biāo)定，坐標(biāo)系設(shè)定為：X軸指向落地區(qū)方向，Y軸水平指向左側(cè)，Z軸垂直向上。同時(shí)，在投擲圈周圍選取了5個(gè)參考點(diǎn)，作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算和同步標(biāo)定的參考點(diǎn)（圖1、圖2、圖3）。

圖1 放置于右側(cè)的攝像機(jī)拍攝的標(biāo)定框架Figure 1． The Calibration Frame from the Camera on the Right

圖3 坐標(biāo)系設(shè)定平面圖Figure 3. The Graph of Coordinate Setting

2.2.2 數(shù)據(jù)采集與計(jì)算

動(dòng)作階段劃分：根據(jù)投擲鐵餅技術(shù)原理和動(dòng)作組成，依據(jù)6個(gè)特殊的時(shí)刻點(diǎn)（時(shí)相）劃分為5個(gè)階段。6個(gè)時(shí)相分別為：最大后擺、右腳離地、左腳離地、右腳著地、左腳著地、出手瞬間；5個(gè)階段分別為：進(jìn)入旋轉(zhuǎn)雙支撐階段、左腳單支撐旋轉(zhuǎn)階段、騰空階段、右腳單支撐旋轉(zhuǎn)階段、雙支撐最后用力階段。

人體數(shù)字化處理：選擇21個(gè)人體關(guān)節(jié)點(diǎn)的漢森納人體模型和鐵餅的中心為計(jì)算點(diǎn)。畫面截取以準(zhǔn)備姿勢鐵餅最大后擺的前4幀開始，逐幀進(jìn)行手工點(diǎn)點(diǎn)數(shù)字化處理。3-D圖像合成采用DLT計(jì)算方法獲得人體三維運(yùn)動(dòng)的空間坐標(biāo)，計(jì)算有關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。數(shù)據(jù)解析效度：最大誤差小于15 mm情況下平均計(jì)算誤差小于10 mm。

參數(shù)計(jì)算：采用Hay（1977）提出的由21個(gè)人體關(guān)節(jié)點(diǎn)組成的14個(gè)剛體模型，參考了Clauser等 （1969）、Hinrichs等（1990）、Dumas （2007）的環(huán)節(jié)質(zhì)量、質(zhì)心修正方法計(jì)算各環(huán)節(jié)質(zhì)心和整體質(zhì)心；Whittsett （1963）環(huán)節(jié)慣性力矩、Dapena（1978）提出的角動(dòng)量等研究成果作為角動(dòng)量計(jì)算依據(jù)。如質(zhì)心速度定義為質(zhì)心坐標(biāo)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；上肢、下肢、頭的角速度定義為其長軸方向變化的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；時(shí)間導(dǎo)數(shù)采用中心微分法；軀干的角速度計(jì)算采用歐拉角參數(shù)計(jì)算；環(huán)節(jié)角動(dòng)量采用相對于整體的局部角動(dòng)量和遠(yuǎn)程角動(dòng)量之和進(jìn)行計(jì)算；角動(dòng)量計(jì)算采用角速度和環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的乘積；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算采用的是環(huán)節(jié)質(zhì)量和環(huán)節(jié)質(zhì)心與長軸的半徑；根據(jù)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算編程。軟件系統(tǒng)采用動(dòng)作軟件——鐵餅分析計(jì)算程序包（Motion Soft Discus Analysis computer program package，Motion Soft Inc.，Chapel Hill，NC）。為了減少運(yùn)動(dòng)員體重、身高等因素的影響，本研究中采用體重和標(biāo)準(zhǔn)身高的平方計(jì)算全身系統(tǒng)角動(dòng)量的標(biāo)準(zhǔn)化值。

系統(tǒng)角動(dòng)量的方向界定：遵守右手螺旋法則，大拇指指向坐標(biāo)軸的方向，以4指方向依次確定各軸的旋轉(zhuǎn)方向。圍繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量，向左為負(fù)，向右為正；圍繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量，向后（投擲的反方向）為負(fù)，向前（投擲方向）為正；圍繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量，俯視條件下，順時(shí)針為負(fù)，逆時(shí)針為正。

2.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有有效數(shù)據(jù)經(jīng)過Excel軟件整理和計(jì)算，最終采用配對 t 檢驗(yàn)的方法對每組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，顯著性水平選擇為P＜0.05水平。

