在投掷和鞭打动作中做好超越机械动作的生物力学意义是什么?

在投掷和鞭打动作中做好超越机械动作的生物力学意义是什么?

一、投掷的概念和阶段划分
　　身体锻炼技术中的投掷是人体运用自身的能力，通过一定的运动形式，将手持的规定器械进行抛射并尽可能获得远度的运动项目。
　　身体锻炼技术中各投掷项目，虽然器械、场地、运动形式等不同，但它们都可以分为以下5个紧密相连的技术阶段，即。
　　准备阶段：包括握持器械和预备姿势；
　　预加速阶段；由于器械、场地等条件不同，预加速阶段有助跑、滑步、旋转等三种形式；
　　过渡阶段（转化阶段）：由人体携持器械水平位移向器械抛射运动转变的开始阶段；
　　最后用力阶段。由人体携持器械进入器械抛射运动的阶段；
　　结束阶段：器械出手后的身体平衡阶段。
　　以上5个阶段，除链球外，对成绩影响最大的是最后用力阶段，过渡阶段（转化阶段）是关键。
　　二、决定投掷远度的因素
　　（一）、投掷项目的成绩的组成
　　身体锻炼技术中投掷项目的成绩（S）由3个部分组成（图2-4-1）；一是器械出手点的投影点到丈量成绩的起点（起掷弧内沿）之间的水平距离（S1）。二是器械出手点高度到出手点高度水平线与器械飞行抛物线的交点之间的水平距离（S2）。三是出手点高度水平线与器械飞行抛物线的交点的投影点到器械落地点之间的水平距离（S3）。

　　图2-4-1投掷项目成绩的组成
　　（二）影响投掷远度的因素

　　S1取决于身高、手臂长和器械出手时的身体姿势。S2取决于器械出手的初速度、出手角度以及空气的作用力。S3取决于器械出手的高度、出手角度以及空气的作用力。因此，投掷项目的成绩可以用
　　S= S1+S2+S3公式来表示。
　　从影响S1因素和规则来看，必须在保证适宜出手角度的前提下尽量伸直投掷臂和在保证不犯规的情况下身体重心尽量向前的前提下，才能提高S1的值。
　　投掷铅球、铁饼、标枪和链球等投掷运动是抛点高于落点（不在同一水平面上）的斜抛运动。根据抛射物体运动远度公式：S＝ V02sin 2α／ g得知，器械飞行的远度（S2）主要取决于器械出手的初速度和出手角度。除此以外，在投掷铁饼和标枪时，出手高度和空气作用力对投掷远度也有影响。
　　（三）、影响投掷远度的因素——出手角度
　　运用抛点与落点在同一水平面上的斜抛运动远度公式，在真空条件下，对一些假定的出手初速度和出手角度数据进行计算的结果来看（表2-4-1），在决定抛射远度的因素中，抛射角度对抛射远度虽有影响，但这种影响有一定限度。在其它情况不变的条件下，抛射角度调整到一定程度后就没有潜力可挖了。
　　田径的投掷项目，由于器械的出手点和落点不在一个水平面上，出手点高而落点低。出手点和落点的连线与水平线之间有一夹角，通常叫地斜角(图2-4-3)。由于受地斜角的影响，掷标枪、掷铁饼还受空气作用力的影响，因此，适宜的出手角度对提高投掷项目S2的值也有重要的作用。投掷项目的出手角度都小于45°。在实践中，各投掷项目的适宜出手角度如下：推铅球38°一42°，掷标枪和掷铁饼30°一35°，掷链球和掷手榴弹42°一44°。落点

　　（四）、影响投掷远度的因素——出手初速度
　　根据抛射物体运动远度公式和运动实践证明，器械飞行的远度（S2）主要取决于器械抛射的初速度。投掷技术的重点是要力争在适宜的投掷角度前提下，实现最大限度的提高器械出手的初速度。
　　1、抛点高于落点飞行远度的计算
　　例：分析推铅球的斜抛运动
　　设出手点的高度为H，出手初速度为V0，出手角度为α。S是投掷远度，S1是投掷者推球出手瞬间，出手点的投影点探出抵趾板内沿的水平距离。S2为球在空中飞行的水平距离。（此处的S2等于上述的S2加S3）。投掷远度应是S= S1 + S2，其中S1可以通过摄影测量获得。这里主要是通过斜抛公式计算S2

