Исследование кинематической структуры топ-спинов в теннисе

Исследование кинематической структуры топ-спинов в теннисе

Кандидат педагогических наук, доцент Л.С. Зайцева , Российская государственная академия физической культуры, Москва

Введение . 

Техника ударов в теннисе постоянно меняется, и особенно существенные изменения характерны для последних лет (появление и широкое распространение топ-спинов), поэтому остается актуальным изучение современных сильных крученых ударов справа по отскочившему мячу (топ-спинов) в связи с новыми запросами спортивной и тренерской практики.

Цель данной работы - изучение кинематической структуры сильных крученых ударов - топ-спинов у ведущих теннисистов страны.

Методика . Методика исследования позволяла фиксировать акселерограмму головки ракетки и одновременно проводить стереовидеосъем ку движений игрока. Основные суставы на теле спортсменов отмечались маркерами со светоотражающей поверхностью. Изучали топ-спины, выполняемые теннисистами высокой квалификации на теннисной площадке. Файлы данных записывались на ПЭВМ. Проводилась также специальная видеосъемка на соревнованиях "Кубок Кремля" и "Кубок Девиса". Экспериментальные данные получали на аппаратуре лаборатории "Моделирование двигательной деятельности" ВНИИФКа. Материалы видеосъемки обрабатывались на видеоанализаторе, а затем на компьютере по программам, составленным к.п.н. А.В. Вороновым.

Результаты . При обработке материалов стереовидеосъемки получили графики координат, скоростей и ускорений по осям X, Y, Z для точек на головке ракетки. На графиках рис. 1, 2, 3 представлены изменения скоростей головки ракетки в передне-заднем (X) и вертикальном (Z) направлениях, а также ускорение головки в вертикальном (Z) направлении для теннисиста - мастера спорта, выполняющего сильный крученый удар справа (топ-спин) в полуоткрытой стойке. Анализ изменения скоростей головки ракетки в боковом направлении показывает, что головка движется сначала вправо-назад (0,42 м), затем вперед-вверх-влево (1,75 м), развивая скорость, равную 10,5 м/с. К моменту начала взаимодействия с мячом вертикальная скорость ракетки составляет 7,1 м/с. Мяч улетел, но Vz продолжает расти до 9,24 м/с.

Скорость в передне-заднем направлении достигает наибольшего значения - 16,3 м/с. Перед фазой удара скорость ракетки в передне-заднем направлении уменьшается на 0,62 м/с, а затем к концу IV фазы Vx уменьшается до нуля .

Обращает на себя внимание факт, что во время фазы ударного взаимодействия горизонтальная скорость ракетки Vx уменьшается незначительно, боковая скорость Vy начинает заметно уменьшаться, а вот вертикальная скорость ракетки Vz продолжает увеличиваться до 9,24 м/с (рис. 2). Максимальное ускорение ракетки в вертикальном направлении наблюдается примерно за 0,04 с до фазы удара. Далее оно быстро уменьшается, но фаза удара протекает при наличии значительного положительного вертикального ускорения - 61,2 м/с2 (рис. 3). Видимо, этот факт и является характерной особенностью механизма, позволяющего игроку придать мячу большую угловую скорость.

Анализ полученных результатов показал, что скорость прилетающего мяча при ударах по отскочившему мячу изменяется в значительных пределах - от 8,75 до 17,4 м/с. Причем наибольшие значения скорости мяча до удара (20,25-24,25 м/с) отмечены при приеме подачи. Поэтому, видимо, не случайно наблюдается большая вариативность кинематических характеристик ударных действий. В таблице представлены средние, минимальные и максимальные значения указанных характеристик и их стандартные отклонения. Например, продолжительность отдельных фаз ударного действия может отличаться в два-три раза (фаза замаха min-max = 0,24-0,64 с; фаза разгона - 0,2-0,4 с). Существенно изменяется продолжительность и всего ударного действия. Так, у К-ва размах значений продолжительности ударного действия составляет T = 0,76-1,34 с, у В-ва T = 0,76-0,96 с. Столь значительная вариативность характеристик движений квалифицированных теннисистов говорит о том, что в условиях современной острокомбинационной игры двигательные действия теннисиста должны обладать адекватной приспособительной изменчивостью. На что же реагирует теннисист и что служит ориентиром при программиро вании им особенностей своих движений?

