馬孝剛，史 兵

發(fā)球是網(wǎng)球比賽中最重要的一種擊球方式，也是一項(xiàng)完全由球員自身控制的封閉技術(shù)，通過(guò)發(fā)球可直接得分或占據(jù)進(jìn)攻優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)動(dòng)作復(fù)雜程度較高，身體參與環(huán)節(jié)較多，需要掌握精細(xì)化的技術(shù)動(dòng)作要領(lǐng)和身體表現(xiàn)，因此多數(shù)有關(guān)網(wǎng)球發(fā)球的研究集中在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)方面[1-4]。通過(guò)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究手段分析發(fā)球技術(shù)動(dòng)作，得出決定發(fā)球落點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)、力量和速度的共性規(guī)律，探究人體各環(huán)節(jié)部位的角色扮演，提高球員發(fā)球動(dòng)作技術(shù)質(zhì)量。網(wǎng)球發(fā)球也被認(rèn)為是最具損傷風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)動(dòng)作之一，表現(xiàn)為重復(fù)次數(shù)多和關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍大以及短時(shí)高強(qiáng)度特征，使肩、腰、腹、背等關(guān)節(jié)部位存在高損傷風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)[5，6]:網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員參賽60 場(chǎng)/年，發(fā)球50～150 次/場(chǎng)，不含訓(xùn)練時(shí)間，雙方累計(jì)發(fā)球約400次/場(chǎng)和擊球1 000 次/場(chǎng)，約占擊球總數(shù)的45%～60%，每次發(fā)球產(chǎn)生約4 000 W 能量，相當(dāng)于2 s 內(nèi)跑12 步。發(fā)球時(shí)各關(guān)節(jié)部位聚集高強(qiáng)度能量，如何通過(guò)高質(zhì)量力學(xué)技術(shù)動(dòng)作釋放關(guān)節(jié)能量降低損傷風(fēng)險(xiǎn)是關(guān)注的焦點(diǎn)。此外，網(wǎng)球球拍結(jié)構(gòu)生物力學(xué)特征與發(fā)球動(dòng)作規(guī)范性呈顯著性相關(guān)，并隨科技發(fā)展不斷更新，以提升擊球速度和旋轉(zhuǎn)，這與現(xiàn)代網(wǎng)球發(fā)展趨勢(shì)(力量與旋轉(zhuǎn))密切相關(guān)。球拍性能(材質(zhì)、質(zhì)量分布、慣性矩、“感覺(jué)”和線床等)的差異決定了發(fā)球質(zhì)量，也是預(yù)防損傷的重要因素[7-9]。本文通過(guò)回顧國(guó)內(nèi)外網(wǎng)球發(fā)球力學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)，旨在對(duì)比國(guó)內(nèi)外網(wǎng)球發(fā)球力學(xué)研究差異性，總結(jié)發(fā)球技術(shù)動(dòng)作規(guī)律、探索各環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷力學(xué)特征和明確球拍器械參數(shù)對(duì)擊球的影響，為網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員發(fā)球力學(xué)特征提供理論依據(jù)。

1 國(guó)內(nèi)外網(wǎng)球發(fā)球力學(xué)研究差異

以“網(wǎng)球發(fā)球”和“Tennis Serve”為主題詞檢索國(guó)內(nèi)CNKI(期刊及碩博論文)、國(guó)外Web of Science 和PubMed 數(shù)據(jù)庫(kù)，時(shí)間截止至2019 年6 月30 日。共計(jì)國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)386篇，國(guó)外文獻(xiàn)282 篇，對(duì)所獲文獻(xiàn)進(jìn)行人工處理，手動(dòng)查閱文獻(xiàn)內(nèi)容，剔除無(wú)關(guān)文獻(xiàn)，經(jīng)篩選得出國(guó)內(nèi)37 篇，國(guó)外116 篇。對(duì)比國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)其差異主要體現(xiàn)在研究主題，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析思路。

