◎王守忠 郜春霞 劉玉瑩

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)學(xué)院，河南商丘476100）

投擲標(biāo)槍是田徑項(xiàng)目中極為復(fù)雜的一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)[1]。其基本技術(shù)是由肩上持槍經(jīng)過(guò)一段預(yù)先助跑連接投擲步獲得動(dòng)量，最后用力將標(biāo)槍經(jīng)肩上投出去。研究表明，在投擲標(biāo)槍的最后用力階段結(jié)束以后，標(biāo)槍在空中飛行的遠(yuǎn)度主要與運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍初始條件、標(biāo)槍的參數(shù)和環(huán)境因素等有關(guān)[2]。標(biāo)槍的參數(shù)和環(huán)境因素是運(yùn)動(dòng)員無(wú)法改變的，只能在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中予以適應(yīng)或把握，運(yùn)動(dòng)員所能控制和改變的因素主要是標(biāo)槍飛行的初始條件。因此，在決定標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的諸因素中，初始條件對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度影響的試驗(yàn)研究一直是教練員、運(yùn)動(dòng)員和廣大學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)投擲標(biāo)槍各初始條件的研究多數(shù)還停留在理論水平上，與運(yùn)動(dòng)實(shí)踐的結(jié)果有較大的出入。如有的在研究初速度對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響時(shí)，假定初始攻角為零度[3]，忽略了標(biāo)槍在空中飛行時(shí)，只有攻角不為零度時(shí)，才能夠獲得空氣動(dòng)力積極效應(yīng)這一必要條件；在對(duì)標(biāo)槍的飛行軌跡進(jìn)行研究時(shí)，假定標(biāo)槍飛行時(shí)是在垂直平面運(yùn)動(dòng)[4]。也有的研究限于條件，還只是從局部最優(yōu)條件出發(fā)，對(duì)于決定標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度因素的分析尚不夠全面系統(tǒng)，使人們對(duì)影響標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的諸多因素以及它們之間的相互關(guān)系缺乏辯證認(rèn)識(shí)。因此，系統(tǒng)的研究各初始條件對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響，對(duì)于運(yùn)動(dòng)員在標(biāo)槍比賽中取得優(yōu)異的成績(jī)具有重大的理論和實(shí)踐意義。

1 研究對(duì)象與方法

通過(guò)查閱相關(guān)中外文獻(xiàn)資料、教材、專(zhuān)著和對(duì)影視資料進(jìn)行截圖、拍照等途徑獲得國(guó)內(nèi)外500 余名優(yōu)秀男子標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員出手時(shí)的技術(shù)圖片和已有的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。通過(guò)分類(lèi)整理，參考已有的研究成果[5-10]，采用APAS System 解析系統(tǒng)對(duì)獲得的圖片進(jìn)行解析、判讀后，借助于計(jì)算機(jī)，應(yīng)用數(shù)字濾波法對(duì)原始數(shù)據(jù)平滑處理，截?cái)囝l率為8Hz，解析出研究所需要的各初始運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。用Excel2014 和Slassl2.0 軟件對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和模擬計(jì)算。在定量分析初速度、出手角度、初始攻角、初始俯仰角速度、初始偏航角、旋轉(zhuǎn)速度等初始條件對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響的基礎(chǔ)上，從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、物體斜拋運(yùn)動(dòng)學(xué)等角度揭示了各初始條件對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響規(guī)律以及各初始條件彼此之間的內(nèi)在聯(lián)系，并分析探討了各初始條件最佳組合形式，力圖為運(yùn)動(dòng)員、教練員進(jìn)行科學(xué)的訓(xùn)練提供啟示或借鑒。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 初速度對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響

在運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍的初始攻角、初始俯仰角速度和初始偏航角為定值的前提條件下，不同初速度V0對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響分析計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

