一条胳膊如何缔造网球高铁速度？揭秘发球背后的科学奥秘

中网赛事拉开帷幕不久，赛场上便涌现出诸多精彩绝伦的发球得分瞬间，测速仪精准记录下了一连串令人惊叹的超高球速数据。

然而，这并非是网球发球速度的极限。据徽声在线了解，人类历史上发出的最快一记网球发球，速度竟高达263.4公里/小时，这一惊人纪录诞生于2012年，由澳大利亚选手萨姆·格罗斯（Sam Groth）在韩国釜山的ATP挑战赛上创造。

263.4公里/小时，这一速度与高铁的最高巡航速度相差无几，甚至超越了部分联络线的车速，着实令人咋舌。

那么，人类究竟是如何凭借一条胳膊，将网球击打出堪比高铁的速度呢？

实际上，职业球员的发球动作，绝非仅仅是胳膊的单一运动。它是一场从脚趾起始，直至拍头的全身协同接力，是一套在短短一两秒内完成的快速爆发动作。其核心在于多关节动力链引发的“鞭打效应”，同时叠加了精密的力学杠杆和旋转加速机制。

创下男子网球最快发球纪录的萨姆·格罗斯 ｜ Groth WM14 (1)

发球并非简单的“甩胳膊”，而是一场自脚而起的接力赛

发球的力量，归根结底源自地面。当选手双脚用力蹬地时，地面会产生反作用力，这一力量顺着小腿、大腿向上传递至躯干。随后，躯干进行拧转，将力量传递至肩部。肩关节向内旋转、肘关节伸展、小臂向前旋转，最终力量传递至手腕和拍头，再作用于球上。各个身体部位依次发力、传递并放大能量，共同构成了动力链（Kinetic Chain）。倘若其中任何一个环节出现问题，末端击球的速度都会大打折扣。

这并非毫无根据的猜测。2020年的一项运动医学研究通过精确计算得出：在发球过程中，超过50%的力量来源于腿部和躯干，其中髋部和躯干贡献了约51%的总动能和54%的总力量。这意味着，我们看到的那一记挥拍动作，实际上只是动力链的最后一环，而前面那些“看不见”的蹬地和转体动作，才是真正的动力源泉。

另一篇经典文献中，研究者将发球动作细致地拆分为3个阶段、8个环节，并明确指出：下肢动作是动力链的起始环节，负责产生能量并向上传递给骨盆、躯干、上肢和球拍；而高水平选手之所以能够发出高速球，关键在于他们能够通过“整体协调的蹬腿、下肢参与和骨盆旋转”来提高末端击球的效率。

因此，发球速度的快慢，在很大程度上取决于脚下蹬地的力量大小，以及能否将这份力量完整地传递至上方身体部位。

身体各个部位依次发力、传递并放大能量，才能打出高速球 ｜ giphy

鞭打效应：为何速度总是在“末端”爆发

仅有接力式的力量传递还远远不够。真正让拍头速度达到惊人程度的，是鞭打效应（whip effect）。

大家或许都见过公园里大爷甩鞭子的场景，手轻轻一抖，鞭梢便能发出一声清脆的爆响。这是因为鞭子由一节节逐渐变细、变轻的部分组成。甩动时，近端部分速度较慢且较重，远端部分速度较快且较轻，能量沿着鞭身依次向前传递，到末端时被放大成极高的速度。

而网球发球，就如同人体版的甩鞭子动作。

鞭打效应的关键在于，从近端到远端按照顺序加速：第一节先发力，当速度接近最大值时主动“刹车”，此时角动量会传递给第二节，第二节接着加速，如此依次向下传递。

无论是鞭子还是人体，由于远端质量较小，因此同样的角动量能够换来更高的速度。

一项运动生物力学研究对20名网球运动员在2000年悉尼奥运会单打比赛中的动作进行了测量，发现各部位的峰值角速度从低到高依次为：上身旋转870度/秒、肘关节伸展1510度/秒、腕关节屈曲1950度/秒。结合其他研究测得的膝关节伸展峰值角速度约500～800度/秒，可以清晰地看出，整个发球过程就是一场逐级提速的接力赛：

腿部蹬地速度最慢，躯干转动速度稍快，肩部和肘部速度更快，而最远端的小臂和手腕速度最快。拍头就像鞭梢一样，直到接近击球的瞬间，才会“啪”地一下加速，将球高速甩出。

而在这个过程中，臀腿是第一推动力，蹬地产生的驱动力是高球速的能量源头。

甩鞭子的时候，鞭身速度从近到远逐渐增加 ｜ 豆包AI

胳膊：仅仅是链条的最后一节

回到最初的问题，人类究竟是如何用一条胳膊将网球击打出高铁速度的呢？

答案依旧是那句话：打出高速发球的，从来都不是胳膊本身，而是臀腿产生的能量依次向上传递，速度不断被放大，最后由胳膊在最恰当的时机将速度释放到拍头。

在接下来的比赛中，大家不妨将视线从球拍转移到选手的全身，仔细观察选手是如何通过全身的协同动作，将力量从地面传递到手中，在一两秒内利用鞭打效应爆发出堪比高铁的速度。

参考文献

[1]Saini SS, Shah SS, Curtis AS. Scapular Dyskinesis and the Kinetic Chain: Recognizing Dysfunction and Treating Injury in the Tennis Athlete. Curr Rev Musculoskelet Med. 2020 Dec;13(6):748-756.

[2]Kovacs M, Ellenbecker T. An 8-stage model for evaluating the tennis serve: implications for performance enhancement and injury prevention. Sports Health. 2011 Nov;3(6):504-13.

[3]Fleisig G, Nicholls R, Elliott B, Escamilla R. Kinematics used by world class tennis players to produce high-velocity serves. Sports Biomech. 2003 Jan;2(1):51-64.

作者：代天医

编辑：odette

封面图来源：gemini

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