1.1 研究主題

國(guó)外研究始于20 世紀(jì)60 年代末，發(fā)文量逐年遞增，國(guó)內(nèi)研究相對(duì)較晚，自2010 年后處于滯留狀態(tài)。經(jīng)對(duì)比得出，國(guó)內(nèi)研究主題單一，國(guó)外研究精細(xì)且全面。國(guó)外對(duì)各種類發(fā)球技術(shù)都進(jìn)行了深入分析，如平擊發(fā)球[10-11]、側(cè)上旋發(fā)球和側(cè)旋發(fā)球[12-13]，一發(fā)和二發(fā)[14]，F(xiàn)oot up 和Foot back[15]，成功與失誤[16]、縮簡(jiǎn)和傳統(tǒng)發(fā)球方式[17]等。發(fā)球時(shí)各環(huán)節(jié)發(fā)力特征及角色扮演也引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注，對(duì)上肢[9]、軀干[18]、下肢[1]等部位都進(jìn)行了針對(duì)性剖析，精確標(biāo)記肩胛骨[3，12]和脊柱[19]等區(qū)域，分析其損傷力學(xué)致因。而國(guó)內(nèi)網(wǎng)球發(fā)球力學(xué)分析主要集中在大力發(fā)球和第一次發(fā)球[20-22]，僅數(shù)篇文獻(xiàn)報(bào)道上旋和側(cè)上旋發(fā)球的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征[23]，對(duì)各環(huán)節(jié)部位的研究寥寥無(wú)幾，缺少運(yùn)用力學(xué)手段分析發(fā)球損傷致因的研究。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)球發(fā)球?qū)俑呔?xì)化的技術(shù)動(dòng)作，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)變量包括站位方式、發(fā)球落點(diǎn)、階段劃分和飛行軌跡等。國(guó)內(nèi)外對(duì)比得出，國(guó)外學(xué)者的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加嚴(yán)謹(jǐn)和精細(xì)。均強(qiáng)調(diào)發(fā)球落點(diǎn)區(qū)域，面積為1 m2[10，11]、1 × 2 m2[8]、1.5 m2[15]、1 × 1.5 m2[24-25]，而國(guó)內(nèi)僅數(shù)篇文獻(xiàn)設(shè)計(jì)落點(diǎn)因素[26-27]。此外，發(fā)球動(dòng)作階段劃分詳細(xì)，根據(jù)技術(shù)特征分為數(shù)個(gè)小階段，根據(jù)研究角度選取各階段關(guān)鍵指標(biāo)。階段劃分包括以下種類:3階段[28]、4 階段[3，11]、6 階段[10]、8 階段[29]，而國(guó)內(nèi)僅為1 種階段劃分方式(拋球引拍-撓背-揮拍擊球-隨揮)。

1.3 分析思路

從網(wǎng)球發(fā)球動(dòng)作的實(shí)質(zhì)來(lái)看，國(guó)外研究概括了人體參數(shù)和器械參數(shù)在空間范圍和時(shí)間維度上的動(dòng)態(tài)化特征。如表1，肩關(guān)節(jié)內(nèi)旋/外旋、屈/伸、內(nèi)收/外展等，軀干屈/伸、內(nèi)旋/外旋、后傾等)。發(fā)球時(shí)網(wǎng)球的運(yùn)動(dòng)參數(shù)有拋球時(shí)角度、速度和高度，擊球后球速、轉(zhuǎn)速和角度。各指標(biāo)都應(yīng)從3 個(gè)平面的分量進(jìn)行分析，絕對(duì)速度并不能代表總體效果，如不同落點(diǎn)發(fā)球擊球時(shí)刻各分速度存在較大差異性?？傮w得出，國(guó)外的指標(biāo)涉及較廣，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)指標(biāo)均有體現(xiàn)，而國(guó)內(nèi)網(wǎng)球發(fā)球力學(xué)分析中以運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)為主，有關(guān)器械的力學(xué)分析較少。

