Биомеханические аспекты реализации ударных действий в теннисе

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА СПОРТА ВЫСШИХ ДОСТИЖЕНИИ

БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ УДАРНЫХ ДЕЙСТВИЙ В ТЕННИСЕ

В.В. ГАМАЛИЙ, Ю.В.ЛИТВИНЕНКО, Национальный университет физического воспитания и спорта Украины,

г. Киев, Украина

Аннотация

В статье представлен количественный и качественный анализ характеристик техники двигательных действий квалифицированных теннисисток при выполнении подачи.

Данные, полученные с помощью современных оптико-электронных систем регистрации и анализа движений, дают возможность углубленного изучения сущности механизмов построения и реализации этих действий в условиях соревновательной деятельности.

Ключевые слова: теннис, подача в теннисе, спортивная техника, техническая подготовка.

Abstract

The article presents quantitative and qualitative technique characteristics analysis of motor actions in the performance of skilled tennis players in the filing. Data obtained with the help of modern opto-electronic systems for registration and motion analysis, allow in-depth study of the construction and realization of these movements mechanisms essence in terms of competitive activity.

Key words: tennis, serve in tennis, sports technique, technical training.

Введение

Одними из характерных тенденций развития современного тенниса являются постоянная эволюция и совершенствование техники ударных действий [1, 6].

Особое место среди ударов, которые выполняет теннисист на протяжении игры, занимают подачи [1, 4, 5, 8, 10]. По мнению многих специалистов, подача - один из важнейших и самый сложный из приемов техники теннисиста [1, 2, 4, 6, 9], несмотря на то, что каждый раз совершается из стандартного положения, многократно отработанного на тренировках, поэтому качество его выполнения целиком зависит от технического мастерства спортсмена.

Недостаточные мощность и точность подачи позволяют противнику сразу же атаковать, не давая подающему даже выйти из удара. Следствием этого является полная деморализация игрока, развал его игры, даже если его общая техническая подготовка достаточно высока [1, 3, 7].

В связи с этим одной из актуальных проблем современного тенниса является изучение биомеханических основ строения ударного действия при выполнении подачи [1, 6], что и явилось целью нашего исследования.

Методы и организация исследований

Для изучения техники двигательных действий спортсменов при выполнении подачи мы использовали

оптико-электронную систему регистрации и анализа движений “Qualisys” (Швеция), в состав которой входит семь синхронизированных между собой камер, что позволяет получать трехмерные координаты светоотражающих маркеров, которые наносят на исследуемые точки тела спортсмена. В результате съемки на мониторе видны только маркеры, а не сам исследуемый объект (рис. 1). Частота съемки составляла 160 кадров в секунду.

Экспериментальные исследования проводились на базе лаборатории биомеханических технологий в физическом воспитании и олимпийском спорте НИИ НУФВСУ. В эксперименте приняли участие мастера спорта Украины по теннису.

Результаты исследований

Ниже, в качестве примера, представлен биомеханический анализ техники выполнения подачи мастером спорта Украины Л-ой О.

Продолжительность действий с момента начала отведения ракетки и подъема руки с мячом и до ударного взаимодействия ракетки с мячом составляет 1,34 с; от момента подброса мяча и до момента удара - 1,1 с (табл. 1).

Ударное взаимодействие зарегистрировано на высоте 2,37 м и на расстоянии 0,66 м вперед-вправо от проекции центра массы (ЦМ) головы на опору, что позволяет спортсменке постоянно контролировать положение мяча.

ФНЦ ВНИИФК

4

Теория и методика спорта высших достижений

Рис. 1. Поза теннисиста как система маркеров

Вертикальная составляющая скорости снижения мяча в момент удара - 4,75 м-с-1. Достаточно большая скорость мяча создает дополнительные трудности в организации действий теннисистки и в определении момента удара. Перед окончанием замаха максимальный разворот оси плеч относительно задней линии составляет всего 99°,

разгибание туловища - 42°, угол между осями таза и плеч - 23°. Эти данные свидетельствуют о том, что спортсменка недостаточно использует механизм накопления энергии за счет «скручивания» туловища и наклона его в сторону, противоположную направлению удара.

Таблица 1

Индивидуальные биомеханические характеристики техники подачи в теннисе

Спортсмен Общее время подачи,с Интервал времени от момента подброса мяча до момента удара, с Максимальный угол между осью плеч и лицевой линией в момент замаха, град Макси- мальный угол разгибания туловища в момент замаха, град Максимальный угол между осями таза и плеч, град Положение мяча по отношению к спортсмену в момент удара, м Высота мяча в момент удара, м Вертикальная составляющая скорости мяча в момент удара, м-с-1

Л-ва О. 1,34 1,1 99 42 23 0,66 2,37 4,75

Динамика нарастания скорости отдельных биозвеньев в кинематической цепи передачи движения от опорных

звеньев к ракетке за время выполнения подачи представлена в табл. 2.