由表1 可知，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員的出手角度為β=34°時(shí)，投擲標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度隨著初速度的提高而增加，在初速度為（26—30）m/s 的范圍內(nèi)，初速度每增加1m/s，飛行遠(yuǎn)度增加5m 左右，當(dāng)初速度繼續(xù)增加時(shí)，飛行遠(yuǎn)度增加的幅度有加大的趨勢(shì)。模擬計(jì)算結(jié)果表明，除垂直向上投擲標(biāo)槍外，標(biāo)槍在空中飛行的遠(yuǎn)度與初速度呈正相關(guān)系。

表1 初速度對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響表（m）

2.2 出手角度對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響

在運(yùn)動(dòng)員出手的初速度、初始俯仰角速度和初始偏航角為定值的前提條件下，不同出手角度對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響分析計(jì)算結(jié)果如表2所示。

從表2 可見(jiàn)，當(dāng)初速度為28m/s 時(shí)，隨著出手角度的增大，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度增加，當(dāng)出手角度在（30—32）°范圍內(nèi)增大時(shí)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度增加幅度較大，當(dāng)出手角度大于32°時(shí)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度增加幅度較小。當(dāng)出手角度達(dá)到42°時(shí)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度反而下降。模擬計(jì)算結(jié)果表明，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度與出手角度并非正比例關(guān)系，只有將標(biāo)槍的出手角度控制在（30—32）°范圍時(shí)，才能使標(biāo)槍飛行的更遠(yuǎn)。

表2 出手角度對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響表（m）

2.3 初始攻角對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響

當(dāng)運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍的初速度為30m/s、出手角度在（30—40）°之間增大時(shí),不同初始攻角A0對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響分析計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 初始攻角對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響表（m）

從表3 可見(jiàn)，初始攻角對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響不僅與自身的大小有關(guān)，而且還與出手角度的大小有關(guān)，當(dāng)出手角度較小時(shí)，如果初始攻角＜0°或＞0°，則標(biāo)槍在空中飛行的遠(yuǎn)度逐漸下降；當(dāng)出手角度較大時(shí)，如果初始攻角＜0°，則標(biāo)槍在空中飛行的遠(yuǎn)度則先增大后減??；當(dāng)初始攻角＞0°時(shí)，則標(biāo)槍在空中飛行的遠(yuǎn)度則逐漸地下降。當(dāng)出手角度較小時(shí)，最佳初始攻角為（0—3）°，當(dāng)出手角度較大時(shí)，最佳初始攻角為（-3—9）°之間，而當(dāng)初始攻角為正值時(shí)，不同出手角度下標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度均下降。模擬計(jì)算結(jié)果表明，適宜的初始負(fù)攻角是使得在空中飛行更遠(yuǎn)必要條件之一。

2.4 初始俯仰角速度對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響

當(dāng)運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍的初速度為28m/s、出手角度為42°時(shí)，初始俯仰角速度對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響分析計(jì)算結(jié)果如表4 所示。

從表4 可見(jiàn)，初始俯仰角速度對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響不僅與自身的大小有關(guān)，而且還與初始攻角的大小有關(guān)。當(dāng)初始攻角一定，初始仰俯角速度≤0°/s 時(shí)，在初始攻角為（0—6）°范圍內(nèi)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度先增大后減??；在初始攻角為（0—6）°范圍內(nèi)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度逐漸增大。當(dāng)初始俯仰角速度＞0°/s 時(shí)，在初始攻角為（6—6）°范圍內(nèi)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度逐漸減小。當(dāng)初始俯仰角速度在（-15—15）°/s 的范圍內(nèi)變化時(shí),不同初始攻角下，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度相差最大為7m 以上,這正是同一名標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員在幾次投擲標(biāo)槍時(shí)，雖然出手速度、出手角度相差無(wú)幾，但運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)卻出現(xiàn)較大的差異的原因所在。模擬計(jì)算結(jié)果表明，初始俯仰角速度為零時(shí)可使標(biāo)槍飛行得更遠(yuǎn)，也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)員在投擲標(biāo)槍時(shí)，作用在標(biāo)槍上力的方向必須與標(biāo)槍縱軸方向一致，要想使得運(yùn)動(dòng)員做到這一點(diǎn)通常是十分困難的。當(dāng)初始攻角大于最佳值時(shí)，如果有一個(gè)合適的負(fù)初始俯仰角速度與之配合，可以糾正這一錯(cuò)誤，使標(biāo)槍飛行得更遠(yuǎn)。