Для изучения количественных показателей взаимосвязи между полученными эксперимен тальными данными был проведен корреляционный анализ.

Обращает на себя внимание сильная обратная взаимосвязь продолжительности всего ударного действия (T) и скорости прилетающего мяча (Vмд) (рис. 4). Коэффициент корреляции между этими показателями r = - 0,93 (см. рис. 4). Наличие сильной отрицательной взаимосвязи обнаружено также между скоростью прилетающего мяча и продолжительностью (t1, t2) подготовительных фаз (замаха и разгона ). Это говорит о том, что при увеличении скорости прилетающего мяча игроки вынуждены существенно уменьшить продолжительность подготовительных фаз, чтобы суметь эффективно отразить мяч.

Экспериментальные данные показывают, что теннисисты убыстряют замах благодаря уменьшению вертикальной амплитуды движения ракетки (Lyy). Причем между скоростью прилетающего мяча и вертикальной амплитудой головки ракетки при замахе наблюдается сильная отрицательная взаимосвязь, коэффициент корреляции между этими показателями r = - 0,88.

Таким образом, игроки высокой квалификации адаптируют ударное действие к изменению скорости прилетающего мяча, изменяя продолжительность подготовительных фаз (замаха и разгона). При увеличении скорости мяча игрок уменьшает их продолжительность, быстрее подготавливая ракетку к удару благодаря уменьшению амплитуды движения ракетки в вертикальном направлении. И наоборот, при уменьшении скорости прилетающего мяча продолжительность фаз и амплитуда ракетки увеличиваются, что подтверждается наличием сильной отрицательной взаимосвязи между этими показателями.

Как следует из полученных результатов, скорость прилетающего мяча - препрограммирующий фактор, то есть прежде всего она определяет продолжительность подготовительных фаз (t1, t2) двигательных действий теннисиста (чем больше Vмд, тем меньше продолжительность фаз), а также T и Ly; она сильно влияет также на скорость ракетки перед ударом (Vрд) r = 0,93; оказывает влияние на уменьшение угла выноса ракетки на мяч (s1) r = - 0,43 и средне влияет на амплитуду движения ракетки в горизонтальной плоскости (Lxx) r = 0,43.

Видимо, скорость прилетающего снаряда является препрограммирующим фактором и в других видах спорта, в основе двигательной программы которых лежат ударные действия.

Для спортсменов высокой квалификации характерен сравнительно небольшой разброс углов выноса ракетки на мяч - 19-29 о.

Наибольшие скорости вылета мяча наблюдались при выполнении спортсменами ударов в условиях эксперимента: 32,3-58,25 м/с. Причем среднее значение скорости составляло 42,3 м/с. Однако следует подчеркнуть, что при ударах в нижней (до уровня коленей) и средней (до уровня груди) точках скорость вылета мяча не очень велика - 32,3-36,5 м/с. В высокой же точке теннисист придает мячу максимально возможную скорость вылета - 54,2-58,25 м/с. Подобные скорости вылета мяча при ударах по отскочившему мячу впечатляют, так как они приближаются к скоростям, демонстрируемым ведущими теннисистами мира при выполнении подачи (более 70 м/с). Не случайно максимальные скорости вылета мяча спортсмены демонстрируют при ударах в высокой точке. Как правило, они выполняются в безопорном положении, в движении на мяч, значительно выше уровня сетки, и при этом создаются наиболее благоприятные как с биомеханической, так и с психологической точки зрения условия для придания мячу наибольшей скорости вылета.

Кинематические характеристики топ-спинов





Mean

Min

Мах

Std.Dev.

t 1c



.37

.24

.64

.14

t 2c



.27

.20

.40

.06

t 4c



.17

.12

.24

.03

t 5c



.14

.12

.20

.02

Tс



.96

.72

1.34

.20

Vмд

M/C

15.91

8.75

24.50

6.10

Vмп

M/C

34.27

19.50

54.00

8.68

Vрд

M/C

25.39

18.75

37.50

5.37

Vрп

M/C

19.59

14.00

27.00

4.48



Рис. 1. Линейные скорости точек на головке ракетки в передне-задней плоскости (Vx)



Рис. 2. Линейные скорости точек на головке ракетки в вертикальной плоскости (Vz)



Рис. 3. Линейные ускорения точек на головке ракетки в вертикальной плоскости (Az)



Рис. 4. Взаимосвязь между скоростью мяча до удара и продолжительностью ударного действия

Во время ответственного матча (игры на "Кубок Девиса") максимальная скорость вылета мяча существенно уменьшилась - до 40-44 м/с, значительно уменьшилось и среднее значение скорости - 31,5 м/с. Следовательно, в ответственных матчах теннисисты придают мячу не максимально возможную скорость вылета, а оптимальную, при которой игрок может обеспечить наибольшую точность, надежность и стабильность ударов.