3 結(jié)果與討論

3.1 比賽成績分析

表1 選取研究對象的平均投擲成績以及成績組成Table 1 The Average Throw Distance and the Distance Composition of the Selected Subjects

從表1可以看出，在總成績（DO）的構(gòu)成中除了損失距離（DL）未呈現(xiàn)顯著性差異外，其余各項(xiàng)均呈現(xiàn)顯著性差異（P＜0.05）。雖然真空飛行距離（DF）占據(jù)很大比例，其次是空氣動(dòng)力學(xué)距離（DA），但是，進(jìn)一步觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論女運(yùn)動(dòng)員，還是男運(yùn)動(dòng)員，保證其更大的空氣動(dòng)力學(xué)距離對獲得更好的成績更重要，是主要的決定因素。因?yàn)樵谧钸h(yuǎn)和較差的兩投中真空飛行距離相差僅1.43 m（女子）和2.35 m（男子），而空氣動(dòng)力學(xué)距離的差值則達(dá)到了4.98 m（女子）和4.41 m（男子），這一差值分別占總成績差值的77.45%（女子）和65.43%（男子）。由此可見，在保證真空飛行距離的基礎(chǔ)上，增加空氣動(dòng)力學(xué)距離是創(chuàng)造更好成績的主要因素。雖然有文獻(xiàn)指出：影響成績的主要因素有出手瞬間鐵餅的姿態(tài)（出手角度、傾角、攻角、自轉(zhuǎn)速度、出手速度等）、空氣動(dòng)力學(xué)（空氣密度、氣流速度、風(fēng)向）等［16，21，23-25，27］，但是本研究選取的是同一場比賽中同一名運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)，

因此，環(huán)境因素和運(yùn)動(dòng)員間的個(gè)體因素可以忽略。由此可見，主要是投擲的技術(shù)因素，特別是投擲過程中的旋轉(zhuǎn)技術(shù)和旋轉(zhuǎn)效果，這也是獲得最佳的出手效果和飛行效果的訓(xùn)練關(guān)注點(diǎn)。下文將對此展開對比分析。

3.2 女運(yùn)動(dòng)員投擲過程中的角動(dòng)量分布特征分析

表2 女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員投擲過程中的角動(dòng)量分布Table 2 The Distribution of Normalized Angular Momentum during Throwing for Female Discus Throwers

表2可以看出，女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)投擲的旋轉(zhuǎn)過程中，人體-鐵餅系統(tǒng)的總角動(dòng)量是逐漸增加的，且在左腳離地瞬間和左腳著地瞬間存在顯著性差異，這一特征既說明了鐵餅投擲過程中系統(tǒng)總角動(dòng)量逐漸遞增符合投擲技術(shù)動(dòng)作能量傳遞的生物力學(xué)要求，也說明獲得更遠(yuǎn)飛行距離的必備條件——運(yùn)動(dòng)員在騰空階段和右腳單支撐旋轉(zhuǎn)的過渡階段應(yīng)適當(dāng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，即要想獲得理想的出手狀態(tài)，合理控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)總動(dòng)量是非常重要的，特別是X軸向向左轉(zhuǎn)動(dòng)不是越大越好，此階段應(yīng)控制系統(tǒng)負(fù)角動(dòng)量的數(shù)值，同時(shí)應(yīng)重視增大Z軸向的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

首先，在右腳離地瞬間，即進(jìn)入旋轉(zhuǎn)前的雙支撐啟動(dòng)階段中，系統(tǒng)總角動(dòng)量以及各軸向的分角動(dòng)量在遠(yuǎn)投和近投時(shí)不存在顯著性差異（P＞0.05）。因?yàn)樵撾A段的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)移身體重心至左腳支撐上方，獲得穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)軸，角速度相對較慢，半徑相對固定。但是，兩組間在X軸和Y軸向上存在數(shù)值的差異（盡管未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著性），該差異也說明了投擲距離較近時(shí)與投擲距離較遠(yuǎn)時(shí)相比，在啟動(dòng)階段運(yùn)動(dòng)員身體向左轉(zhuǎn)動(dòng)較大，向投擲方向轉(zhuǎn)動(dòng)不足，這可能是破壞后續(xù)動(dòng)作加速節(jié)奏的主要因素之一。

