淺析足球抽射技術(shù)中的運動生物力學(xué)原理

劉曉菲 李樑

(1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2.成都體育學(xué)院 四川成都 610000)

淺析足球抽射技術(shù)中的運動生物力學(xué)原理

劉曉菲1李樑2

(1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2.成都體育學(xué)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(xué)實踐),通過查閱文獻資料,并采用訪問運動生物力學(xué)相關(guān)專家的方法,研究了足球大力抽射技術(shù)中的動作特點,并歸納總結(jié)出其中所運用到的運動生物力學(xué)原理。為日常的足球教學(xué)、訓(xùn)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(xué) 抽射技術(shù)

足球抽射技術(shù)是足球運動中最重要的環(huán)節(jié),做好這一環(huán)節(jié),對于比賽結(jié)果起到至關(guān)重要的作用?；趯鴥?nèi)外文獻的查閱和歸納總結(jié),目前對于足球文獻的研究,大多停留在教學(xué)、訓(xùn)練和技戰(zhàn)術(shù)上,對于足球接球后大力抽射技術(shù)研究較少,而從運動生物力學(xué)方面進行分析的研究更少。

在教練員的教學(xué)和運動員的訓(xùn)練過程中,我們有必要從運動生物力學(xué)角度對足球接球后大力抽射技術(shù)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(shù)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(shù)的研究進展,確定本課題的研究方法與內(nèi)容。

1.2 專家訪談法

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

1.3 歸納總結(jié)法

結(jié)合足球接球后大力抽射技術(shù)中的動作特點,歸納總結(jié)出其運動生物力學(xué)原理。

2 結(jié)果與分析

2.1 動量定理在足球接球后大力抽射技術(shù)動作中應(yīng)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(zhì)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(jù)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(guān)節(jié)轉(zhuǎn)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(guān)節(jié)轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)動作中應(yīng)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(wěn)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?qū)δ_背的沖擊力,這樣接球就會更加容易。

2.3 關(guān)節(jié)順序原理在足球接球后大力抽射技術(shù)動作中應(yīng)用

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

人體大關(guān)節(jié)首先產(chǎn)生活動,因為大關(guān)節(jié)的肌肉生理橫斷面積大,產(chǎn)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(huán)節(jié)首先產(chǎn)生運動。大關(guān)節(jié)帶動小關(guān)節(jié),指人體運動時依據(jù)關(guān)節(jié)的大小,表現(xiàn)出一定的先后順序,當(dāng)然小關(guān)節(jié)活動非常重要,小關(guān)節(jié)大多數(shù)為人體的支撐點,小關(guān)節(jié)的強弱直接決定完成動作時支撐的穩(wěn)固性,如果小關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)來說有髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié),這三個關(guān)節(jié)的作用無外乎兩點,其一是形體姿態(tài)的控制;其二就是完成身體移動。因此可以說髖關(guān)節(jié)首先運動是完成身體移動的先決條件,因此踢球時候應(yīng)該首先活動髖關(guān)節(jié),再帶動大腿、小腿、踝關(guān)節(jié)。最后用腳背踢球。

2.4 轉(zhuǎn)動慣量在足球接球后大力抽射技術(shù)動作中應(yīng)用

對于一個質(zhì)點,I=mr2,其中m是其質(zhì)量,r是質(zhì)點和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動的點,轉(zhuǎn)動半徑r是腳背踢球點到髖關(guān)節(jié)的距離,其中m為踢球腿的質(zhì)量。

以髖關(guān)節(jié)冠狀軸為轉(zhuǎn)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(zhì)量分布相對靠近轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)動慣量小,轉(zhuǎn)動力矩就會變小,從而轉(zhuǎn)動速速度就大,出腳快。這樣在比賽中就爭取到了時間,占據(jù)了主動。

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

2.5 動量矩守恒原理在足球接球后大力抽射技術(shù)動作中應(yīng)用

動量矩是描述物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)的量,即物體中所有質(zhì)點的動量對一點或一軸之矩的和。而動量矩守恒是指:質(zhì)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(zhì)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(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動軸,人體其他部位都相對這一個轉(zhuǎn)動軸做轉(zhuǎn)動。從動量矩守恒定律看,在擺腿的同時,上臂會從下經(jīng)斜前方往上揮動,這不只是簡單的習(xí)慣性為了身體平衡而做的協(xié)調(diào)動作,更重要的是符合了動量矩守恒定律。當(dāng)系統(tǒng)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(xùn)練中要適當(dāng)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(jié)論

足球接球后大力抽射技術(shù)中的運用到了動量定理、動能定理、關(guān)節(jié)順序原理、轉(zhuǎn)動慣量和動量矩守恒原理,具體做出如下結(jié)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(shù)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(wěn)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?qū)δ_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(guān)節(jié)帶動小關(guān)節(jié),大肌肉群帶動小肌肉群的。由關(guān)節(jié)順序原理來解釋,踢球的時候應(yīng)該首先活動髖關(guān)節(jié),再帶動大腿、小腿、踝關(guān)節(jié),最后用腳背踢球。

(4)由轉(zhuǎn)動慣量原理來看,運動員在接球的時候,應(yīng)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(yīng)該先折疊大小腿,目的是減小下肢的轉(zhuǎn)動半徑,減小轉(zhuǎn)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(jīng)斜前方往上揮動,這是為了身體平衡而做的協(xié)調(diào)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(xué)和運動員的訓(xùn)練過程中,多學(xué)習(xí)運動生物力學(xué)理論知識,只有正確掌握了力學(xué)原理,才能對動作發(fā)力特點會有更清晰的認識,將理論知識與運動訓(xùn)練結(jié)合起來,對運動員預(yù)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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