表1 各階段關(guān)鍵指標(biāo)[1,2,14]Table 1 List of key indicators of each stage

2 不同發(fā)球類型的力學(xué)特征

2.1 常規(guī)發(fā)球類型的力學(xué)特征

常規(guī)發(fā)球類型包括3 種技術(shù)，平擊、上旋和側(cè)上旋發(fā)球。網(wǎng)球發(fā)球意在通過(guò)球員自身控制力量、速度、落點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)等因素爭(zhēng)取主動(dòng)得分，從拋球到擊球受多種因素影響。網(wǎng)球發(fā)球?qū)儆谧韵轮辽系牧α總鲗?dǎo)順序，其傳遞效率是影響擊球質(zhì)量的核心要素。研究表明[13，18，28]:肩內(nèi)旋貢獻(xiàn)率為(41.1%)，腕關(guān)節(jié)屈(31.7%)，約占拍頭總速度的30%，肘關(guān)節(jié)內(nèi)旋和伸動(dòng)作還決定球拍空間位置。此外，肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍(ROM)和內(nèi)旋速度也是影響棒球[30]、手球扔球[31]和排球扣球[32]球速的關(guān)鍵指標(biāo)。也有學(xué)者持相反觀點(diǎn)[6，8，28]，認(rèn)為擊球時(shí)刻平擊發(fā)球直接得分(Ace)不僅取決于擊球速度，擊球落點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)也占重要比重。Whiteside[25]統(tǒng)計(jì)澳網(wǎng)公開(kāi)賽151 名男子網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員的25 680 次發(fā)球數(shù)據(jù)(擊球位置、速度、擊球水平角、落點(diǎn)位置和相對(duì)球員位置)，得出Ace 取決于精準(zhǔn)度，而不是速度。當(dāng)Serve Angle(擊球點(diǎn)-落點(diǎn)連線與擊球點(diǎn)球員站位位置連線在水平面的投影角)﹥5.88°，落點(diǎn)離發(fā)球區(qū)域邊線距離小于15.27 cm 時(shí)，Ace 成功率最高。

人體形態(tài)學(xué)指標(biāo)對(duì)發(fā)球速度影響較大，高身材長(zhǎng)肢體擊球點(diǎn)就越高，入射角越大，發(fā)球成功率就越高，速度也就越快。Vaverka[33]等指出身高與一發(fā)最快速度、一發(fā)平均速度的相關(guān)系數(shù)R 為(男0.48～0.64，女0.48～0.59)。與二發(fā)平均速度相關(guān)性R 為(男0.20～0.50，女0.24～0.42)。Fett[2]得出臂展、身高和體重影響男子和女子發(fā)球速度的相關(guān)系數(shù)R 分別為(R=0.31～0.52；R=0.26～0.38)、(R=0.44～0.57；R=0.35～0.39)和(0.37～0.56；R=0.24～0.36)。但學(xué)者們[3，10，11]普遍認(rèn)為身高并不是影響發(fā)球速度的核心因素，平擊發(fā)球速度更取決于訓(xùn)練指導(dǎo)和技術(shù)水平因素，各環(huán)節(jié)肌群協(xié)調(diào)性收縮是技術(shù)嫻熟運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生高速發(fā)球的關(guān)鍵。

常見(jiàn)3 種發(fā)球類型都各具旋轉(zhuǎn)、落點(diǎn)和分速度等差異，表現(xiàn)在擊球點(diǎn)空間位置、角度、分速度和旋轉(zhuǎn)。擊球點(diǎn)(Ball Impact)，側(cè)上旋發(fā)球擊球點(diǎn)靠近球員頭頂中心位置，平擊發(fā)球擊球點(diǎn)更靠前，側(cè)上旋外角發(fā)球擊球點(diǎn)更靠近左側(cè)。擊球點(diǎn)空間位置取決于拋球方式，而早期學(xué)者們[34，35]就提出教練員應(yīng)當(dāng)要求每一種發(fā)球及不同落點(diǎn)發(fā)球使用同一種拋球方式，因?yàn)閽伹蚍绞讲町愋詴?huì)使接發(fā)球方易預(yù)判出發(fā)球的規(guī)律。Reid[20]等人得出，平擊發(fā)球的水平速度和拍頭速度較高，側(cè)上旋發(fā)球橫向和垂直速度分量較大。Vorobie[36]等人指出，側(cè)上旋發(fā)球時(shí)拍頭垂直和水平速度顯著大于平擊發(fā)球。研究得出[16，28，34]3 種發(fā)球類型擊球轉(zhuǎn)速分別為平擊球(127.4 ±56.3) rad/s、側(cè)旋球(232.1 ±34.8) rad/s 和側(cè)上旋球(336.5 ±51.5) rad/s。水平合成速度是(52.0 ±2.9)m/s、(46.4 ±3.4) m/s 和(40.8 ±2.8) m/s，自轉(zhuǎn)軸與水平面(仰角)夾角分別為(65.68 ±10.28)°、(68.48 ±6.98)°和(54.58 ±8.48)°。