其次，進(jìn)入左腳單支撐旋轉(zhuǎn)和離地騰空階段后，投擲距離較近時(shí)與投擲距離較遠(yuǎn)時(shí)相比，X軸向的角動(dòng)量存在顯著性差異，即投擲距離較近時(shí)，該階段的人體-鐵餅系統(tǒng)產(chǎn)生了過大的側(cè)向角動(dòng)量，這一側(cè)向角動(dòng)量將破壞系統(tǒng)有序地穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，以及人體和鐵餅的姿態(tài)，導(dǎo)致后續(xù)動(dòng)作無法在合理姿態(tài)下合理地完成動(dòng)作，進(jìn)而可能影響到Z軸向角動(dòng)量的有效轉(zhuǎn)化和增加。

最后，由于前序階段中運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作的不穩(wěn)定，導(dǎo)致后續(xù)右腳單支撐旋轉(zhuǎn)階段以及最后用力階段，投擲距離較近時(shí)與投擲距離較遠(yuǎn)時(shí)相比，運(yùn)動(dòng)員在X軸向負(fù)角動(dòng)量明顯過大，而Z軸向正角動(dòng)量明顯不足，即投擲距離較近時(shí)運(yùn)動(dòng)員向投擲方向的轉(zhuǎn)動(dòng)效果明顯不足，進(jìn)而無法獲得理想的出手效果，影響了真空飛行距離和空氣動(dòng)力學(xué)距離。

3.3 男運(yùn)動(dòng)員投擲過程中的角動(dòng)量分布特征分析

表3可以看出，男子鐵餅運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)投擲過程中人體-鐵餅系統(tǒng)的總角動(dòng)量呈現(xiàn)和女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員基本一致的特征，均是逐漸增加，但在具體特征方面又存在明顯的區(qū)別。女運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)為投擲距離較近的運(yùn)動(dòng)員在旋轉(zhuǎn)過程中的系統(tǒng)角動(dòng)量過大破壞了投擲技術(shù)動(dòng)作的加速節(jié)奏，而男運(yùn)動(dòng)員則表現(xiàn)為投擲距離較遠(yuǎn)時(shí)比投擲距離較近時(shí)在系統(tǒng)總角動(dòng)量的遞增節(jié)奏上更為平滑、流暢，但是，投擲距離較近時(shí)表現(xiàn)為在最后用力階段之前的系統(tǒng)總角動(dòng)量偏小，即動(dòng)力不足，到最后用力階段又突然增大，且這種增大并不是來源于Z軸向，而是來源于X軸向的負(fù)角動(dòng)量增加，因此，產(chǎn)生過大的身體傾斜破壞了最后的最佳出手條件，這可能是影響DF、DA的主要原因。這種現(xiàn)象可能與男運(yùn)動(dòng)員最后階段靠力量投和采用跳投技術(shù)有關(guān)。

從各階段3個(gè)軸向的系統(tǒng)分角動(dòng)量可以看出，在進(jìn)入右腳單支撐旋轉(zhuǎn)階段之前，投擲距離較遠(yuǎn)時(shí)和投擲距離較近時(shí)兩組數(shù)據(jù)在各軸向的角動(dòng)量上不存在顯著性差異（P＞0.05），即男運(yùn)動(dòng)員無論在投擲較遠(yuǎn)時(shí)，還是投擲較近時(shí)，此階段技術(shù)動(dòng)作相對比較穩(wěn)定，身體姿態(tài)固定，可重復(fù)性強(qiáng)。但是，進(jìn)入右腳單支撐旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化階段時(shí)，兩組間在X軸向和Y軸向的系統(tǒng)角動(dòng)量上均存在顯著性差異，這種差異表現(xiàn)為投擲距離較短時(shí)運(yùn)動(dòng)員在X軸向上產(chǎn)生了較大的負(fù)角動(dòng)量，即系統(tǒng)質(zhì)心產(chǎn)生了偏左的過大旋轉(zhuǎn)，偏離直角坐標(biāo)系，影響旋轉(zhuǎn)效果；而在Y軸向的正角動(dòng)量又顯著偏小，即向投擲方向的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量也不足；Z軸向也未產(chǎn)生較大的角動(dòng)量，即人體-鐵餅系統(tǒng)向前轉(zhuǎn)動(dòng)不足，進(jìn)而影響了產(chǎn)生較大的系統(tǒng)總角動(dòng)量。

