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[转载]身体驱动挥杆(摆式)的力学原理

(2015-06-15 10:17:02)
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一、简支梁弯曲变形的基本知识

 http://s4/mw690/4a475f1bg7c57721be293&690

                                图一

 

如图一所示的一个受到简单支撑的梁,当梁的一侧受到收缩作用的时候(见图一上),梁必然发生弯曲变形(见图一下),同时梁的端头会发生转动,见图一下梁的左端转动角度A。在同等驱动作用下,梁端转动的角度大小与梁的长度,梁的高度有很大的关系。根据材料力学,在梁小变形情况下,均布荷载作用下梁端的转角A的大小与梁的长度的平方成正比,与梁的横截面宽度成反比,与梁的横截面高度的3次方成反比。例如,上面图一中,同一个矩形横截面的梁,同等作用条件下,梁截面平放时梁端的转角与梁截面立着放时梁端的转角是大不一样的,平放梁的端头的转过的角度是立放梁端头的转过角度的4倍!梁弯曲变形比较大的情况下,虽然不能直接套用材料力学公式计算图一中简支梁的转动角度,但变形的大致规律是接近的。

二、下杆阶段手臂以外身体部分的变形特征

 

          http://s8/mw690/4a475f1bgdb6a7a5b4e87&690
 

                          图二

 

摆式挥杆在上杆后到手腕释放之前这一下杆阶段,身体从臀部开始发生转动和向目标方向的移动,从外形看身体左侧形成明显的向后侧和向目标侧的弓曲,见图二中蓝线部分。这部分左侧身体犹如一个斜向而立的拱,它的一端支撑在地面,一端支撑在身体的颈部,这个拱可以支撑并限制颈部在水平方向的侧移但不限制颈部的转动。另一方面,这个拱又是向后弓曲的,它为身体右侧的胯部向目标方向的侧移让出了空间。

在同一时间段,身体肩部及右侧部分的身体,见图二中红线部分,它的下部右脚部位受到地面的支撑和约束,它在上部颈部受到前述侧立拱的支撑约束。另一方面,由于身体左侧胯部已转向身体后侧,已经为身体右侧胯部向目标方向侧移让出了空间,那么,身体右侧红线部分可以容易的向目标方向弓曲了。这样,身体肩部和右侧部分在右侧肌肉收缩作用下的受力状况和变形情况正好和图一所示简支梁是一样的。

由此,为了更简单直观的分析,根据身体受力和变形运动的主要特征,可以把手腕开始释放时的身体简化为一个斜立的简支梁的受力模型,其中双肩及右侧身体可以简化为梁身,左侧身体简化为一个限制水平移动但不限制转动和上下滑动的支撑约束,地面对右脚是可转动的支撑约束。见下图三。

         http://s14/mw690/4a475f1bgdb6a8163212d&690

                                  图三

 

在手腕释放阶段,这个简支梁在右侧腿胯肌肉及腰部肌肉收缩作用下的运动变形过程如图四所示。

             http://s6/mw690/4a475f1bgdb6a9a7574b5&690

                           图四

 

三、应用

摆式挥杆中,手臂和杆配合形成鞭打的核心动力是肩在垂直平面内的大力大幅转动。身体在形成上述简支梁结构后就可以完全机械地通过身体右侧腿胯和右侧腰部肌肉的大力收缩在垂直平面内产生最大幅度和最快速的转肩。其实,左胯不向后转,身体也是可以向目标方向弯曲的,但是,在左胯向后转动以后,相当于梁弯曲的横断面的高度被减小了,从前面梁的弯曲的基本知识可知,这时梁端头转动的幅度能大幅度增加。并且,按照这样的简支梁力学模型,颈部作为肩的转动中心在水平方向有稳定的支撑约束,这为后续手臂控制挥杆方向打下了良好基础。

要保证挥杆释放阶段身体受力模型的稳定变形运动,前期下杆阶段必须保证身体简支梁结构的形成。形成这一结构的关键是前期下杆阶段身体左侧完成向目标方向和向身体后侧的弓曲,而这其中又以身体向后侧弓曲中左胯的后转为难点。为保证左胯在下杆开始后的及时后转,上杆时必须顶住右膝。如果按照简支梁弯曲的力学模型理解摆式挥杆在鞭打阶段的用力方式,经典高尔夫教科书上的一些动作要领可能将变得容易理解和掌握。本人曾经发过一篇为什么大屁股女孩才能成为优秀高球运动员的议论,当时说的是屁股大转动后的能量大,能为杆头释放传输较大的能量。现在按鞭打阶段身体用力模型看,强壮的腿胯肌肉直接收缩施力形成大力转肩才是主要的原因。

至于肩的大力转动如何带动手臂形成有效鞭打可见博文“转肩带动鞭打--增大挥杆鞭打力度的最有效方法”

仅为一业余的探讨,供希望采用简单机械方式施加身体用力的业余球友们参考,欢迎博友们鞭打指正。

 

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