淺析足球抽射技術中的運動生物力學原理

劉曉菲 李樑

(1.四川建筑職業技術學院;2.成都體育學院 四川成都 610000)

淺析足球抽射技術中的運動生物力學原理

劉曉菲1李樑2

(1.四川建筑職業技術學院;2.成都體育學院 四川成都 610000)

在對問題認真細致分析的思維框架里(基于多年的教學實踐),通過查閱文獻資料,并采用訪問運動生物力學相關專家的方法,研究了足球大力抽射技術中的動作特點,并歸納總結出其中所運用到的運動生物力學原理。為日常的足球教學、訓練以及比賽起到一定的理論參考的價值。

足球 運動生物力學 抽射技術

足球抽射技術是足球運動中最重要的環節,做好這一環節,對于比賽結果起到至關重要的作用?；趯鴥韧馕墨I的查閱和歸納總結,目前對于足球文獻的研究,大多停留在教學、訓練和技戰術上,對于足球接球后大力抽射技術研究較少,而從運動生物力學方面進行分析的研究更少。

在教練員的教學和運動員的訓練過程中,我們有必要從運動生物力學角度對足球接球后大力抽射技術進行分析。

1 研究方法

1.1 文獻資料法

通過查閱文獻資料、超星數字圖書館等文獻資料庫以及利用百度、google搜索引擎獲得文獻資料,掌握目前對足球接球后大力抽射技術的研究進展,確定本課題的研究方法與內容。

1.2 專家訪談法

訪問運動生物力學專家,了解運動生物力學原理在足球接球后大力抽射技術中的運用。

1.3 歸納總結法

結合足球接球后大力抽射技術中的動作特點,歸納總結出其運動生物力學原理。

2 結果與分析

2.1 動量定理在足球接球后大力抽射技術動作中應用

動量定理定義為:物體動量的增量等于它所受合外力的沖量即Ft=Δvm。m表示物體的質量,v、v`表示物體的初速度、末速度,F(t)表示物體所受的沖量,則得F(t)=mv`-mv。

根據動量定理,為了把球踢得更遠,就要給球以強大的沖力,還要求接觸(撞擊)球的時間要短。踢球前大腿先后擺,小腿屈膝,這些動作既有省力因素又可以加大踢球時的工作距離,延長肌肉的作用時間。踢球前大腿后擺拉長了屈大腿肌肉(髂腰肌)的長度,提高該肌肉的興奮性有利于增大肌肉力量,使大腿帶小腿,加大髖關節轉動角速度。踢球前屈膝拉長了股四頭肌,提高該肌興奮性,有利于伸膝踢球時增大股四頭肌肌力,從而加大膝關節轉動角速度,最終提高足球運動的線速度。如若是接觸球的時間短,就有利于給球較大的沖力。由于在比賽場上有很多踢球的技術動作是固定不變的,因此只是通過擺腿幅度的大小和速度的快慢來掌握出球后球運行距離的遠近。

2.2 動能定理在足球接球后大力抽射技術動作中應用

動能定理為:外力對物體做的總功等于物體動能的變化。v、v`表示物體的初速度、末速度,S為物體的位移,FS表示對物體所受的功 ,則 得 :FS=1/2mv`2—1/2mv2。

足球從空中飛行過來時候,速度很大,如果把足球看作一個飛行的物體,足球開始接觸腳背的速度為v,此時速度很大,最終停留在腳背上速度為v`,不管何時接球,足球的動能改變量是相對不變的。運動員為了更穩的接住高速飛行過來的足球,一般需要提前伸腳去迎球,這樣延長了足球接觸腳背的時間,從動能定理來解釋,增加了腳背對足球的做功距離S,在足球動能改變量相對一定的情況下(1/2mv`2—1/2mv2)就會減小足球對腳背的沖擊力,這樣接球就會更加容易。

2.3 關節順序原理在足球接球后大力抽射技術動作中應用

人體在做體育動作時,都是大關節帶動小關節,大肌肉群帶動小肌肉群的。這樣可以更加經濟和有效的動用人體的能量。

人體大關節首先產生活動,因為大關節的肌肉生理橫斷面積大,產生的肌肉力矩大,因此,在人體運動過程中,它能首先克服力矩,使環節首先產生運動。大關節帶動小關節,指人體運動時依據關節的大小,表現出一定的先后順序,當然小關節活動非常重要,小關節大多數為人體的支撐點,小關節的強弱直接決定完成動作時支撐的穩固性,如果小關節肌肉力矩強大,可縮短完成動作的時間,從而提高動作的速度。

