I forbindelse med afslutningen på Joakim Bay Simonsens uddannelse som Civilingeniør i Medicin og Teknologi ved Danmarks Tekniske Universitet og Københavns Universitet, skrev han et speciale med titlen ”Serven – En biomekanisk analyse”.

Resultaterne har ligget og samlet støv længe nok, og trænger i den grad til at blive delt med resten af Tennisdanmark. Joakim Bay Simonsen har derfor skrevet denne artikel til Tennisavisen.dk, og håber resultaterne kan fungere som et indlæg i den vidensbank der er blandt trænere, spillere og iagttagere rundt omkring.

Det er ikke resultater der redefinerer serveteknikken eller vores opfattelse af serven, men det er resultater der ikke er vist før, og som gør os klogere på serven.

Undersøge energitransporten ved en serv

Udgangspunktet for mit projekt var at undersøge energitransporten ved en serv. Som spiller og fan af sporten vil jeg altid advokere for at tennisserven og tennis generelt, er en af de mest komplekse og sværeste idrætsgrene at lære og ikke mindst at mestre.

Serven rummer så stor en kompleksitet, koordinering og kontrol, at kun spillere der tager kampen op fra barns ben, lærer det. Serven kan blive en integreret del af bevægemønstret, og hvis man først mestrer serven, tænker man ikke over bevægelsen, men netop hvis bevægelsen bliver indlært tidligt og udført reflektorisk, kan det være svært at ændre den.

Bare fordi en spiller kan serve problemfrit, er det ikke ensbetydende med at det er effektivt, og netop derfor er det interessant at undersøge hvordan bevægelsen drives.

Projektet undersøgte hastigheden i armen under en serv, kræfterne udviklet under en serv, energien til stede i hvert segment i armen, samt energitransporten mellem disse segmenter.

Armen var opdelt i tre segmenter – overarm, underarm, og hånd. 2 forsøgspersoner blev filmet med infrarøde kameraer i laboratorie under udførelse af forskellige server (kick, slice, flad). Forsøgspersoner var elitespillere med serven som bedste slag.

Konklusionen fra projektet er; at armens primære funktion ved en tennisserv er at transportere energi med så lidt tab som muligt. Evnen til at gøre dette adskiller formodentlig de gode servere fra de mindre gode servere.

Gennemgang af resultaterne

Hastigheden for de tre segmenter samt ketsjeren er vist i Figur 1. Fra serverens synspunkt er koordinatsystemet lagt med x-aksen ind i banen, y-aksen parallelt med baglinjen bagud, og z-aksen op i luften.

Resultaterne i figur 1 passer meget godt overens med, hvad vi forventer at se – både i forhold til retningen af farten, men også hvordan segmenternes indbyrdes koordinerer deres tophastighed. Ikke overraskende bliver farten leveret ind i banen – positiv x, ud til højre for serveren (højrehåndsspiller) – negativ y, samt op i luften – positiv z.

Samtidig sker der en koordination i bevægelsen så overarmen når sin tophastighed først, dernæst underarm og til sidst hånd og ketsjer samtidig. Den sidste iagttagelse er en påstand, da hånd og ketsjer i modellen er ”låst” sammen og derved er det kun afstanden til rotationscentrum der afgør forskellen i hastighed.

Om den samme koordination kan ses hos mindre øvede servere er ikke undersøgt i dette studie, men meget peger på, at lige præcis timingen i en bevægelse er altafgørende for en optimal udførelse og er noget der kun kan læres hvis det påbegyndes tidligt i livet.

Den vigtige pointe ved denne ”bølge” af energi, som forplanter sig ud igennem armen til ketsjeren, er, at spilleren ikke skal udvikle den store effekt i det korte tidsrum, hvor ketsjeren når sin tophastighed.

Spilleren kan i stedet starte energiproduktionen tidligt i processen, og til slut samles alt energien i ketsjeren netop i det øjeblik, hvor den rammer bolden. På den måde kommer servens hastighed til at være mere et produkt at teknik end af råstyrke.