2.2 特殊發(fā)球類型的力學(xué)特征

除上述3 種常規(guī)發(fā)球類型，由于技術(shù)動(dòng)作的特異性，還衍生出多種特殊發(fā)球類型。如:縮簡(jiǎn)與傳統(tǒng)發(fā)球、成功與失誤以及非完整發(fā)球技術(shù)動(dòng)作。網(wǎng)球發(fā)球成功與失誤的關(guān)鍵因素出現(xiàn)在擊球末端指標(biāo)，擊球前兩者的技術(shù)動(dòng)作無(wú)顯著性差異，可見(jiàn)擊球末端時(shí)刻的參數(shù)對(duì)發(fā)球成功率影響較大。職業(yè)網(wǎng)球教練員認(rèn)為[13，35]，應(yīng)當(dāng)隨機(jī)干預(yù)擊球前的一系列動(dòng)作，增加球員在非常規(guī)狀態(tài)下神經(jīng)肌肉補(bǔ)償?shù)母兄X(jué)能力和控制拍面的知覺(jué)反饋能力，即針對(duì)不可控條件下提高應(yīng)變調(diào)節(jié)能力?？s簡(jiǎn)發(fā)球(Abbreviated Serve)和傳統(tǒng)發(fā)球(Traditional Serve)的差異發(fā)生在引拍和撓背階段，縮間發(fā)球在引拍階段拍頭起始高度高于髖關(guān)節(jié)，且撓背階段拍頭下降幅度較小。Seeley[17]認(rèn)為縮簡(jiǎn)發(fā)球?qū)录〖‰娖骄穹^大，會(huì)增加患有肩傷史球員的損傷風(fēng)險(xiǎn)。因此，普遍認(rèn)為縮簡(jiǎn)發(fā)球不應(yīng)被宣傳為一種較好的發(fā)球技術(shù)?！胺?wù)員”發(fā)球(Waiter's Serve， WS)[25]，是一種初學(xué)選手經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤發(fā)球動(dòng)作，撓背時(shí)刻球拍與地面平行，建議教學(xué)訓(xùn)練時(shí)教練應(yīng)該專注球員在撓背時(shí)刻手腕伸和肩膀外展動(dòng)作。

綜上得出，肩關(guān)節(jié)內(nèi)旋決定了發(fā)球速度，肘腕關(guān)節(jié)控制擊球方向和貢獻(xiàn)速度，發(fā)球質(zhì)量更受擊球落點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)因素影響。人體形態(tài)學(xué)特征、訓(xùn)練學(xué)因素和技術(shù)水平共同決定了發(fā)球的擊球速度。揮拍擊球階段是決定不同類型和落點(diǎn)發(fā)球的關(guān)鍵時(shí)刻，發(fā)球成功與否取決于擊球點(diǎn)的指標(biāo)參數(shù)，擊球前一系列準(zhǔn)備動(dòng)作應(yīng)具備高度一致性，提高發(fā)球的隱蔽性。關(guān)注常規(guī)發(fā)球技術(shù)動(dòng)作的同時(shí)，還需總結(jié)特異性發(fā)球技術(shù)的規(guī)律性特征。實(shí)踐應(yīng)用中，教練員應(yīng)當(dāng)綜合多種因素(速度、角度、落點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)及個(gè)體差異等)指導(dǎo)網(wǎng)球發(fā)球技術(shù)動(dòng)作。

3 網(wǎng)球發(fā)球各環(huán)節(jié)部位的損傷力學(xué)特征

3.1 肩關(guān)節(jié)損傷力學(xué)特征

肩關(guān)節(jié)是軀干和臂拍復(fù)合體鏈接的紐帶，將力量從下肢和軀干轉(zhuǎn)移至擊球點(diǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳遞力量約占總力量的20%，其特殊生理結(jié)構(gòu)導(dǎo)致活動(dòng)范圍較大且缺乏穩(wěn)定性。Pluim[37]等人報(bào)導(dǎo)，20%到50%的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員都存在肩關(guān)節(jié)損傷史，常見(jiàn)的肩部損傷包括肩峰下疼痛綜合征、肩袖病變和上唇前后撕裂(SLAP)，多發(fā)生在撓背和隨揮階段，及力量的蓄積和釋放環(huán)節(jié)。網(wǎng)球發(fā)球使肩關(guān)節(jié)內(nèi)部多次重復(fù)接觸(肱骨頭大結(jié)節(jié)與肩胛盂后上區(qū))導(dǎo)致肩袖肌腱病變，軟骨和肌腱過(guò)度受壓。