針對“大關節首先活動”我們還可以這樣理解,我們的身體分為上肢和下肢,對于下肢關節來說有髖關節、膝關節和踝關節,這三個關節的作用無外乎兩點,其一是形體姿態的控制;其二就是完成身體移動。因此可以說髖關節首先運動是完成身體移動的先決條件,因此踢球時候應該首先活動髖關節,再帶動大腿、小腿、踝關節。最后用腳背踢球。

2.4 轉動慣量在足球接球后大力抽射技術動作中應用

對于一個質點,I=mr2,其中m是其質量,r是質點和轉軸的垂直距離。這個定義只適用于r為恒定值的計算。準確的定義要用積分式子,是對r2dm的積分。

為了更加直觀和簡單的分析問題,近似的把腳背踢球點看做轉動的點,轉動半徑r是腳背踢球點到髖關節的距離,其中m為踢球腿的質量。

以髖關節冠狀軸為轉軸擺腿踢球時,大小腿折疊擺動要比直腿擺動速度快,因為大小腿折疊擺動時質量分布相對靠近轉軸,轉動慣量小,轉動力矩就會變小,從而轉動速速度就大,出腳快。這樣在比賽中就爭取到了時間,占據了主動。

運動員在接球的時候,應該先抬大腿,折疊小腿再伸小腿,用腳接住球,抽射時候,應該先折疊大小腿,目的是減小下肢的轉動半徑,減小轉動力矩。

2.5 動量矩守恒原理在足球接球后大力抽射技術動作中應用

動量矩是描述物體轉動狀態的量,即物體中所有質點的動量對一點或一軸之矩的和。而動量矩守恒是指:質點系不受外力作用或所受全部外力對某定點或定軸的主矩始終等于零時,則質點系對該點或該軸的動量矩(即角動量)保持不變,又稱角動量守恒。

在足球踢球過程中,以髖關節為轉動軸,人體其他部位都相對這一個轉動軸做轉動。從動量矩守恒定律看,在擺腿的同時,上臂會從下經斜前方往上揮動,這不只是簡單的習慣性為了身體平衡而做的協調動作,更重要的是符合了動量矩守恒定律。當系統所受合外力矩為零時,其動量矩守恒。在實踐中上臂揮動的路途長,速度會快,通常還會是直臂揮動,以求與下肢取得平衡。鑒于此,建議運動員在平時的訓練中要適當加強肩臂力量的鍛煉。

從制動的角度看,在大腿擺動到垂直面附近時制動,同時小腿加速前擺,由制動引起動量矩傳遞,從而使小腿的擺動速度更快,踢球力量也更大。

3 研究結論

足球接球后大力抽射技術中的運用到了動量定理、動能定理、關節順序原理、轉動慣量和動量矩守恒原理,具體做出如下結論。

(1)由動量定理可以看出,運動員為了把球踢得更遠,就要給球以強大的沖力,還要求給予球接觸(撞擊)的時間要短。在比賽場上有很多踢球的技術動作是固定不變的,因此只是通過擺腿幅度的大小和速度的快慢來掌握出球后球運行距離的遠近。

(2)由動能定理得知,運動員為了更穩的接住高速飛行過來的足球,一般需要提前伸腳去接球,這樣增加了腳背對足球的做功距離S,在足球動能改變量相對一定的情況下,就會減小足球對腳背的沖擊力,這樣接球就會更加容易。

(3)人體在做體育動作時候,都是大關節帶動小關節,大肌肉群帶動小肌肉群的。由關節順序原理來解釋,踢球的時候應該首先活動髖關節,再帶動大腿、小腿、踝關節,最后用腳背踢球。

(4)由轉動慣量原理來看,運動員在接球的時候,應該先抬大腿,折疊小腿再伸小腿,用腳接住球;運動員抽射時候,應該先折疊大小腿,目的是減小下肢的轉動半徑,減小轉動力矩。這樣的目的是增加了下肢的擺動速度,使球就可以踢得更遠。

(5)由動量矩守恒定理得知,在擺腿的同時,人體上臂會從下經斜前方往上揮動,這是為了身體平衡而做的協調動作;在大腿擺動到垂直面附近時制動,同時小腿加速前擺,由制動引起動量矩傳遞,從而使小腿的擺動速度更快,踢球力量也更大。

4 建議

建議在教練員的教學和運動員的訓練過程中,多學習運動生物力學理論知識,只有正確掌握了力學原理,才能對動作發力特點會有更清晰的認識,將理論知識與運動訓練結合起來,對運動員預防損傷和提高成績有很大的幫助,使教練員和運動員真正做到知其然并知其所以然。

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