表4 初始俯仰角速度對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響表（m）

2.5 偏航角對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響

當(dāng)運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍的初速度為28m/s、出手角度為32°時(shí), 不同初始偏航角D0對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響分析計(jì)算結(jié)果如表5 所示。

從表5 可知，不同初始攻角下，隨著初始偏航角的增大，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度逐漸減小，在0°-18°范圍內(nèi)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度下降幅度較小，初始偏航角≥20°時(shí)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度下降幅度明顯增大。模擬計(jì)算結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)員在投擲標(biāo)槍時(shí)應(yīng)盡量避免初始偏航角超過(guò)20°，否則會(huì)使投擲成績(jī)大幅度下降。

表5 初始偏航角對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響表（m）

2.6 旋轉(zhuǎn)速度對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響

當(dāng)運(yùn)動(dòng)員以初速度25m/s、出手角度36°及初速度27m/s、出手角度34°投擲標(biāo)槍時(shí)，標(biāo)槍旋轉(zhuǎn)速度從0 增加到30 周/S 時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響分析計(jì)算結(jié)果如表6 所示。

從表6 中可知，不同初速度和出手角度下，隨著自轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加, 對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響極小，最大不超過(guò)2%。這與一些文獻(xiàn)或著作中認(rèn)為標(biāo)槍出手時(shí)具有較大的自轉(zhuǎn)速度對(duì)標(biāo)槍飛行的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生良好影響，并會(huì)增加飛行遠(yuǎn)度有很大的差異[11-12]。模擬計(jì)算結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)速度對(duì)標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的影響是有限的，試圖通過(guò)提高標(biāo)槍旋轉(zhuǎn)速度來(lái)提高投擲標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的做法值得商榷。

表6 自轉(zhuǎn)圈數(shù)對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度的影響表（m）

2.7 初始條件最佳組合形式探析

標(biāo)槍在空中飛行時(shí)的初速度、出手角度、初始攻角、初始俯仰角速度、初始偏航角等，同處于一個(gè)系統(tǒng)中，他們既獨(dú)立存在，又相互制約，各自的作用和功效不同。只有各初始條件按最優(yōu)結(jié)構(gòu)有機(jī)地組合在一起時(shí)才能使標(biāo)槍飛行得更遠(yuǎn)。

相關(guān)研究表明，能使標(biāo)槍獲得最大初速度的條件是：運(yùn)動(dòng)員要具備較好的力量素質(zhì)和速度素質(zhì)以及良好的協(xié)調(diào)性，對(duì)最后用力技術(shù)通常要掌握得相當(dāng)好[13-14]。這需要運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的訓(xùn)練才能夠達(dá)到。因此，一名運(yùn)動(dòng)員的出手速度在較短的時(shí)間甚至在某一個(gè)較短的運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)一般很難有較大的改變，可以認(rèn)為是定值。另外，其身高臂長(zhǎng)在短期內(nèi)也不會(huì)發(fā)生太大的變化，也可以認(rèn)為是定值。因此，運(yùn)動(dòng)員在短期內(nèi)投擲標(biāo)槍出手時(shí)各初始條件可能出現(xiàn)的組合形式主要有下列三種情況：

第一種組合形式：姿態(tài)角θ＞出手角度β，攻角 A0＞0°，初始俯仰角速度 ω＞0°/s，空氣動(dòng)力壓心距P 為負(fù)值，如圖1 所示。

圖1 第一種組合形式示意圖

在這種組合形式下，由于 θ＞β，A0＞0°，從而導(dǎo)致空氣壓心M 位于標(biāo)槍的重心W 后面并向槍尾方向移動(dòng)，則會(huì)造成空氣動(dòng)力壓心距P 增大，則標(biāo)槍的初始俯角速度ω 增大，致使槍尖抬頭，槍尾下沉。作用在標(biāo)槍壓力中心上的空氣動(dòng)力F 的水平分量FX 與標(biāo)槍向前運(yùn)動(dòng)的方向相反，抵消了一部分出手初速度V0的水平速度，縮短了標(biāo)槍的水平飛行距離；F 的垂直分量Fy為正升力，雖然能夠使標(biāo)槍升得較高，但水平速度減小，標(biāo)槍飛行一段距離以后，便迅速下降，減小了標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度。顯然這種組合形式?jīng)]有很好地利用空氣動(dòng)力效應(yīng)。

