網球拍材質的演進,由早期的天然木製網球拍到現今的人工合成 複合材質網球拍,其間重大之轉變在於球拍勁度和重量的變化;Brody
(1995)指出,球拍框的設計是網球拍最基本的架構,它所代表的是 網球拍功能的基礎,因此呈現出不同的擊球效果;諸如網球拍面和拍 框橫斷面的幾何形狀、球拍的勁度及球拍的質心和重量等,皆會影響 網球拍的擊球特性。而 Groppel(1992)與麥吉誠(1992)皆認為網 球拍勁度的增加,對網球比賽的型態和打法起了革命性的轉變;由於 球拍勁度提高,使得球與球拍接觸時,減少了能量的損耗,所以球能 獲得更多的能量以轉換成動能,因此增加了球速,進而加快比賽的節 奏,間接使運動員改變了打法與戰術。
早期 Baker 和 Wilson(1978)探討網球拍勁度和網線張力對撞擊 後球速的影響,經由實驗發現,網球拍勁度和網線張力有顯著的交互 作用,在當時以中勁度和低勁度的球拍,穿以 50 磅之網線張力時,
網球具有較高之反彈係數,但高勁度的球拍受網線張力的影響並不明 顯;換言之,網球拍結構體位移較小者比位移較大者,在與球碰撞後,
會具有較高之反彈球速。次年,Brody(1979)亦在其研究中指出,
高勁度的球拍柄在與球碰撞之際,球拍柄之變形較少,所以能量損失 較少,因而有較快之反彈球速,反之,低勁度的球拍柄其反彈球速較 慢;由 Brody 與先前 Baker 和 Wilson 的研究結果發現,他們對網球 拍勁度與反彈球速間的觀點,有許多異曲同工之妙。
網球拍的發展到了 80 年代以後,進入了一個新紀元。此時,研 究網球拍之文獻相繼出爐,Elliott(1982a)採用六種木質球拍,以探 討球拍勁度與反彈球速的關係,在其研究中,將這六支球拍分成低勁 度、中勁度與高勁度等三種不同勁度等級的球拍,結果發現高勁度的 網球拍,在網線張力由 55 磅增至 75 磅時,網球之反彈係數並沒有顯 著差異,而中和低勁度的球拍在網線張力 55 磅時,球具有較高之反 彈係數。接著 Missavage 和 Baker(1984)從實驗中有了量化的發現,
即增加球拍之勁度,使得球碰撞前後之球速比值從 0.36 增加至 0.42,
顯著地增加了 17%。隨後,Groppel(1984)開始選用人工合成之玻 璃纖維、碳纖維和硼纖維等高剛性的複合材質網球拍作為實驗對象,
發現網球拍之勁度因受這些補強材的影響,進而增加了球拍結構體之 勁度;然而,他對於鋁質球拍的見解就不盡相同了,其認為鋁質球拍 的勁度,取決於拍型結構的設計,與材料並沒有關係;不過,對於鋁 質球拍框橫斷面的因素並未考量,因此關於這個論點的真實性,仍有
相當大的爭議。
近幾年來,Hatze(1993)、Goodwill 和 Haake(2000)與 Cross
(2000)更進一步從能量的觀點,以解釋網球拍之勁度和能量損耗的 關係,藉由導出球拍和球作用系統的能量平衡數學模式,從式中得 知,網線方面所消耗的能量只佔總能量損耗的極少部分,而主要能量 損耗是因球與球拍接觸時,球拍結構體的作用所造成的。
由 Hatze、Goodwill 等人與 Cross 的研究發現,其結果可與先前 幾位學者之研究相呼應,他們共同的論點皆認為勁度較高的網球拍在 與球碰撞的過程中,球拍本身之形變量比勁度低的球拍少,而透過他 們推導出的能量平衡數學模式看來,由於勁度高的球拍形變量較少,
所以有較少的能量損失,因而提供給反彈球較多的能量以轉換成動 能,故反彈球有較高之恢復係數;相反的,勁度低的網球拍,在與球 碰撞的過程中,球拍框結構體內部損耗了較多的能量。
而 Brody(1995)指出,球與球拍在接觸時期,網線扮演類似彈 簧的角色,網線所消耗的能量極少,僅有 5% ~7%左右,因此高勁度 的球拍在附以高磅數之網線張力時,整個網線表面之形變量減少了,
因而網線儲存了較少之彈性位能,故施予球的能量減少,也就降低了 反彈球之球速;然而從控球觀點來說,高磅數的網線則有利於控球;
至於網線斷面的粗細,則因較細的網線有較低之彈性模數,可使網線 面有較大之變形量,因而能儲存較多之彈性位能,而給予反彈球較高 之球速。國內學者蘇榮立(1996)探討不同勁度網球拍與不同網線張 力的組合對恢復係數、控球及球速的影響,實驗中採用勁度為 50、
55、60、70 單位之四種網球拍,並搭配 40、50、60 和 70 磅之網線 張力,結果呈現出球拍勁度和網線張力間的關係,即勁度高和磅數高 的網球拍在控球及球速上,會比勁度低和磅數低的網球拍,有助於控 球及球速的表現。
從 Brody 的說法對照蘇榮立的研究結果,可彙整出球拍勁度與網 線張力間的關係,亦即問題的癥結主要還是回歸在球拍框結構體上,
畢竟網線部分所能影響的能量儘是極少部分。