撓背初期預(yù)拉伸肌肉初始長(zhǎng)度，使肩關(guān)節(jié)快速外旋，是教練員需要著重關(guān)注的時(shí)期。撓背后期肱骨外展和外旋速度下降，肩胛骨上旋增加，然后外旋后傾達(dá)到最大肱骨外旋。加速階段肩胛向前旋轉(zhuǎn)并傾斜，以達(dá)到最大拍頭高度。肩胛骨后傾斜角度從0°到27°，同時(shí)外旋從6°到9°，保持上旋(32°)達(dá)到肱最大外部旋轉(zhuǎn)(138°)。隨揮階段需要通過(guò)肩關(guān)節(jié)內(nèi)下旋來(lái)釋放關(guān)節(jié)內(nèi)部的能量，大多數(shù)肌群用于控制過(guò)度拉伸負(fù)荷。此外Martin[4]通過(guò)逆向動(dòng)力學(xué)計(jì)算各環(huán)節(jié)的能量流失狀況，發(fā)現(xiàn)技術(shù)水平較低和患有肩傷史球員能量傳遞效率較低，導(dǎo)致其他關(guān)節(jié)出現(xiàn)力量代償，導(dǎo)致?lián)p傷風(fēng)險(xiǎn)也就越高。

3.2 軀干損傷力學(xué)特征

骨盆連接下肢和軀干，腹部連接骨盆和上軀干，腹背肌群是力量傳導(dǎo)的重要環(huán)節(jié)，下腰椎區(qū)域(L3 -L5)是損傷風(fēng)險(xiǎn)最大的區(qū)域[20]。此外，據(jù)統(tǒng)計(jì)青少年網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員受腰腹損傷導(dǎo)致缺席比賽的風(fēng)險(xiǎn)最大[29]。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員軀干損傷為腹部肌群拉傷和腰部損傷，腹直肌是最常見(jiàn)的損傷肌群，撓背階段腹直肌被強(qiáng)行拉長(zhǎng)收縮是公認(rèn)的損傷致因。腹部肌群出現(xiàn)障礙是出現(xiàn)局部損傷的潛在危險(xiǎn)來(lái)源，導(dǎo)致能量流失和關(guān)節(jié)代償現(xiàn)象。側(cè)上旋發(fā)球背部和肩部的損傷風(fēng)險(xiǎn)較大，均發(fā)生在撓背后期階段，軀干過(guò)度后傾和肩關(guān)節(jié)外展導(dǎo)致脊柱和肩內(nèi)肌群承受較大負(fù)荷。但迄今為止，關(guān)于網(wǎng)球腰部損傷和疼痛潛在機(jī)制的研究較少，阻礙了損傷預(yù)防和管理策略的發(fā)展。

3.3 下肢損傷力學(xué)部位

網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員下肢損傷發(fā)生在底線移動(dòng)擊球中，發(fā)球?qū)е孪轮珦p傷因素較少。但其在發(fā)球中的角色不容忽視，下肢是發(fā)球動(dòng)力鏈的“起點(diǎn)”，直接影響拍頭速度、球速和揮拍擊球的準(zhǔn)確性。如Fett[2]指出，單純下肢力量(如CMJ)與球速無(wú)相關(guān)性，主要提高動(dòng)力鏈傳導(dǎo)的協(xié)調(diào)性。發(fā)球常采用的兩種站位方式中，相比FB 發(fā)球技術(shù)，F(xiàn)U 技術(shù)發(fā)球時(shí)地面的垂直反作用力峰值更大，產(chǎn)生更大的水平制動(dòng)力，限制身體前移的線性動(dòng)量和角動(dòng)量。Martin[4]探究了上網(wǎng)時(shí)間和球速在兩種發(fā)球技術(shù)之間是否存在差異，得出:FB 發(fā)球技術(shù)的上網(wǎng)時(shí)間較短，F(xiàn)U 發(fā)球速度較高，F(xiàn)B 發(fā)球站位方式是發(fā)球上網(wǎng)技術(shù)的最佳選擇。