第二種組合形式：姿態(tài)角θ＜出手角度β、攻角 A0＜0°、初始俯仰角速度 ω＜0°/s、空氣動(dòng)力壓心距P 為負(fù)值，如圖2 所示。

圖2 第二種組合形式示意圖

在這種組合形式下, 作用在標(biāo)槍壓心上的空氣動(dòng)力F 的水平分量FX 與標(biāo)槍向前運(yùn)動(dòng)的方向相同，變成動(dòng)力，加大了標(biāo)槍飛行的水平速度，則標(biāo)槍上拋階段飛行的水平距離增大；F 的垂直分量Fy 為負(fù)升力，使得初始攻角的絕對(duì)值增大而使標(biāo)槍抬頭，此時(shí)適宜的負(fù)初始俯仰角速度可以阻止標(biāo)槍過(guò)于抬頭，使標(biāo)槍飛行得更遠(yuǎn)。當(dāng)A0＜0°時(shí)，空氣動(dòng)力壓心前移，壓力中心的位置距離標(biāo)槍重心較近,標(biāo)槍的下俯的力矩減小，空氣動(dòng)力的效應(yīng)能夠延長(zhǎng)標(biāo)槍在空中滑行的時(shí)間，則下拋階段標(biāo)槍滑翔的水平距離也越遠(yuǎn)。

第三種組合形式：θ=β，A0=0°，ω=0°/s，P＜0，F(xiàn)X 為動(dòng)力，如圖3 所示。這實(shí)際上是人們?cè)谕稊S標(biāo)槍時(shí)的一種理想組合形式，也就是說(shuō)，投擲標(biāo)槍時(shí)運(yùn)動(dòng)員作用在標(biāo)槍上力的方向必須與標(biāo)槍縱軸線方向一致。

圖3 第三種組合形式示意圖

在這種組合形式下，雖然標(biāo)槍也是流線型器械，但它在空中的飛行速度相比飛機(jī)、子彈之類(lèi)的流線型物體在空中飛行的速度要低得多，即標(biāo)槍在空中的飛行運(yùn)動(dòng)屬于低速運(yùn)動(dòng)。由空氣動(dòng)力學(xué)理論可知，當(dāng)A0=0°時(shí)，空氣流對(duì)低速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)槍產(chǎn)生的氣動(dòng)力只有黏性摩阻力和黏性壓阻力，阻力值較小，理論上標(biāo)槍的飛行距離會(huì)越遠(yuǎn)。但同時(shí)，空氣動(dòng)力作用在標(biāo)槍上的升力也將變得很小，標(biāo)槍出手后沒(méi)有明顯的上升過(guò)程，也沒(méi)有特別的下降弧線，減少了標(biāo)槍在空中飛行時(shí)間，標(biāo)槍的飛行速度雖然相對(duì)較快，但標(biāo)槍落地的角度很小，有時(shí)裁判員會(huì)較難找準(zhǔn)標(biāo)槍落點(diǎn)，容易導(dǎo)致無(wú)成績(jī)，即使有成績(jī)，由于標(biāo)槍在空中飛行時(shí)間較短，成績(jī)也不會(huì)太理想。這是因?yàn)闆Q定標(biāo)槍成績(jī)的關(guān)鍵要素不是阻力，而是升力與阻力的比，而升力與阻力是同時(shí)并存的，在減小空氣阻力對(duì)標(biāo)槍進(jìn)動(dòng)性影響的同時(shí)也應(yīng)適當(dāng)考慮空氣升力對(duì)標(biāo)槍在空中飛行時(shí)間的影響。