表3 男子鐵餅運(yùn)動(dòng)員投擲過程中的角動(dòng)量分布Table 3 The Distribution of Normalized Angular Momentum during Throwing for Male Discus Throwers

到了最后用力階段，盡管在各軸向的系統(tǒng)角動(dòng)量分布不存在顯著性差異（P＞0.05），但仍可以看出，投擲較遠(yuǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)員在X軸向和Z軸向的旋轉(zhuǎn)控制相對更合理，向投擲方向的轉(zhuǎn)動(dòng)更佳，可能為鐵餅獲得更佳的出手效果奠定了基礎(chǔ)。這也說明了男子鐵餅運(yùn)動(dòng)員在投擲過程中，更應(yīng)該注重后程的身體姿勢控制，特別是控制向左的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，提高向投擲方向的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)量，可能是獲得更佳投擲距離的突破口。

3.4 系統(tǒng)角動(dòng)量分析對擲鐵餅的訓(xùn)練啟示

通過上面的分析可以看出，控制旋轉(zhuǎn)過程中的系統(tǒng)角動(dòng)量以及各坐標(biāo)軸的分角動(dòng)量是非常重要的。對女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員來說，在左腳單支撐期，應(yīng)該避免身體圍繞X軸的過多旋轉(zhuǎn)。人體-鐵餅系統(tǒng)質(zhì)心點(diǎn)應(yīng)該位于左腳支撐點(diǎn)的上方，支撐地面反作用力將減少X軸的正角動(dòng)量，保持合理的身體姿勢；在騰空以及右腳單支撐階段，應(yīng)避免身體-系統(tǒng)質(zhì)心偏離支撐點(diǎn)左側(cè)，這樣可以減少地面反作用力通過質(zhì)心產(chǎn)生過大的負(fù)角動(dòng)量，且不利于增加垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)效果，這與前人的動(dòng)力學(xué)研究結(jié)論一致（Yu，2002）；在左腳著地后的最后用力階段，應(yīng)該增加圍繞著Z軸的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，獲得更大的向前的動(dòng)量，且有效地傳遞到手臂末端至鐵餅。這可能主要與女子運(yùn)動(dòng)員所采用的出手后的緩沖技術(shù)有關(guān)，她們大多采用左側(cè)支撐的換步制動(dòng)式技術(shù)，決定了她們最后用力過程中角動(dòng)量分布的轉(zhuǎn)移。對男子運(yùn)動(dòng)員來講，主要體現(xiàn)在力量上，技術(shù)的差異不明顯，除轉(zhuǎn)化階段和最后用力早期階段在旋轉(zhuǎn)軸上存在差異外，其余均不存在顯著性差異，但是，男子鐵餅運(yùn)動(dòng)員應(yīng)該在左腳著地瞬間控制身體-鐵餅系統(tǒng)X軸的負(fù)旋轉(zhuǎn)，增加Y軸的正旋轉(zhuǎn)，即控制左腳著地瞬間身體左傾，保持在右腳和左腳支撐的垂直空間內(nèi)，同時(shí)利用右腳的蹬伸反作用力增加Y軸的系統(tǒng)正角動(dòng)量，即整體向前性，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為Z軸的旋轉(zhuǎn)角動(dòng)量，提升旋轉(zhuǎn)效果和出手效果。對男運(yùn)動(dòng)員來講，穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)節(jié)奏和加速能力更為重要，因此，發(fā)展相應(yīng)承受能力的下肢力量，特別是快速的超等長力量以及平衡控制能力是訓(xùn)練的關(guān)鍵。

總之，對男、女鐵餅運(yùn)動(dòng)員來講，控制右腳單支撐轉(zhuǎn)化階段的身體姿態(tài)以及恰當(dāng)?shù)牡派煊昧r(shí)機(jī)是非常關(guān)鍵的，也是獲得最佳旋轉(zhuǎn)效果的關(guān)鍵階段。

4 結(jié)論與建議

1. 空氣動(dòng)力學(xué)距離是影響高水平鐵餅運(yùn)動(dòng)員投擲成績的主要因素，與男運(yùn)動(dòng)員相比，女運(yùn)動(dòng)員受此影響更為明顯，其原因主要與轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的旋轉(zhuǎn)效果有關(guān)。