綜上所述，肩關(guān)節(jié)和腰部損傷發(fā)生率較高，下肢更多扮演著協(xié)調(diào)動(dòng)力鏈的傳導(dǎo)作用，損傷多發(fā)生在撓背和隨揮階段。肩關(guān)節(jié)損傷類型有肩峰下疼痛綜合征、肩袖病變和上唇前后撕裂(SLAP)，下腰椎區(qū)域(L3 -L5)是損傷風(fēng)險(xiǎn)最大的區(qū)域。實(shí)踐應(yīng)用中，教練員應(yīng)當(dāng)從青少年時(shí)期就關(guān)注損傷致因、損傷部位及預(yù)防策略，實(shí)時(shí)監(jiān)控高損傷部位的動(dòng)態(tài)變化。

4 網(wǎng)球拍結(jié)構(gòu)的力學(xué)研究

自20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)和材料徹底改變了網(wǎng)球拍的物理特性，旨在提高擊球速度和旋轉(zhuǎn)。模擬顯示，與19 世紀(jì)70 年代球拍相比，現(xiàn)代球拍擊球速度提高了18%。1981 年國(guó)際網(wǎng)球聯(lián)合會(huì)(ITF)為控制球拍設(shè)計(jì)，限制了球拍尺寸和面積。網(wǎng)球拍是傳遞擊球力量的終端，它與球員之間的相互作用對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、傷病預(yù)防和舒適度起著重要的作用。擊球時(shí)球拍作為一個(gè)杠桿系統(tǒng)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)(如:材質(zhì)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量分布、拍線、慣性矩、“感覺(jué)”和揮拍質(zhì)量等)是決定擊球速度的重要因素[7-9]。

4.1 球拍材質(zhì)

網(wǎng)球拍材質(zhì)的演變推動(dòng)現(xiàn)代網(wǎng)球朝著力量化、速度化和精準(zhǔn)化的方向發(fā)展，經(jīng)歷了從木質(zhì)球拍—鋁合金—碳纖維—玻璃纖維—高級(jí)航天航空材料的過(guò)程。各大網(wǎng)球拍制造商運(yùn)用高端科技力量不斷創(chuàng)新球拍材質(zhì)，旨在減輕質(zhì)量、加固硬度、吸收擊球時(shí)的震動(dòng)力量，同時(shí)也為在擊球球感和性能方面提升空間，增加球員對(duì)球拍的感知覺(jué)，降低擊球后高震動(dòng)頻率對(duì)手臂的損傷，優(yōu)質(zhì)材料產(chǎn)生的震動(dòng)音效能夠?qū)β?tīng)覺(jué)產(chǎn)生愉悅感[34，38]。納米技術(shù)也運(yùn)用在網(wǎng)球拍設(shè)計(jì)上，研究指出納米材料的網(wǎng)球拍最大擊球區(qū)范圍較大，能夠提高球員擊球手感。采用納米材料制造的網(wǎng)球拍，不僅使拍框的強(qiáng)度和擊球威力明顯提升，而且使球拍性能更加出眾，增加了穩(wěn)定性，控球性能明顯提高，球速和旋轉(zhuǎn)結(jié)合得更加完美[7-8]。此外，網(wǎng)球拍材質(zhì)中也融入了科技元素，如百寶力Babolat 網(wǎng)球拍的專利技術(shù)Woofer 科技，它是一項(xiàng)滑輪加活塞效應(yīng)的應(yīng)用，能使拍框與網(wǎng)球線之間的互動(dòng)增強(qiáng)，而擴(kuò)大球拍甜區(qū)。其作用原理就像是擴(kuò)音裝置，只要輸入聲源，它就能有效地?cái)U(kuò)大共成鳴悅耳的音符。Woofer 技術(shù)讓威力型球拍更舒適，輕的球拍控球更好，準(zhǔn)型的球拍更有威力。