Figur 1: Hastigheder for 3 segmenter samt ketsjeren. Farvekode er angiver på grafen øverst til venstre (hum=overarm, under=underarm). Akserne er angiver på grafen nederst til venstre. Serven er optaget med 500 fps (frames pr. second).
Figur 1: Hastigheder for 3 segmenter samt ketsjeren. Farvekode er angiver på grafen øverst til venstre (hum = overarm, under = underarm). Akserne er angiver på grafen nederst til venstre. Serven er optaget med 500 fps (frames pr. second).

Muskelmomenter og ledreaktionskræfter

Mens kinematikken, altså bevægelsen. intuitivt giver mening, er det sværere at analysere kinetikken, altså kræfterne, og det kræver et vist kendskab til bevægelse generelt og til biomekanik. Forståelsen af nedenstående beskrivelse af momenter og ledreaktionskræfter er ikke afgørende.

På figur 2 ses de beregnede ledmomenter skabt af musklerne for én udvalgt tennisserv. Figuren viser, at de største momenter opstår i skulderen og aftager distalt.

Rotationsmomentet om skulderen starter med at være domineret af de eksterne rotatorer mens ketsjeren føres bag kroppen, inden der dannes et stort moment omkring indad rotation ved acceleration af ketsjeren op mod bolden. Samme mønster, dog en anelse tidsforskudt, gør sig gældende for skulderadduktion.

Først er skulderabduktiong dominerende inden adduktionen, sandsynligvis som en følge af, at indadrotation, bliver dominerende. Albuen er ekstensordomineret gennem slaget, og den dominans starter inden indadrotationen i skulderen begynder at dominere, og inden skulderen har opnået det største abduktionsmoment.

I forhold til at ketsjeren bliver placeret bag ryggen for derefter at bliver accelereret op mod bolden, virker de beregnede nettomomenter overbevisende. Momenterne om håndleddet er meget små, hvilket giver mening fysiologisk, da momentarmen er meget mindre end i de to andre led.

Figur 2: Muskelmomenter for de 3 segmenter i armen under en serv. For skulder er adduktion positiv og abduktion er negativ, skulder fleksion er positiv og ekstension negativ, osv.
Figur 2: Muskelmomenter for de 3 segmenter i armen under en serv. For skulder er adduktion positiv og abduktion er negativ, skulder fleksion er positiv og ekstension negativ, osv.

På figur 3 ses ledreaktionskræfterne for én tennisserv. Igen ses et mønster hvor de største kræfter ses i skulderen og aftager distalt. Tidsforskydningen op til boldtræf er ikke lige så udtalt som tidligere set. Det ses, at albuens resulterende ledreaktionskraft dykker omkring boldkontakt.

For at klarlægge årsagen til dette er det nødvendigt at gå tilbage og undersøge hver komposant for kraften. Det viser sig, at der sker et stort fald i kraften i y-aksens retning, hvilket svarer til meadiale lateral kraft. Falder sker i retningen fra lateral til medial og passer med at ketsjeren accelereres lateralt mod bolden.

Figure 3: Ledreaktionskrafter for de 3 led i armen.
Figure 3: Ledreaktionskrafter for de 3 led i armen.

Effekt

Efter at have gennemgået energibetragtninger omkring serven der primært fungerer til at verificere data, følger nu en gennemgang af de beregnede effekter. Effektberegningerne er delt op i to – aktiv effekt og passiv effekt. Den aktive effekt dannes af musklerne, og den passive effekt overføres af ledkræfterne mellem segmenterne.

På figur 4 ses de aktive effektkurver for testperson A og B for kick- og sliceserv. De fem kurver har i høj grad samme forløb uanset servertype. For testeperson A ses der en klar reduktion i energimængden der transporteres ind i underarmen via albuen ved sliceserven.

Det skyldes at underarmen ikke skal accelereres op i bolden på samme måde som i kickserven, men i stedet skal slynges rundt og ramme bolden på siden. Generelt er sliceserven langsommere og mindre eksplosiv hvilket forklarer hvorfor der også transporteres mindre energi ind i humerus fra skulderes.

Det samme mønster ses hos testperson B. Ved kickserven transporteres der mere energi ind i underarmen via albuen end ved den flade serv, mens der omvendt transporteres mere energi ind i humerus via skulderen ved den flade serv.