2. 高水平女子鐵餅運(yùn)動(dòng)員為了獲得更遠(yuǎn)的真空飛行距離，應(yīng)該在左腳離地、左腳著地以及出手瞬間控制人體-鐵餅系統(tǒng)圍繞著X軸的負(fù)旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，在左腳著地和最后用力階段增加人體-鐵餅系統(tǒng)圍繞著Z軸的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。也就是說，女運(yùn)動(dòng)員在騰空過渡階段盡可能減少身體向左側(cè)的傾倒，在最后用力以及出手時(shí)應(yīng)繼續(xù)保證身體圍繞著以左側(cè)支撐為旋轉(zhuǎn)軸的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，不能過早制動(dòng)，建議有能力的女運(yùn)動(dòng)員可以嘗試男運(yùn)動(dòng)員的跳投出手技術(shù)，即采用繼續(xù)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的隨前緩沖技術(shù)。

3. 高水平男子鐵餅運(yùn)動(dòng)員為了獲得更遠(yuǎn)的真空飛行距離，在保證前程技術(shù)穩(wěn)定的前提下，應(yīng)控制左腳著地時(shí)人體-鐵餅系統(tǒng)圍繞著X軸的負(fù)旋轉(zhuǎn)、增加圍繞著Y軸的正旋轉(zhuǎn)，即提高人體-鐵餅系統(tǒng)的向前性，增加系統(tǒng)角動(dòng)量，提高出手效果。也就是說，男子運(yùn)動(dòng)員大多采用跳投加旋轉(zhuǎn)的出手技術(shù)，保證了圍繞Z軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，但是，影響了系統(tǒng)圍繞Y軸的正旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，制約了向前性。建議運(yùn)動(dòng)員在保證圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)增加鐵餅-人體系統(tǒng)的整體向前性。

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Study on Characteristics of the Thrower-discus System’s Angular Momentum during Rotating for Top Discus Thrower

The rotating effect was the main in fl uence factor in the discus throwing. The purpose of this study was to determine the relationship between rotation of the thrower-discus system and performance of discus throwing. Three-dimensional kinematic data were obtained from USA Track &Field biomechanical databases of discus throwing for 28 female and 15 male discus throwers. Each of these throwers had a long trial and a short trial in the same competition with the difference in offi cial distance between long and short trials longer than 5 m. The resultant angular momentum of the thrower-discus system and direction cosines of the angular momentum vector were calculated at fi ve critical instants of discus throwing，and compared between long and short trials. Results：1） Aerodynamic distance was the primary contributor to the increases in of fi cial distance of long trials，overall difference of Do，females were 77.45%，and males were 65.43%. 2） Elite female throwers had signi fi cantly less amount of angular momentum at left foot takeoff and left foot touchdown（ P≤0.023），less rotation in the negative direction of the anterior-posterior axis at the left foot takeoff，left foot touchdown，and release（ P≤0.007），and significant greater rotation in positive direction of the superior-inferior axis at the left foot touchdown and release（ P≤0.009） in long trials compared to short trials. 3） Elite male throwers had signi fi cantly less angular momentum in the negative direction of the anterior-posterior axis and in the positive direction of the left-right axis at the left foot touchdown（ P≤0.042），and signi fi cantly less amount of angular momentum at the release（ P=0.043）.Conclusion：Elite discus throwers should control the amount of rotations of the thrower-discus system，especially in the posterior direction of the anterior-posterior axis，while increase rotation in positive direction of the superior-inferior axis at the delivery.

top discus thrower；the thrower-discus system；angular momentum；vacuum fl ight distance；aerodynamic distance

G804.6

A

1000-677X（2017）10-0059-06

10. 16469/j. css. 201710007

2017-04-27；

2017-09-09

上海市人類運(yùn)動(dòng)能力開發(fā)與保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（11DZ2261100）。

李玉章，男，副教授，博士， 研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)訓(xùn)練科學(xué)監(jiān)控，Email：yuzhang07@126.com；劉宇，男，教授，博士，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、體育工程學(xué)，Email：yuliu@sus.edu.cn；劉卉，女，教授，博士，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)生物力學(xué)，Email：liuhuibupe@163.com。

1. 上海體育學(xué)院，上海 200438；2. 北京體育大學(xué) 運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)學(xué)院，北京 100084；3. 美國北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校 人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)中心，美國 教堂山 27599.

1.Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China；2.Beijing Sport University，Beijing 100084，China；3.University of North Carolina at Chapel Hill，Chapel Hill，NC USA 27599.