4.2 球拍質(zhì)量分布

球拍的各項(xiàng)特性中，質(zhì)量分布(Mass Distribution)是最重要的參數(shù)之一。可分為中性平衡、頭重或頭輕，取決于平衡點(diǎn)(重心)是在球拍的中間，接近頭部還是拍柄。研究表明[39]，球拍安慰劑效應(yīng)Placebo -Racket Effects 與運(yùn)動(dòng)表象訓(xùn)練能夠有效提升發(fā)球的準(zhǔn)確性。但對(duì)于增加揮重是否會(huì)提高擊球速度還存在爭(zhēng)議，如:部分學(xué)者[40]認(rèn)為增加揮重并不能提高球速，因?yàn)樵黾訐]重阻礙了發(fā)球時(shí)肩內(nèi)旋和腕關(guān)節(jié)屈，而這兩個(gè)動(dòng)作是影響擊球速度的核心因素。也有學(xué)者指出，假設(shè)揮拍速度和擊球點(diǎn)位置保持不變，增加揮重將產(chǎn)生更快的球速。Allen[7]等人指出，頭重的球拍，球的平均反彈速度要高出32%。然而，球拍重量分布的變化必然影響球員對(duì)球拍的控制，調(diào)整過(guò)度會(huì)無(wú)疑會(huì)增加損傷風(fēng)險(xiǎn)和疲勞，及使用過(guò)重的球拍會(huì)增加肩關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)。增加球拍質(zhì)量，胸大肌、背闊肌和肱二頭肌的激活水平下降，拍柄上增加質(zhì)量更易增加揮拍速度。拍頭中部對(duì)稱增加質(zhì)量會(huì)增加極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，當(dāng)球撞擊球拍側(cè)面時(shí)，球拍抵抗長(zhǎng)軸的扭轉(zhuǎn)力更大。

4.3 球拍慣性矩

慣性矩(Moment of Inertia，MOI)是一個(gè)物理量，通常被用作描述一個(gè)物體抵抗彎曲的能力。網(wǎng)球拍有3 個(gè)通過(guò)質(zhì)量中心作用于主軸的慣性矩MOI，慣性矩的變化會(huì)影響球拍在比賽中的表現(xiàn)。一般MOIs 定義冠狀軸(Ix)、橫軸(Iz)和極軸(Iy)，分別作用于橫向的面內(nèi)軸、面外軸和縱向軸。研究表明[38]，減小球拍慣性矩可以顯著提高發(fā)球時(shí)拍頭速度，尤其是橫向慣性矩的減少使運(yùn)動(dòng)員能夠更快地?fù)]拍，是現(xiàn)代比賽中發(fā)球速度提高的主要因素。逐步線性回歸模型表明，球拍質(zhì)量和質(zhì)量中心位置對(duì)拍柄轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響最大，寬拍頭對(duì)縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響最高。

撓背階段增加球拍極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與肩關(guān)節(jié)伸、外展力矩和肘關(guān)節(jié)伸力矩的增加顯著相關(guān)。揮拍擊球階段，隨著極慣性矩的增大，手腕伸峰值和徑向偏差力矩顯著增大[7，38]。隨揮階段，肩關(guān)節(jié)內(nèi)收、肘腕關(guān)節(jié)屈與極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)球員使用高極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的球拍時(shí)，肘腕部的關(guān)節(jié)力顯著增大。表明雖然較大的極慣性矩使運(yùn)動(dòng)員能夠更好地承受偏離甜區(qū)的擊球，但也會(huì)增加上肢額外負(fù)荷，增加損傷風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 球拍“感覺(jué)”

“感覺(jué)”被定義為擊球時(shí)所體驗(yàn)到的“身體和心理反饋”，四肢及視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上得到的正向反饋。運(yùn)動(dòng)員的觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)感受器在擊球過(guò)程中接收到的感覺(jué)是評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)器材感知質(zhì)量的重要因素。球拍制造商也致力于開(kāi)發(fā)用戶所期望的具有振動(dòng)音質(zhì)的球拍，擊球音質(zhì)來(lái)源于球拍的機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生的振動(dòng)頻率是舒適程度和預(yù)防網(wǎng)球肘的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。研究表明，握力越緊振動(dòng)減弱的速度就越快，靠近線床中心位置的擊球很少將震動(dòng)傳遞到手和手腕[9]。目前利用微機(jī)機(jī)電技術(shù)使用三軸加速度計(jì)和陀螺儀直接測(cè)量線性加速度和角速度的傳感器普遍用于訓(xùn)練中，有助于記錄擊球參數(shù)(如擊球次數(shù)、撞擊位置、擊球類型和速度)[8，38]。擊球次數(shù)是網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中體力消耗的一個(gè)重要標(biāo)志，對(duì)教練員和臨床醫(yī)生在訓(xùn)練監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)或損傷預(yù)防方面提供參考依據(jù)。增加結(jié)構(gòu)硬度通常會(huì)增加球的回彈速度。結(jié)構(gòu)硬度增加172%平均反彈速度增加約9%。