另外，由于現(xiàn)代男子比賽用標(biāo)槍重心又前移4cm，標(biāo)槍壓心距絕對(duì)值相對(duì)增大，致使標(biāo)槍軸沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的可能性增大。而標(biāo)槍的重心又靠近標(biāo)槍繩把前沿，運(yùn)動(dòng)員在投擲標(biāo)槍時(shí)，手通常握在標(biāo)槍繩把后沿K 點(diǎn)處，如圖4 所示，在運(yùn)動(dòng)員最后用力出槍瞬間，手指會(huì)對(duì)標(biāo)槍施加一個(gè)向前下方的撥動(dòng)力F，該力可以分解為沿標(biāo)槍縱軸分力F1和垂直于縱軸的分力F2。F1驅(qū)使標(biāo)槍做斜拋運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)2驅(qū)使標(biāo)槍沿縱軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧谾2×P,使標(biāo)槍抬頭，此時(shí)標(biāo)槍在空中的飛行的攻角便會(huì)大于零度[15]。當(dāng)姿勢(shì)角θ 稍大于出手角時(shí)，標(biāo)槍就以正攻角飛行，轉(zhuǎn)化為圖1 所示的組合形式；當(dāng)姿勢(shì)角θ 小于出手角β 時(shí)，標(biāo)槍就以負(fù)攻角飛行，轉(zhuǎn)化為圖2 所示的組合形式。因此，在運(yùn)動(dòng)員實(shí)際標(biāo)槍投擲的過(guò)程中，出現(xiàn)第三種組合形式幾乎是不可能的。

圖4 標(biāo)槍出手瞬間手指作用力示意圖

2.8 研究結(jié)果分析

通過(guò)上述計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，初速度是影響標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的必要條件，但并不是充分條件，而是和出手角度、初始攻角、初始俯仰角速度和偏航角等協(xié)同作用的結(jié)果。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍的初速度發(fā)生變化時(shí)，出手角度也隨之改變，當(dāng)出手角度改變時(shí)，標(biāo)槍的初速度和最佳初始攻角等初始條件也會(huì)隨之發(fā)生變化。當(dāng)出手角度較大時(shí)，初速度下降，最佳初始攻角較?。划?dāng)出手角度減小時(shí)，初速度與最佳初始攻角均增大，當(dāng)最佳出手角度確定后，與之對(duì)應(yīng)的最佳攻角是個(gè)區(qū)域值。當(dāng)初始攻角增大時(shí)，適宜的初始俯仰角速度將產(chǎn)生一個(gè)使標(biāo)槍低頭角速度，來(lái)彌補(bǔ)初始攻角增大時(shí)的負(fù)面影響，在一定范圍內(nèi)也可使標(biāo)槍達(dá)到較大的飛行遠(yuǎn)度。不同大小初始偏航角都會(huì)對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。在不同初速度和出手角度下，隨著自轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度影響極小。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員出手初速度和高度一定時(shí)，其他各初始出手條件最佳組合形式為第二種組合形式。

研究分析發(fā)現(xiàn)，每個(gè)男子標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員都有自己的投擲風(fēng)格，如2018 年全國(guó)投擲系列賽（成都站）前三名標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員與國(guó)外優(yōu)秀標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員不同初始條件與投擲成績(jī)對(duì)照統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 7 所示[16-17]。

表7 不同初始條件組合與投擲成績(jī)對(duì)照

由表7 可見(jiàn)，劉啟臻的出手角度為31.7°，接近國(guó)外優(yōu)秀男子標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員的平均出手角度32°，攻角為-4.1°，出手初速度為 28.58m/s，出手初速度比國(guó)內(nèi)其他兩名運(yùn)動(dòng)員的都大，攻角比國(guó)內(nèi)其他兩名運(yùn)動(dòng)員的都小，所以其投擲成績(jī)較佳，但低于國(guó)外優(yōu)秀男子標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員平均擲成績(jī)。因此，每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的個(gè)人風(fēng)格只有被標(biāo)槍在空中飛行時(shí)的“有效投擲條件”所制約，在長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中，通過(guò)科學(xué)的訓(xùn)練，漸漸形成與出手速度較為匹配的其他各初始出手條件，才能夠獲得更加優(yōu)異的成績(jī)。

