足球運動中幾種常見動作的運動生物力學分析

徐利明，賈兆雷，李 巍

（1. 唐山市體育運動學校，河北 唐山 063000；2. 唐山學院，河北 唐山 063020；3. 唐山市職業教育中心，河北 唐山 063000）

足球運動中幾種常見動作的運動生物力學分析

徐利明1，賈兆雷2，李 巍3

（1. 唐山市體育運動學校，河北 唐山 063000；2. 唐山學院，河北 唐山 063020；3. 唐山市職業教育中心，河北 唐山 063000）

采用文獻法、比較分析法，并運用運動生物力學的原理對幾個足球技術動作進行分析，旨在使技術動作更加的合理實用。

轉動慣量；制動；穩定角；運動生物力學

1 引言

足球運動是世界上開展最廣泛，影響最大的體育項目，號稱“世界第一運動”，深受世界各國和各地區人民的喜愛。其特點是設備簡單，規則簡明，場地大，比賽時間長，參加人數多，對抗激烈，觀賞性強，是速度與力量的完美結合。足球場上的激烈對抗充分激發著人體潛能，是智慧與體能的雙重較量。它能全面地鍛煉身體，對于增強體質和培養優良品質也都有很大的意義。

本文對足球運動中幾種常見的動作，如踢頂球、香蕉球、身體平衡機制、蹬踏等進行了運動生物力學分析。

2 幾種足球動作的運動生物力學分析

2.1 踢、頂球的力學機制

根據動量定理，為了把球踢得更遠，就要給球以強大的沖力，并且與球接觸（撞擊）的時間要短。踢球前大腿先后擺，小腿彎屈，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。如若接觸球的時間短，就有利于給球較大的沖力。

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，從而轉動慣量小，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。

如圖1所示，OAC的質量分布比OBD更靠近O點，所以在相同大小力的作用下，OAC到OA′C′的速度更快于OBD到OB′D′的速度。

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，力量也更大。如圖2所示，對整個系統而言，

所以影響W2的因素有兩個，W1和I1/I2的值。即增大W1可以使W2增大。所以增加預擺速度使W1增大，從而使W2增大。另外增大I1/I2的值可以使W2增大。I1是制動環節的轉動慣量。I2是繼續運動環節的轉動慣量。要使I1/I2值增大，盡可能增大I1，即動員更多的關節參與工作。

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。對跑動中擺腿踢球的人體

又∵ 肩拉力矩＜髖拉力矩

從理論上看I1W1遠遠小于I2W2這樣與I1W1=I2W2不相符。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。建議在平時的訓練中要適當加強肩臂力量的鍛煉。

上述原理也體現在頭頂球的爆發力中。頂球力量是由身體部分逐步增加力量而產生的，當跳起時，踝、膝和髖關節的有力伸展輔之以助跑蹬地和軀干、臂、頭部有力的動作，通過球的中心點而表現出爆發力量。但身體騰空后力量的主要來源一種是上體借助兩腿迅速有力蹬地的反作用而向前擺，帶動頭部快速迎擊來球。這種方法能夠充分發揮腹背肌肉的屈伸作用，使頭部在出球前預先獲得一定的擺動速度，增大頭部擊球的力量。無論原地助跑、向前向兩側頂球和較遠距離的傳球和射門，一般都這樣發力。另一種是借助弓身拉長腹部肌肉的有力收縮和頸部的靈活快速的發力，以頭部敲擊球的方法發力。這種發力方法沒有明顯的準備動作，頂球突然快速，出球隱蔽，方向變化莫測，但力量較小，一般用于短傳近射，尤其在變向頂球時作為“擺渡”其效果則更好。不管哪種方法發力，最后的擊球爆發力都應在身體達到最高點和身體擺到垂直地面時，發力最好，效果最佳。

2.2 香蕉球的力學機制

給球一個偏心力，球在空氣中既有平動又有轉動。球體表面附近的流體由于有粘性將隨著球體一起轉動形成繞球體的環流層。其環流層的厚與薄與球皮的粗糙程度及球體的旋轉角速度有關。球向前運動分開空氣，形成上下兩個半區，環流層與主流層疊加后相對于球來說上半區的主流層的流向與環流層一致，流速加快。下半區由于主流層與環流層的流向相反，所以流速將減慢。根據伯努利定律，流速和壓強成反比，上半區壓強小，下半區壓強大，所以下半區作用于球的力大于上半區，從而使球的運動軌跡發生偏轉，軌跡便成了一條弧線。參見圖3。弧度的大小與風向和風速有關系，逆風時弧度會更大一些，下墜球就是由此形成的。凌空抽射的球起初看似高出球門，可突然下墜令守門員很難判斷。一些高水平球員常踢出側下旋球，這樣的球就更具威脅力了。