Согласно анализу на основной показатель эффективности удара - скорость вылета мяча (Vмп) - влияют скорость прилетающего мяча (Vмд, r = 0,54), скорость ракетки до (Vрд) r = 0,77 и после удара (Vрп) r = 0,6, амплитуда движения головки ракетки в горизонтальной плоскости (Lxx, r = 0,9). Обнаружена отрицательная взаимосвязь между скоростью вылетающего мяча и продолжительностью I, II и IV фаз ударного действия (r = -0,4 - -0,51); а также продолжительностью всего ударного действия (r = -0,55). Следовательно, чем меньше продолжительность указанных фаз и всего ударного действия, тем больше скорость вылетающего мяча. На скорость мяча должно влиять наличие положительного ускорения ракетки в пределах фазы удара. На это косвенно указывает такой факт: чем больше скорость ракетки после удара, тем больше скорость вылета мяча (r = 0,6). На скорость мяча влияют также использование в фазе удара потенциальной энергии напряженных мышц r=0,58 и жесткость системы "рука-ракет ка" в пределах фазы удара, на что косвенно указывает взаимосвязь между Vмп и импульсом силы (P) при ударе (r=0,86).

У теннисистов высокой квалификации определена скорость ракетки до ударного взаимодей ствия при сильных крученых ударах по отскочившему мячу - топ-спинах. Она изменяется в пределах от 15 до 30 м/с. На скорость выноса ракетки на мяч влияет прежде всего и очень сильно скорость прилетающего мяча (r=0,93). Обнаружена сильная отрицательная взаимосвязь между скоростью ракетки до удара и продолжительностью I фазы (r=-0,9); II фазы (r=-0,75) и продолжительностью всего ударного действия (r=-0,84).

Выводы

1. Установлено, что фаза удара при топ-спинах в теннисе протекает при наличии значительного положительного вертикального ускорения (61+12,7 м/с2). Видимо, этот факт и является характерной особенностью механизма, позволяющего игроку придать мячу большую угловую скорость.

2. В ответственных матчах теннисисты придают мячу не максимально возможную скорость вылета, а оптимальную, что связано с необходимо стью обеспечить большую точность, надежность и стабильность ударов.

3. Значительная вариативность характеристик движений квалифицированных теннисистов говорит о том, что в условиях современной острокомбинационной игры двигательные действия теннисиста должны обладать адекватной приспособи тельной изменчивостью.

4. Установлено, что игроки высокой квалификации адаптируют ударное действие к изменению скорости прилетающего мяча, изменяя прежде всего продолжительность подготовительных фаз (замаха, разгона) и амплитуды движения ракетки в вертикальном направлении, что подтверждается наличием сильной отрицательной взаимосвязи между этими показателями.

5. Как следует из полученных результатов корреляционного анализа, скорость прилетающего мяча - препрограммирующий фактор, то есть ее изменения определяют особенности кинематической и динамической структуры будущего удара.

6. Полученные данные о кинематической структуре топ-спинов в теннисе могут послужить основой при целенаправленной работе над повышением их эффективности путем увеличения скорости вылета мяча при ударах.

Список литературы

1. Зайцева Л.С. Исследование биодинамики ударных действий в теннисе. III Всероссийская конференция по биомеханике. Тез. докл., том II. Спортивная биомеханика. Нижний Новгород, 1- 4 октября 1996 г., с. 227.

2. Зайцева Л.С., Аль Халили Муханед. Использование данных биомеханического анализа современной техники главных нападающих ударов в теннисе для оптимизации процесса обучения - В сб.: Оптимизация тренировочного процесса спортсменов с помощью восстановительных средств (сб. научн. работ под ред. проф. А.П. Лаптева ). М., 1996, с. 24-25.

3. Зайцева Л.С. Особенности биодинамики сильных крученых ударов (топ-спинов) в теннисе. Юбилейный сборник трудов ученых РГАФК, посвященный 80-летию академии. Т.4, М., 1998, с. 158-162.