Таблица 2

Динамика максимальных экстремумов линейной скорости анатомических точек тела спортсменки

и ракетки при выполнении подачи

Характеристики Исследуемые точки

коленный сустав тазобедрен. сустав плечевой сустав локтевой сустав ЦМ кисти головка ракетки

Л-ва О.

№ кадра 296 294 307 311 310 316

v, м-с-1 1,76 2,78 3,55 8,04 10,07 34,39

а, м-с-2 - - - - - 1311

Интервалы между пиками скорости, с -0,012* 0,078 0,024 -0,006* 0,036

* Максимум скорости отмеченного сустава опережает максимум скорости нижерасположенного сустава.

Правый тазобедренный сустав достигает пика скорости 2,78 м-с-1 в момент окончания замаха. Это происходит на 0,012 с раньше момента максимальной скорости коленного сустава правой ноги.

Через 0,078 с после максимума скорости тазобедренного сустава наблюдается максимум скорости плечевого сустава - 3,55 м-с-1. Положительным на этом этапе прохождения баллистической волны момента импульса

ФНЦ ВНИИФК

Теория и методика спорта высших достижений

5

является то, что максимальная скорость плечевого сустава выше скорости тазобедренного (рис. 2). Эта структурная особенность динамики разворачивания скорости этих

двух суставов является одним из базовых компонентов механизма передачи движения, в основе которого лежит движение плеча по отношению к туловищу.

мм/с Линейная скорость

30000.00

20000.00

12000,00 10000.00 Ч

Vi

2000.00 0,00 £  ве Р^~

160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450

№ кадров

AnWe_R_Lat_vel — Shank_R_1_vel — Knee_R_Let_vel — Troch_R_vel Acromion_R_vel — Bbow_R_Lal_vel WHst_R_L*t_vel R4_vel

Рис. 2. Спидограммы исследуемых точек при выполнении подачи в теннисе мастером спорта Украины Л-ой О.

В процессе анализа обнаружено, что момент максимальной скорости кисти 10,07 м-с-1 на 0,006 с опережает пик скорости локтя 8,04 м-с-1. Такую динамику скоростей можно объяснить тем, что кисть достигает максимума скорости раньше локтя за счет собственного движения относительно предплечья и за 0,006 с до максимума скорости локтя прекращает это движение. Происходит фиксация связи кисти с ракеткой и предплечьем, за счет чего увеличивается взаимодействующая масса в момент удара. С другой стороны, двухпиковое нарастание скорости локтевого сустава свидетельствует о скрытой тенденции торопливого начала «хлеста» биоцепи предплечье - кисть - ракетка, что может происходить в результате закрепощения плечевого сустава. Но, несмотря на ошибки в технике, скорость ракетки в момент ударного взаимодействия самая высокая среди обследованных спортсменок - 34,39 м-с-1 с положительным ускорением 131,1 м-с-2.

Обсуждение результатов анализа

Полученные данные о технике выполнения подачи в теннисе девушками - мастерами спорта Украины позволили выявить как общие для всех, так и индивидуальные закономерности и механизмы выполнения подачи. Ниже представлены комментарии, касающиеся общих проблем техники выполнения подачи в теннисе.

Все обследованные спортсменки выполняют удар по мячу, который имеет вертикальную скорость снижения больше 3 м-с-1, а у Л-вой - 4,75 м-с-1. Как свидетельствует мировая практика, удар по мячу при выполнении подачи осуществляется в верхней точке траектории подъема или в зоне начала падения, когда скорость его минимальна или близка к нулю. В противном случае от спортсмена требуется большая приспособительная вариативность действий при подаче, что в значительной мере снижает прежде всего точность этого действия и его мощность.

Визуальный контроль за мячом, который находится вверху над головой, а тем более вверху-сзади, создает дополнительные трудности: чрезмерное запрокидывание головы отрицательно влияет как на пространственную ориентацию, так и на координацию движений; сокращается путь разгона ракетки, что не позволяет достичь ей максимально возможной скорости к моменту ударного взаимодействия, а следовательно, и его мощности. Во время ударного взаимодействия мяч должен находиться впереди-справа от линии проекции ЦМ головы на опору.

