足球運(yùn)動(dòng)中雙腳跳起頭頂球的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析

李偉軒

（赤峰學(xué)院 體育學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

足球運(yùn)動(dòng)中雙腳跳起頭頂球的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析

李偉軒

（赤峰學(xué)院 體育學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

本文從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的角度，對(duì)足球運(yùn)動(dòng)員雙腳跳起頭頂球進(jìn)行了力學(xué)分析，并提出相應(yīng)的訓(xùn)練方法，以指導(dǎo)頭頂球訓(xùn)練.

頭頂球；運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；訓(xùn)練方法

自從頭球技術(shù)在足球規(guī)則中得到認(rèn)可，頭就被稱為足球運(yùn)動(dòng)員的第三只腳，頭球技術(shù)不僅是控制球取得制空權(quán)的保證，更是射門得分的重要手段.因此，本文從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)角度，對(duì)運(yùn)動(dòng)員雙腳跳起頭頂球動(dòng)作進(jìn)行了力學(xué)分析，探究其內(nèi)在的特點(diǎn)與規(guī)律，從而科學(xué)地指導(dǎo)教學(xué)和訓(xùn)練.

1 雙腳跳起頭頂球動(dòng)作階段的劃分

雙腳跳起頭頂球這個(gè)完整的復(fù)雜的動(dòng)作是由不同形式的簡(jiǎn)單基本動(dòng)作組成的，把它們相互區(qū)分開來，有利于對(duì)完整的動(dòng)作進(jìn)行分析研究.通過對(duì)大量書籍進(jìn)行查閱，并針對(duì)試驗(yàn)的實(shí)際情況，將雙腳跳起頭球技術(shù)按照肌肉工作形式和關(guān)節(jié)活動(dòng)特點(diǎn)分為6個(gè)階段：a下蹲階段：起跳動(dòng)作的緩沖階段b起跳階段：膝關(guān)節(jié)伸展開始到雙腳離地階段c騰空后展階段：雙腳離地開始到髖關(guān)節(jié)最大后展階段d頂球階段：髖關(guān)節(jié)屈曲開始到頭觸球階段e下落階段：頭觸球開始到雙腳觸地階段f緩沖階段：落地后的階段.

2 來球速度與頂球力量的關(guān)系

在頭頂球瞬間，前額與球接觸的時(shí)間很短，碰撞時(shí)動(dòng)量損失可以忽略不記.由動(dòng)量守恒定律可得：m1v1+m2v2=m1'v1'+m2'v2'，若v1(頭擺動(dòng)的速度)不變，則v2(來球速度)越大，v2'(碰撞后球的速度)就越大，球的攻擊力就越強(qiáng)，也就是說，同隊(duì)隊(duì)員的最后一傳，球速越快，球的力量就越大.當(dāng)然，球速的提高，對(duì)頂球者的頭頂球技術(shù)及其把握頂球時(shí)機(jī)的能力，都提出了更高的要求.

3 雙腳跳起頭頂球動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析

從多關(guān)節(jié)肌的工作特點(diǎn)看，騰空后展階段形成反弓姿勢(shì)的一系列肌肉動(dòng)作正可以減小在頂球階段多關(guān)節(jié)肌出現(xiàn)的主動(dòng)不足.參與頂球階段因?yàn)樯眢w處于無支撐狀態(tài)，已經(jīng)消耗了彈跳力，加上為了在最高點(diǎn)頂球，起跳動(dòng)作所產(chǎn)生的垂直速度差不多或者已經(jīng)接近零，所以完成大力頂球這個(gè)動(dòng)作的難度是很大的.當(dāng)身體完成后展后，從反弓動(dòng)作開始做相向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)反弓達(dá)到適宜的角度的時(shí)候，身體開始對(duì)球作相向運(yùn)動(dòng).擊球者跳起于空中處于背弓過程中，人體可以視為剛體：∑M△t=0擊球者起跳階段產(chǎn)生的身體相對(duì)于額狀軸的轉(zhuǎn)動(dòng)通過挺身(而非展腹)動(dòng)作來對(duì)抗身體轉(zhuǎn)動(dòng)，維持身體平衡.擊球者在空中下肢與上肢、軀干的相向運(yùn)動(dòng)，形成了下肢繞髖關(guān)節(jié)軸后伸的動(dòng)量矩與上肢的動(dòng)量矩大小相等，方向相反.若上肢動(dòng)量矩為I1ω1，下肢動(dòng)量矩為I2ω2，則有I1ω1+I2ω2=0.在此過程，人體達(dá)到一定的背弓弧度后，腹部動(dòng)力肌開始收腹，在軀干的帶動(dòng)下，以髖關(guān)節(jié)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的變化是肌肉拉力矩(各動(dòng)力肌的合力與被關(guān)節(jié)到合力所在方向距離的積)作用的結(jié)果.