初速度是影響標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的必要條件。從運(yùn)動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員要想提高投擲初速度，必須增大作用于標(biāo)槍上的力，延長(zhǎng)力作用于標(biāo)槍的距離，同時(shí)縮短力作用于標(biāo)槍的時(shí)間。而由于人的臂長(zhǎng)有限，力作用于標(biāo)槍的距離有一定的局限性，而增大作用于標(biāo)槍上的力和縮短力作用于標(biāo)槍的時(shí)間卻有較大的潛力[18-19]。因此，標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員要想提高投擲成績(jī)，應(yīng)從全面提高自身身體素質(zhì)和縮短力作用于標(biāo)槍的時(shí)間等方面著手。標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員出手時(shí)的“鞭打”動(dòng)作是增大作用于標(biāo)槍上的力和縮短力作用于標(biāo)槍的時(shí)間的主要因素[20]。

從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)員在投擲標(biāo)槍時(shí)，出手角度的選擇,要以能夠使標(biāo)槍獲得最大的出手速度為前提條件。由于人體的解剖結(jié)構(gòu)和最后用力的動(dòng)作特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員在投擲標(biāo)槍出手角度較小時(shí)，有利于將全身肌肉力量作用于標(biāo)槍上，能夠產(chǎn)生較大的出手速度[21]。研究分析表明，世界優(yōu)秀男子標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員的最佳出手角度一般為32°左右[22]。

從有利于發(fā)揮空氣動(dòng)力效率來(lái)說(shuō)，最佳攻角的選擇應(yīng)考慮合理的升阻比問(wèn)題。研究分析表明，隨著攻角的增加，空氣對(duì)標(biāo)槍的升力和阻力都會(huì)增大，但當(dāng)攻角增大到一定值時(shí)，阻力會(huì)很大，而升力卻不再增大了。當(dāng)攻角絕對(duì)值在（0—10）°范圍內(nèi)時(shí)，阻力增加的較為緩慢，攻角的絕對(duì)值超過(guò)10°以后，阻力隨攻角的增加而迅速增大[23，會(huì)大幅度降低標(biāo)槍向前飛行的速度，減少標(biāo)槍的水平飛行距離，所以攻角絕對(duì)值不能夠太大。當(dāng)出手角度較大時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的最佳初始攻角較??；當(dāng)出手角度減小時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的最佳初始攻角隨之增大，在一定條件下形成了二者之間的最佳組合。當(dāng)出手角度為32°時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的最佳初始攻角為-3°[24]。

初始俯仰角速度是標(biāo)槍出手時(shí)繞其橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員作用在標(biāo)槍上力的方向與標(biāo)槍的縱軸線方向不一致時(shí)，就會(huì)使標(biāo)槍產(chǎn)生初始俯仰角速度。上述研究分析表明，當(dāng)初始攻角在（0—6）°范圍內(nèi)時(shí)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度有所增大，這是因?yàn)檫m宜的初始俯仰角速度可以阻止初始攻角過(guò)大，從而避免標(biāo)槍飛行時(shí)出現(xiàn)過(guò)于抬頭現(xiàn)象。如果俯仰角速度過(guò)大時(shí)，標(biāo)槍就出現(xiàn)較大的抬頭或低頭現(xiàn)象，導(dǎo)致標(biāo)槍的飛行攻角出現(xiàn)變化，進(jìn)而導(dǎo)致升阻比的變化并對(duì)標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度產(chǎn)生很大影響。當(dāng)初始俯仰角速度在（-20—20）°/s 范圍內(nèi)變化時(shí)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度會(huì)相相差（15—20）m[25]。當(dāng)最佳初始攻角為-3°時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的最佳初始俯仰角速度為-10°/s。