В момент удара по мячу, имеющему достаточно высокую скорость падения и расположенному впереди-вверху по отношению к спортсменке, вертикальная скорость падения мяча складывается с вертикальной составляющей скорости ракетки, которая уже прошла вертикаль и движется по окружности вперед-вниз, чем достигается увеличение скорости снижения мяча. Но для осуществления результативной подачи соответственно должна увеличиться горизонтальная составляющая скорости мяча, иначе чрезмерно быстрое его снижение может произойти на половине корта подающего, и мяч попадет в сетку. Анализ игр с участием спортсменов высокого класса свидетельствует, что в подаче удар по мячу, имеющему достаточно большую скорость падения, наблюдается очень редко.

На протяжении главной фазы ударного действия -ударного взаимодействия кинетическая энергия звеньев и энергия напряженных мышц переходит в потенциальную энергию упругой деформации струн ракетки и мяча. Часть энергии переходит в тепло, рассеивается, тратится на деформацию тел и т.д. И, наконец, потенциальная энергия упругих деформаций переходит в кинетическую энергию мяча, которая определяет его линейную и угловую скорость вылета. Управление передачей энергии в фазе ударного взаимодействия происходит благодаря варьированию скорости ракетки, соотношению масс

ФНЦ ВНИИФК

6

Теория и методика спорта высших достижений

бьющего звена и мяча, а также жесткости соединения ударных звеньев. Скорость мяча после удара будет выше, если больше скорость ударяющего звена (ракетки) непосредственно перед ударом. Но при ударах в теннисе такая зависимость иногда не соблюдается. При подаче увеличение скорости ракетки может привести к снижению скорости вылета мяча, так как ударная масса при ударах, выполняемых спортсменом, непостоянна: она зависит от координации его движений. Если, например, выполнить финальную часть удара за счет сгибания кисти или с расслабленной кистью, то с мячом будет взаимодействовать только масса ракетки и кисти. Если же в момент удара ударяющее звено закреплено активностью мышц-антагонистов и представляет собой как бы единое тело, то в ударном взаимодействии будет принимать участие масса всего этого звена.

Феномен опережения максимума скорости коленного сустава тазобедренным наблюдается при выполнении подачи у всех обследованных спортсменок. С позиции механики такую последовательность включения биозвеньев в работу вряд ли можно считать эффективной. Но в данном случае мы считаем это явление как положительное по следующей причине.

Разгибание в голеностопном и коленном суставах правой ноги на протяжении замаха происходит одновременно. Следовательно, скорость тазобедренного сустава представляет результирующую сумму скоростей разгибания голени и бедра. Поэтому в какой-то момент времени его скорость будет выше скорости нижележащих суставов. Но разгибание в коленом суставе прекращается раньше, нежели в голеностопном. На этот момент в коленном и тазобедренном суставах уже произошло должное разгибание, подвижные соединения биозвеньев правой ноги приобретают определенную жесткость и представляют единую массу. Дополнительный импульс в систему масс звеньев нижней конечности, зафиксированных как единая масса, добавляет продолжающееся разгибание в голеностопном суставе правой ноги при взаимодействии стопы с опорой, что и вызывает отмеченный пик скорости коленного сустава. В это время заканчивается замах. Туловище интенсивно движется в направлении к опоре, а масса нижних конечностей -от опоры. Заключительный импульс, полученный в результате разгибания в голеностопном суставе, увеличивает амплитуду наклона туловища назад на 2-4 см. Это один из механизмов использования инерционных процессов в энергетическом обеспечении ударных взаимодействий.

Отсутствие должной подвижности в плечевом суставе нарушает рациональную последовательность включения звеньев в работу, а следовательно, и прохождение баллистической волны импульса от опорных звеньев к бьющему звену (к ракетке). Создание максимальной скорости системы «рука-ракетка» происходит за счет передачи момента импульса от нижележащих массивных звеньев

к вышерасположенным. Величина скорости этой системы зависит от моторного потенциала мышц биомеханического аппарата, исполнения, а также от интенсивности и своевременности его реализации. Рациональность механической структуры ударного действия обеспечивается скоординированной работой мышечного аппарата спортсмена и проявляется в строгой последовательности их включения. Ограничение должной подвижности в том или ином суставе на пути прохождения баллистической волны импульса отрицательно сказывается на мощности ударного действия. Устранение этой ошибки может значительно повысить эффективность выполнения подачи.

Выводы

1. Установлены биомеханические основы строения (состав и структура) ударных действий квалифицированных спортсменов при выполнении подачи в теннисе. Полученные данные могут быть использованы для формирования у тренеров и спортсменов объективного представления о технике выполнения этого приема.

2. Установлено, что включение мышц в работу при ударах имеет последовательный характер. Волна мышечной активности начинается с ног, распространяется далее на мышцы туловища, верхнего плечевого пояса, плеча и предплечья бьющей руки. Благодаря передаче момента импульса от нижележащих массивных звеньев к вышерасположенным происходит увеличение скорости ракетки до максимальной. Рациональность механической структуры ударного действия обеспечивается согласованной работой мышц биомеханического аппарата исполнителя и проявляется в строгой последовательности их включения.