對(duì)人體各個(gè)環(huán)節(jié)來說，肌力矩是外力矩，當(dāng)肌力矩大于阻力矩時(shí)，環(huán)節(jié)做克制性工作；當(dāng)肌力矩小于阻力矩時(shí)，環(huán)節(jié)做退讓性工作；當(dāng)肌力矩等于阻力矩時(shí)，環(huán)節(jié)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，完成靜力性工作.對(duì)于跳起空中頭頂球這一過程而言，開始時(shí)環(huán)節(jié)做退讓性工作；直到身體處于相對(duì)最大背弓狀態(tài)時(shí)，環(huán)節(jié)做靜力性工作，此后環(huán)節(jié)做克制性工作.此過程符合動(dòng)量矩定理：Mdt=I2ω2-Ilω1，其中，M為此過程中的變力矩；I為擊球者頭部到髓關(guān)節(jié)這一段的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω1、ω2為這一段在不同時(shí)刻的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度.所以，欲使頭部擺動(dòng)速度增加，只需使轉(zhuǎn)動(dòng)角速度變大.由上述動(dòng)量矩定理可知，欲使轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增大，有兩條途徑：一是增大肌力矩M.由轉(zhuǎn)動(dòng)定律(M=Iβ，β為角加速度)和動(dòng)量矩定理可知，增大肌肉對(duì)環(huán)節(jié)的拉力矩M，可以增大環(huán)節(jié)繞相應(yīng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或角加速度.而肌力矩等于肌肉收縮力與肌力臂的乘積，即M=Fr，欲使肌力矩M增大：一是增大肌肉收縮力，這可通過鍛煉各動(dòng)力肌來實(shí)現(xiàn)；二是增大肌力臂，而肌力臂則隨肌拉力角而變化.通常來講，肌肉隆起顯著者，可獲得較大的肌拉力角，其原因是深層肌肉為淺層肌肉提供了較大的肌力臂；另外，背弓的弧度也影響肌力臂.在一定范圍內(nèi)，背弓弧度越大，肌力收縮方向所在直線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間距離就越大.因此，在平常教學(xué)訓(xùn)練中，強(qiáng)調(diào)身體在空中穩(wěn)定性的同時(shí)，也要強(qiáng)調(diào)身體在空中的展開程度，即背弓的深淺度，這不但有利于增大肌力臂，而且對(duì)增大肌力也有一定作用，因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)，動(dòng)力肌拉伸越長(收縮初長度越長)其收縮力越大.二是減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.由轉(zhuǎn)動(dòng)定律和動(dòng)量矩定理還可以知道，當(dāng)肌力矩一定時(shí)，減小環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)系對(duì)髓關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可達(dá)到增大轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或角加速度的目的.而物體對(duì)一定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等于物體上各質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與其至轉(zhuǎn)動(dòng)軸距離平方的乘積之和，即I=∑miri2.所以在環(huán)節(jié)繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)中，通常采用參與轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)系的質(zhì)量盡可能靠近轉(zhuǎn)動(dòng)軸的方法，以減小它們對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這也就是在跳起空中頭頂球過程中.上、下肢應(yīng)盡量彎曲而不伸直的原因.另外，在空中屈肘、屈膝也有利于維持身體在空中的平衡.

4 跳起頭頂球的訓(xùn)練方法

4.1 提高肌肉橫斷面的訓(xùn)練方法

跳起頭頂球的動(dòng)力肌為：腹直肌、腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌及骼腰肌.因此，要增加動(dòng)力肌肌力F，只需增大這四部分肌肉的收縮力.其方法是：一、四部分肌肉同時(shí)練習(xí)，可采用仰臥起坐、仰臥舉腿、跳躍收腹、懸垂舉腿、斜板收腹舉腿、斜板仰臥起坐、墊高負(fù)重仰臥起坐等方法；二、練腹內(nèi)、外斜肌，可采用負(fù)重側(cè)屈、負(fù)重轉(zhuǎn)體、體側(cè)屈、仰臥側(cè)擺腿等方法.

4.2 發(fā)展專項(xiàng)力量的訓(xùn)練方法

跳起頭頂球時(shí)，身體處于無支撐、無固定狀態(tài)，其在空中收縮的力量不只來源于動(dòng)力肌，還與協(xié)同肌的協(xié)調(diào)、被動(dòng)肌的放松、固定肌的固定有關(guān).因此，應(yīng)加強(qiáng)其專項(xiàng)力量訓(xùn)練.在訓(xùn)練時(shí)，應(yīng)使身體處于無支撐、無固定狀態(tài)或接近無固定狀態(tài)，這樣才能更好地發(fā)展其專項(xiàng)力量.具體的訓(xùn)練方法有：跳起空中做挺身收腹練習(xí)；四肢負(fù)重、跳起空中做挺身收腹練習(xí)；連續(xù)兩頭起練習(xí)(同樣包含四肢負(fù)重)等.

5 結(jié)束語

在忽略了空氣阻力后，人體騰空后就只受到重力以及頂球時(shí)球給頭的力，此時(shí)，要保持身體平衡，身體所受的合外力須為零，身體所受的合外力矩也要為零.要想提高頭頂球的速度，除了注意練習(xí)頭頂球的角度外，還應(yīng)重視對(duì)頭頂球力量的練習(xí)及隊(duì)員對(duì)快速來球的反應(yīng)能力、判斷能力的練習(xí)，才能使足球運(yùn)動(dòng)員的頭頂球技術(shù)發(fā)揮的更好.

〔1〕運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)編寫組.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)[M].高等教育出版社，1998.

〔2〕鄧道善，陳瓏.運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)[M].北京體育學(xué)院出版社，1993.

〔3〕王建衛(wèi)，李迎春，郗孟祥.析頭球射門的特點(diǎn)[J].南京體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(3)：91—92.

〔4〕牛洪林，吳玻.足球運(yùn)動(dòng)員頭頂球射門力量的生物力學(xué)分析及訓(xùn)練方法.遼寧體育科技，2003(5).

〔5〕程偉.頭頂球易犯錯(cuò)誤及糾正方法.中國學(xué)校體育，2003(4).

〔6〕王西軍.我這樣進(jìn)行頭頂球教學(xué).中國學(xué)校體育，2003(6).

〔7〕仵曉民.女子額正面頭頂球教學(xué)法初探.渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2000(5).

〔8〕尹仙芝.頭頂球技術(shù)運(yùn)用及分析.安陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，1999(4).

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1673-260X（2010）09-0084-02