　　器械出手的初速度与预加速阶段器械获得的预先速度有关，这就是为什么助跑（或滑步、旋转）投掷比原地投掷得远的原因。如优秀运动员滑步或旋转推铅球可比原地远 1.5m—2.5m，掷铁饼可远8m－12m，掷标枪和投手榴弹可远 20m一30m。因此，在投掷运动中，要重视和掌握好预加速阶段的技术，并使预加速阶段器械取得的预先速度在最后用力阶段能发挥作用。
　　器械出手的初速度主要取决于最后用力阶段对器械的加速度大小。根据力学公式F=ma（力= 质量×加速度）得知，加速度与作用力成正比关系。因此，为了提高器械出手的初速度，要求加大对器械的作用力。完善的投掷技术，要求人体运用全身的力量，最后通过投掷臂将力量集中到器械上（铅球的重心，标枪的纵轴，铁饼的几何重心）。从这一点看出，发展投掷运动员的力量素质。在投掷训练中具有十分重要的意义。
　　当力一定时，力作用于器械的距离越长，则器械获得的初速度越大。这个用力距离是指过渡阶段结束，左脚着地瞬间最后用力开始器械所处的位置到器械出手点这一段器械运行的距离。为了加长投掷最后用力工作距离，在助跑(或滑步、旋转)与过渡阶段结束时，必须形成器械落后于人体的超越器械姿势。另一方面，在用力距离相等的情况下，作用力作用在器械上的时间越短，则器械获得的初速度也越大。因此，加长投掷工作距离，缩短投掷工作时间，能有效的提高器械出手的初速度，成为投掷技术的关键。
　　(五)流体作用力
　　人们身体锻炼中做投掷活动时，器械出手后是在空气运行，器械在流体介质内进行运动，必然要与流体发生接触，并相互作用，这种作用主要表现在动态作用方面。例如，铁饼、标枪出手后微逆风使器械获得上举力。逆风过大介质的作用力也具有阻碍运动的作用，从空气动力学的理论和实验中知道迎面空气阻力／的大小与物体截面积S、流体密度P迎面阻力系数C，以及物体对流体的相对速度V有关。
　　在决定投掷远度S2的因素中，除了推铅球和掷链球由于器械是圆形，无论如何转动其空气阻力都不变，而且空气阻力与其它决定S2因素的值相比较小，因而通常不考虑。在掷标枪和掷铁饼时，空气的阻力对S2的值还会产生较大的影响。
　　器械飞行中空气阻力的大小是由器械飞行的垂直截面积和器械飞行的速度这两个因素决定的。虽然器械飞行的速度越快，空气阻力越大，但飞行速度是决定飞行远度的主要因素。因此，绝不能为了减小空气阻力而降低器械飞行的速度(即降低器械的出手初速度)。器械飞行的垂直截面积是由器械的形状和器械飞行时的倾斜角与飞行状态所决定，垂直截面积越大，空气阻力也越大。因此，投掷标枪和铁饼时，应控制好器械的出手角度和器械飞行时的倾斜角与飞行状态，同时要使器械按逆时针方向旋转保持稳定，以减小器械飞行的垂直截面积。

　　器械在空中飞行时，除了受阻力作用以外，还受其他力的作用。其中对器械飞行远度起积极作用的是空气对器械的升力(图2-4-4)，它能延长器械在空中的飞行距离。升力的大小，除了与器械飞行速度、器械倾斜角等因素有关外，风向和风速也是决定升力大小的因素。当在逆风情况下投掷标枪和铁饼时，气流对器械的阻力大，升力也大。如果升阻系数比值（升阻比）大，升力占优势时，器械飞行的距离也远。这就是为什么有时在逆风情况下掷标枪和掷铁饼时比无风和顺风时投得远的原因。因此，在掷标枪和掷铁饼时，要根据风向和风速，掌握好器械飞行的倾斜角和器械的出手角。通常在微逆风情况下投掷时，出手角和倾斜角要小些；在顺风情况下投掷时，出手角和倾斜角应大些。以减小空气的阻力作用和增加空气的升力作用。
　　从图2-4-2影响投掷远度的因素来看，决定S3的值的三个因素基本上都受在取得S1和S2的值的过程中某些因素所制约。另外，在其他各种条件相同情况下，器械出手点高，S3的值就能大。因此，在可能情况下应提高器械出手点的高度。

　　（六）、鞭打动作原理
　　鞭打动作原理用鞭子急速抽打的特点可以说明鞭打动作原理。抽鞭子是人体通过发力使较粗的鞭根产生加速运动，然后突然制动，鞭根的动量向游离端——鞭梢传递，由于鞭梢的质量比鞭根小很多，鞭梢便产生比鞭根大得多的运动速度。其理论基础是动量的传递。
　　投掷技术中的鞭打是手部游离(或持物)，上肢作类似鞭子急速抽打的摆臂动作，典型的鞭打动作是掷标枪最后用力中的投掷臂动作。同样的鞭打动作形式在人体运动中也存在，如推铅球、掷标枪、掷铁饼和掷链球最后用力推掷器械时，其动作原理同上肢一致。
　　在体育运动中，运动员完成某一动作时，经常需要两臂(手)或两腿(足)具有尽可能大的运动速度，这就需要运用鞭打动作原理。
　　人体在鞭打动作中角动量的传递是通过相邻环节相互作用实现的。起止于相邻环节的肌肉收缩力F，使远端环节产生角加速度β1，远端环节中产生力F：通过收缩肌肉及骨作用于近端环节，使其产生制动β(图2-4-5)。在制动过程中，近端环节的角动量传给了远端环节，加之肌肉主动施力过程，使远端环节速度大大加快。
　　如投掷标枪动作，身体各部分的鞭打是有顺序的，优秀运动员对标枪的用力曲线图呈双峰形(图2-4-6)。在鞭打之前手向鞭打的反方向移动，右腿在左腿强有力的支撑下积极蹬伸，身体形成“满弓”动作致使做鞭打动作的肌群处于被拉长的状态储备弹性势能，紧接着髋关节及躯干屈曲鞭打，曲线图出现第一个波峰；肩关节在投掷方向上产生加速度，接着肩带及肩关节产生活动，使肘关节产生位移，躯干开始制动，使上臂急速向前上方运动，前臂跟着上臂留在后，曲线图上出现一个小波谷，在此基础上上臂制动伸肘肌急剧收缩，使前臂、腕关节挥动将标枪投出去。曲线图上出现了第二个波峰，力量达到最大值。先出现速度峰值接着开始减速，肘关节出现速度峰值接着开始减速。最后腕关节出现速度峰值(图2-4-7)，以上说明鞭打动作的一个特点，即每一环节最大运动速度是在前一环节达到最大速度后获得的，近端环节制动的同时远端环节做加速运动，远端环节速度是由此近端环节动量传递和速度依次叠加而成的，使远端获得很大的角速度及线速度。