3. Результаты исследования ударных действий и наиболее информативные показатели их оптимальности у квалифицированных теннисистов при выполнении подачи могут применяться в следующих целях: контроль и коррекция движений теннисиста как тренером, так и самоконтролем и самооценкой; определение локализации ошибок в положениях и движениях отдельных звеньев опорно-двигательного аппарата теннисиста; выявление путей исправления ошибок в технических и тактических действиях теннисиста; выбор путей оптимизации ударных действий у теннисистов.

4. Экспериментальные данные о биомеханических механизмах выполнения подачи в теннисе позволяют целенаправленно планировать техническую подготовку теннисистов и непосредственно формировать специфику динамической структуры ударного действия и структурно-функциональную специализацию работы мышц биомеханического аппарата управления и исполнения теннисиста.

Перспективы дальнейших исследований связаны с поиском путей оптимизации технологии совершенствования ударных действий в теннисе.

ФНЦ ВНИИФК

Теория и методика спорта высших достижений

7

Литература

1. Белиц-Гейман С.П. Сильная подача всей игре голова / С.П. Белиц-Гейман // Матчбол Теннис. - 1998. -№ 2. - С. 80-83.

2. Голенко В.А. Академия тенниса / В.А. Голенко, А.П. Скородумова, Ш.А. Тарпищев. - М.: Дедалус, 2002. -240 с.

3. Губа В.П. Особенности подготовки юных теннисистов / В.П. Губа, Ш.А. Тарпищев, А.Б. Самойлов. - М.: СпортАкадемПресс, 2003. - 132 с.

4. Зайцева Л.С. Биомеханические основы строения ударных действий и оптимизация технологии обучения (на примере тенниса): автореф. дис. ... д-ра пед. наук / Л.С. Зайцева. - М., 2000. - 54 с.

5. Зайцева Л.С. Пути повышения эффективности ударов в теннисе / Л.С. Зайцева // Современный олим-

пийский спорт и спорт для всех: материалы конф. 24-27 мая 2003 г. / 7 Междунар. науч. конгр. - М., 2003. -Т. 2. - С. 248-249.

6. Теннис мирового класса / под ред. П. Райтера, Д. Гроппеля - М.: ЭКСМО, 2004. - 304 с.

7. Янчук В.Н. Теннис. Простые истины мастерства / В.Н. Янчук. - М.: АСТ-ПРЕСС, 2001. - 224 с.

8. Elliot B. Biomechanics of advanced tennis / B. Elliot, M. Reid, M. Crespo / The International Tennis Federation, ITF Ltd., 2006. - 272 p.

9. Roetert E.P. Biomechanics of Movement in Tennis / E.P. Roetert // ITF Coaching & Sports Science Review, 2001. - Iss. 24. - P. 11-21.

10. http://itftennis.com

References

1. Belits-Geyman S.P. Strong giving is a head of all game / S.P. Belits-Geyman // Matchbol Tennis. - 1998. -№ 2. - P. 80-83.

2. Golenko V.A. Akademiya of tennis / V.A. Golenko, A.P. Skorodumova, Sh.A. Tarpishchev. - M.: Dedalus, 2002. - 240 p.

3. Guba V.P. Features of young tennis players preparation / V.P. Guba, Sh. Tarpishchev, A.B. Samoilov. - M.: SportAkademPress, 2003. - 132 p.

4. Zaitseva L.S. Biomechanical basis of the shock action structure and learning technologies optimization (on example of tennis): autoref. of thesis of dr. of pedagogic sciences / L.S. Zaitseva. - M., 2000. - 54 p.

5. Zaitseva L.S. Ways to improve the effectiveness of strikes in tennis / L.S. Zaytseva // Modern Olympic Sport

and Sport for All: proceedings of Conference 24-27 May 2003 / 7 Int. Scientific Congress. - M., 2003. - V. 2. -P. 248-249.

6. The world class tennis / ed. P. Reiter, D. Groppel, -M.: EKSMO, 2004. - 304 p.

7. Yanchuk V.N. Tennis. Simple truth of skill / V.N. Jan-chuk. - M.: AST-PRESS, 2001. - 224 p.

8. Elliot B. Biomechanics of advanced tennis / B. Elliot, M. Reid, M. Crespo / The International Tennis Federation, ITF Ltd., 2006. - 272 p.

9. Roetert E.P. Biomechanics of Movement in Tennis / E.P. Roetert // ITF Coaching & Sports Science Review, 2001. - Iss. 24. - P. 11-21.

10. http://itftennis.com

ФНЦ ВНИИФК