2.3 身體平衡的穩定機制

2.3.1 身體平衡的穩定性與支撐面的大小有關

支撐面越大，物體平衡的穩定性就越好。在踢球時是一只腳完成支撐，另一只腳擺動踢球，所以支撐面很小，其穩定性也就很差。為了提高穩定性通常采用“滾動支撐”，就是支撐腳在支撐時，先由腳跟著地，再過渡到腳掌，最后完成全腳掌支撐。這樣做再結合緩沖將提高支撐面的支撐效果，從而提高踢球時的穩定性。

2.3.2 身體平衡的穩定性與重心的高度有關

重心越低，穩定性越好。為了踢球時能及時地把重心降下來，可以在支撐腳落地時做緩沖動作。落地緩沖主要依靠髖、膝、踝各關節的屈伸來調節重心相對于支撐面位置的高度，達到維持和恢復平衡的目的。球員髖、膝、踝各關節的緩沖性彎曲的角度值越大，重心下降的高度也越大。從球員完成踢球的效果來看，總的原則是：髖、膝、踝各關節在每一瞬間的屈伸角度的大小要有利于重心回到支撐面的穩定邊界范圍之內。

2.3.3 保持身體平衡便于向各方向靈活起動

在擺脫防守隊員或定位球搶點起動時，要將重心盡可能抬高并前移，減小前進方向的穩定角，以便快速突破平衡，在最短時間內加大速度。球員要根據場上需要隨時起動，因此需要在保持平衡的前提下減小各個方向上的穩定角，以便靈活起動。但在對抗中，就必須加大在對手方向上的穩定角，達到提高對抗方向上的穩定性。

一般射門高的原因是支撐腳位置不當，上體后仰，膝關節在球的后上方所造成的，所以射門時要盡可能地調整好支撐腳的位置，使膝關節保持在球的正上方和上體稍前傾，同時要求接觸球的部位要正確。以踢凌空球射門技術為例，當支撐腳固定后髖關節固定，大腿擺動制動后膝關節也相應固定。這樣在觸球部位、速度和力量都一樣的情況下，球的運行路線就固定了。在離球門同樣的距離內，圖4(1)的球會高出球門，而圖4(2)的球會打在球門內。同樣的一次機會，由于人體不同的平衡狀態就會出現截然不同的威脅效果和具有本質性差別的結果。

2.4 危險動作中的蹬踏

所謂蹬踏，其中有抬起腳從上往下跺的動作，多見于雙方隊員同時搶球或一名隊員傳球另一名隊員過來封堵時。被侵犯的常常是控球隊員，小腿的脛骨部位最易受傷，這也是足球運動員為什么要帶護腿板的原因之一。

蹬踏動作的危險性之所以大，原因在于其作用在脛骨上的是剪切載荷，在載荷的各表現形式中，物體承受剪切載荷的能力最小，如圖5。當控球隊員擺腿觸球前或觸球后其用力方向是由下向上的，而蹬踏動作的用力方向恰好是由上往下的，在爭搶中或為了不被對方把球破壞掉，踢球隊員的擺腿速度和力量都會加大，只要和防守隊員腳底相觸，其結果就很危險。

如圖6，AB整體向前運動，C點遇到與其運動相反的力，其形式符合剪切載荷，載荷施加方向與骨表面垂直，且在骨內部產生剪切應力和剪應變，所以受傷會很嚴重。

3 結論

足球運動是是速度與力量的完美結合，激烈對抗更增添了觀賞性。這背后缺少不了每個隊員的刻苦訓練，只有掌握了科學理論基礎，運用科學的方法去訓練才能事半功倍，使技術動作更加合理實用。

[1] 編寫組.運動生物力學[M].北京:高等教育出版社,2007: 79-80.

[2] 中國足球協會.足球競賽規則[M].北京:人民教育出版社,2010:45.

[3] 王崇喜.球類運動——足球[M].北京:高等教育出版社, 2001:123.

[4] 麻雪田,王崇喜.現代足球運動高級教程[M].北京:高等教育出版社,2002:96-97.

（責任編輯、校對：孫海祥）

The Application of Sporting-Biomechanics to Soccer Teaching

XU Li-ming1, JIA Zhao-lei2, LI Wei3

(1. Tangshan Sports School, Tangshan 063000, China; 2. Tangshan College, Tangshan 063020, China; 3. Tangshan Vocational Education Center, Tangshan 063000, China)

By the methods of documentation, comparison and analysis, this thesis researches on several technical actions in football matches according to the principle of athletic biological mechanics. Itis for the purpose of using the actions more properly.

curling inertia; crushing running; stable angle; sporting-biomechanics

G804.6

A

1009-9115(2012)02-0131-03

2011-12-06

徐利明（1973-），男，河北唐山人，初級教練，研究方向為體育教學與訓練。