4.5 球拍線床

線床性能取決于材料、張力、厚度和粗糙度，較低的張力能產(chǎn)生更多的能量，較高的張力則能提供更多的控制。因?yàn)榍蚺呐c球接觸過(guò)程中主要是網(wǎng)球損失能量，約為擊球前能量的50%，而線床的效率要高得多，傳遞約90%～95%的能量。弦床的剛度于弦的形狀和張力、以及直徑和材料相關(guān)，網(wǎng)球弦有多種材料可供選擇，傳統(tǒng)的天然腸線是首選，但現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)向尼龍和聚酯等合成材料[41]。線床摩擦分為兩類，球和線及線間摩擦，摩擦系數(shù)取決于材料，尤其是表面涂層，通過(guò)涂上潤(rùn)滑劑或使表面粗糙增加球拍控制感。球拍的性能能夠影響網(wǎng)球的回彈，反彈球速度與球拍硬度成正比，與網(wǎng)線張力成反比。通常揮重在0.03 到0.035 kg/m2之間，可以提高球的速度和準(zhǔn)確性。球拍性能還取決于撞擊條件、速度、角度、旋轉(zhuǎn)以及與球員的相互作用和擊球生物力學(xué)[42-43]。

球拍參數(shù)對(duì)于教練員來(lái)說(shuō)，是訓(xùn)練肩關(guān)節(jié)傷病和慢性上肢損傷運(yùn)動(dòng)員的關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)考慮到球員的個(gè)體差異。從各參數(shù)特征發(fā)現(xiàn)，球拍參數(shù)與球員個(gè)人喜好、形態(tài)學(xué)特征、技戰(zhàn)術(shù)打法等因素關(guān)系密切。大量影響因素處于動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，因此，球員需要實(shí)時(shí)關(guān)注器械的創(chuàng)新性和變異性。如技戰(zhàn)術(shù)素養(yǎng)和球拍設(shè)計(jì)，賽中關(guān)鍵比分和更換新球等時(shí)刻。

5 結(jié)論與展望

網(wǎng)球發(fā)球力學(xué)研究在國(guó)際上引起了廣泛的關(guān)注，國(guó)內(nèi)前期對(duì)此也進(jìn)行了深入的剖析，但近幾年相關(guān)研究出現(xiàn)停滯不前現(xiàn)象。國(guó)外相關(guān)研究涉及運(yùn)動(dòng)技術(shù)共性規(guī)律、各環(huán)節(jié)部位運(yùn)動(dòng)特征、運(yùn)動(dòng)損傷致因和器械結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外研究差異表現(xiàn)在研究主題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析思路，對(duì)不同類型發(fā)球、各環(huán)節(jié)運(yùn)動(dòng)特征和損傷致因都進(jìn)行了全面的分析。目前國(guó)際學(xué)者將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H比賽中發(fā)球動(dòng)作的動(dòng)態(tài)變化，某環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特征不再局限于其表面，更深層次分析其關(guān)節(jié)部位的骨骼運(yùn)動(dòng)特征。隨科技不斷進(jìn)步，對(duì)球拍器械保持科研創(chuàng)新力，提高球拍性能的同時(shí)能夠幫助使用者監(jiān)控訓(xùn)練狀態(tài)。

力學(xué)研究普遍運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，其重要程度不言而喻。我國(guó)網(wǎng)球發(fā)球力學(xué)研究應(yīng)更新實(shí)驗(yàn)儀器，創(chuàng)新分析思路，從實(shí)際出發(fā)解決國(guó)內(nèi)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員最具針對(duì)性的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外人體形態(tài)學(xué)特征存在本質(zhì)差異，因此，目前仍然應(yīng)當(dāng)從技術(shù)動(dòng)作規(guī)律和運(yùn)動(dòng)損傷規(guī)律角度出發(fā)，探索符合國(guó)內(nèi)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員人體結(jié)構(gòu)的規(guī)律性特征。掌握研究的動(dòng)態(tài)性和實(shí)踐可行性，精湛精細(xì)化思考問(wèn)題的全面性，旨在提升網(wǎng)球發(fā)球“訓(xùn)-賽-研”的緊密性。