Grunden til den lidt mindre variation mellem de to server hos testperson B er, at kickserven og den flade serv er mere ens end kickserven og sliceserven. Testperson B har en periode op til boldkontakt, hvor der transporteres energi ud af humerus via skulderen.

Årsagen til dette kan være, at der sker en forceret udadrotation i skulderen, som bliver bremset proksimalt for skulderen.

Figure 4: Den aktive effekt over 3 led i armen. Resultaterne er midlet over alle optagelser for forsøgsperson og servetype.Subject A servede kick- og sliceserv. Subject B servede kick- og flad serv. Oversættelse af "legend" box – humd=humerus (overarm) distalt, underp=underarm proksimalt, håndp=hånd proksimalt, underd=underarm distalt, hump=humerus (overarm) proksimalt.
Figure 4: Den aktive effekt over 3 led i armen. Resultaterne er midlet over alle optagelser for forsøgsperson og servetype.Subject A servede kick- og sliceserv. Subject B servede kick- og flad serv. Oversættelse af “legend” box – humd = humerus (overarm) distalt, underp = underarm proksimalt, håndp = hånd proksimalt, underd = underarm distalt, hump = humerus (overarm) proksimalt.

På figur 5 ses den passive effekt, hvor kurverne er næsten identiske både på tværs af servetyper og testpersoner. Der er en lille forskel efter samme mønster som ved den aktive effekt. Belastningen ved kickserven er højere end ved sliceserven, mens belastningen ved den flade serv er større end ved kickserven.

Figure 5: Den passive effekt over 3 led i armen. Resultaterne er midlet over alle optagelser for forsøgsperson og servetype.Subject A servede kick- og sliceserv. Subject B servede kick- og flad serv.
Figure 5: Den passive effekt over 3 led i armen. Resultaterne er midlet over alle optagelser for forsøgsperson og servetype.Subject A servede kick- og sliceserv. Subject B servede kick- og flad serv.

Arbejde

Ud fra ovenstående effektberegninger kan vi se, hvor energien bevæger sig hen, og ved at integrere effekten kan vi beregne arbejdet på udført på hvert segment. Arbejdet for testperson A’s kick serv er vist i figur 6.

Ud fra figuren kan det konstateres, at ved en serv transporteres energi via en kinetisk kæde fra humerus, via underarmen ud i hånden hvor det konverteres til fart i ketsjerhovedet. Energitransporten forløber passivt via armens led og ikke via musklerne omkring leddet.

Energien, der driver armen, bliver altså ikke produceret i armen, men blot transporteret igennem. En god serv må derfor være kendetegnet ved evnen til at transportere denne energi så godt som muligt ud gennem armen med mindst muligt tab. De præcise beregninger og resultater for arbejdet vil jeg ikke komme ind på her, men resultaterne tyder på at der er forskel på det udførte arbejde afhængig af servetype og spiller.

En nærmere undersøgelse af hvor og hvornår der enten produceres eller tabes energi under serven, og et evt. mønster i dette, ville være interessant. Det ville også være oplagt at undersøge, hvor energien bliver produceret i første omgang, nu der ikke sker nogen produktion i armen.

Der er ingen tvivl om, at en stor del produceres i benene og ved en undersøgelse af dette, kan det samtidig klarlægges hvordan energien transporteres igennem torso, og hvordan størrelsen af energien udvikler sig igennem torso.

Af undersøgelsen kan konkluderes, at gode servere ikke producerer energien med armens muskler, men overvejende transporterer energi via leddene, og at denne energi er produceret i benene eller kroppen, før armen begynder sin bevægelse mod bolden.

Armens funktion ved en tennisserv således primært at transportere energien med så lidt tab som muligt. Evnen til at gøre dette adskiller formodentlig de gode fra de mindre gode servere.

Figure 6: Øverst: Arbejde udført på humerus. Midten: Arbejde udført på underarmen. Nederst: Arbejde udført på hånden.p betegner passiv, a betegner aktiv, t betegner total. Blå viser standardafvigelsen på gennemsnitsberegningen.
Figure 6: Øverst: Arbejde udført på humerus. Midten: Arbejde udført på underarmen. Nederst: Arbejde udført på hånden.p betegner passiv, a betegner aktiv, t betegner total. Blå viser standardafvigelsen på gennemsnitsberegningen.