初始偏航角是標(biāo)槍初速度的方向與標(biāo)槍縱軸在地面的投影線之間的夾角。偏航角的大小直接決定標(biāo)槍出手后在空中的飛行軌跡，進(jìn)而影響其飛行遠(yuǎn)度[26]。研究分析表明，就是一些世界級(jí)的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員，在擲標(biāo)槍時(shí)，為了追求較大的出手初速度，通常采用大幅度轉(zhuǎn)體，以便產(chǎn)生更大的爆發(fā)力，當(dāng)轉(zhuǎn)體角度稍有控制不到位時(shí)，常會(huì)引起標(biāo)槍出現(xiàn)初始偏航角。如果能把偏航角控制在（0—18）°范圍內(nèi)時(shí)，標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度下降幅度會(huì)較小些。當(dāng)其絕對(duì)值超過(guò)20°時(shí)，飛行遠(yuǎn)度會(huì)有大幅度下降[27]。因此，運(yùn)動(dòng)員在最后用力時(shí),不僅要發(fā)揮最大的出手速度,而且也應(yīng)該控制好用力方向。

標(biāo)槍旋轉(zhuǎn)速度的大小和方向是由運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍時(shí)手指撥動(dòng)標(biāo)槍力的大小與方向所決定的。研究分析表明，由于標(biāo)槍是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)體，其繞橫軸與繞縱軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值相差很大，即使標(biāo)槍繞其縱軸的旋轉(zhuǎn)速度為零時(shí)，由于氣動(dòng)力使得標(biāo)槍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)力矩很小，標(biāo)槍在飛行過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而旋轉(zhuǎn)本身并不能夠提高標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度。如果在投擲標(biāo)槍出手時(shí)，追求過(guò)高的初始旋轉(zhuǎn)速度，反而會(huì)使標(biāo)槍的初速度下降，而減小標(biāo)槍在空中飛行的距離[28]。顯然，試圖通過(guò)提高標(biāo)槍旋轉(zhuǎn)速度來(lái)提高飛行遠(yuǎn)度的做法是不可取的。

3 結(jié)論

初速度是影響標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度的必要條件，但并不是充分條件，而是和出手角度、初始攻角、初始俯仰角速度和偏航角等共同起作用的結(jié)果。增大作用于標(biāo)槍上的力和縮短力作用于標(biāo)槍的時(shí)間是提高標(biāo)槍初速度的有效途徑。

運(yùn)動(dòng)員在投擲標(biāo)槍時(shí)，出手角度的選擇要以使標(biāo)槍能夠獲得最大的初速度為前提條件。當(dāng)出手角度較小時(shí)，能夠獲得較大的初速度，從而使標(biāo)槍在空中飛行的更遠(yuǎn)。

標(biāo)槍在空中飛行時(shí)，攻角的絕對(duì)值大于零，是標(biāo)槍獲得空氣動(dòng)力積極效應(yīng)的必要條件，適宜的負(fù)（或正）攻角下，空氣動(dòng)力的積極效應(yīng)可使標(biāo)槍飛行得更快（或更高）。運(yùn)動(dòng)員在投擲標(biāo)槍時(shí)，作用在標(biāo)槍上力的方向不可能與標(biāo)槍縱軸線方向一致。

適宜的負(fù)初始俯仰角速度能夠有效阻止初始攻角偏離最佳值，在一定范圍內(nèi)可增加標(biāo)槍的飛行遠(yuǎn)度。

出現(xiàn)初始偏航角時(shí)，標(biāo)槍飛行遠(yuǎn)度都會(huì)有所下降，標(biāo)槍自轉(zhuǎn)并不能提高其飛行的遠(yuǎn)度。

當(dāng)初速度和出手高度一定時(shí)，其他各初始出手條件最佳組合形式為：姿態(tài)角θ＜出手角度β、攻角 A0＜0°、初始俯仰角速度 ω＜0°/s、空氣動(dòng)力壓心距P 為負(fù)值。世界優(yōu)秀男子運(yùn)動(dòng)員投擲標(biāo)槍最佳組合條件為：出手角度為32°、攻角為-3°、初始俯仰角速度為-10°/s，且初始偏航角越小越好。