淺析足球抽射技術(shù)中的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)問題認(rèn)真細(xì)致分析的思維框架里(基于多年的教學(xué)實(shí)踐),通過查閱文獻(xiàn)資料,并采用訪問運(yùn)動(dòng)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(dòng)作特點(diǎn),并歸納總結(jié)出其中所運(yùn)用到的運(yùn)動(dòng)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(jià)值。

足球 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué) 抽射技術(shù)

足球抽射技術(shù)是足球運(yùn)動(dòng)中最重要的環(huán)節(jié),做好這一環(huán)節(jié),對(duì)于比賽結(jié)果起到至關(guān)重要的作用。基于對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的查閱和歸納總結(jié),目前對(duì)于足球文獻(xiàn)的研究,大多停留在教學(xué)、訓(xùn)練和技戰(zhàn)術(shù)上,對(duì)于足球接球后大力抽射技術(shù)研究較少,而從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)方面進(jìn)行分析的研究更少。

在教練員的教學(xué)和運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過程中,我們有必要從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)角度對(duì)足球接球后大力抽射技術(shù)進(jìn)行分析。

1 研究方法

1.1 文獻(xiàn)資料法

通過查閱文獻(xiàn)資料、超星數(shù)字圖書館等文獻(xiàn)資料庫以及利用百度、google搜索引擎獲得文獻(xiàn)資料,掌握目前對(duì)足球接球后大力抽射技術(shù)的研究進(jìn)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(yùn)動(dòng)生物力學(xué)專家,了解運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理在足球接球后大力抽射技術(shù)中的運(yùn)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(dòng)作特點(diǎn),歸納總結(jié)出其運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)原理。

2 結(jié)果與分析

2.1 動(dòng)量定理在足球接球后大力抽射技術(shù)動(dòng)作中應(yīng)用

動(dòng)量定理定義為:物體動(dòng)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(dòng)量定理,為了把球踢得更遠(yuǎn),就要給球以強(qiáng)大的沖力,還要求接觸(撞擊)球的時(shí)間要短。踢球前大腿先后擺,小腿屈膝,這些動(dòng)作既有省力因素又可以加大踢球時(shí)的工作距離,延長(zhǎng)肌肉的作用時(shí)間。踢球前大腿后擺拉長(zhǎng)了屈大腿肌肉(髂腰肌)的長(zhǎng)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(dòng)角速度。踢球前屈膝拉長(zhǎng)了股四頭肌,提高該肌興奮性,有利于伸膝踢球時(shí)增大股四頭肌肌力,從而加大膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,最終提高足球運(yùn)動(dòng)的線速度。如若是接觸球的時(shí)間短,就有利于給球較大的沖力。由于在比賽場(chǎng)上有很多踢球的技術(shù)動(dòng)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(yùn)行距離的遠(yuǎn)近。

2.2 動(dòng)能定理在足球接球后大力抽射技術(shù)動(dòng)作中應(yīng)用

動(dòng)能定理為:外力對(duì)物體做的總功等于物體動(dòng)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(duì)物體所受的功 ,則 得 :FS=1/2mv`2—1/2mv2。

足球從空中飛行過來時(shí)候,速度很大,如果把足球看作一個(gè)飛行的物體,足球開始接觸腳背的速度為v,此時(shí)速度很大,最終停留在腳背上速度為v`,不管何時(shí)接球,足球的動(dòng)能改變量是相對(duì)不變的。運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)了足球接觸腳背的時(shí)間,從動(dòng)能定理來解釋,增加了腳背對(duì)足球的做功距離S,在足球動(dòng)能改變量相對(duì)一定的情況下(1/2mv`2—1/2mv2)就會(huì)減小足球?qū)δ_背的沖擊力,這樣接球就會(huì)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(dòng)作中應(yīng)用

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

人體大關(guān)節(jié)首先產(chǎn)生活動(dòng),因?yàn)榇箨P(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(yùn)動(dòng)過程中,它能首先克服力矩,使環(huán)節(jié)首先產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。大關(guān)節(jié)帶動(dòng)小關(guān)節(jié),指人體運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)非常重要,小關(guān)節(jié)大多數(shù)為人體的支撐點(diǎn),小關(guān)節(jié)的強(qiáng)弱直接決定完成動(dòng)作時(shí)支撐的穩(wěn)固性,如果小關(guān)節(jié)肌肉力矩強(qiáng)大,可縮短完成動(dòng)作的時(shí)間,從而提高動(dòng)作的速度。

針對(duì)“大關(guān)節(jié)首先活動(dòng)”我們還可以這樣理解,我們的身體分為上肢和下肢,對(duì)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(gè)關(guān)節(jié)的作用無外乎兩點(diǎn),其一是形體姿態(tài)的控制;其二就是完成身體移動(dòng)。因此可以說髖關(guān)節(jié)首先運(yùn)動(dòng)是完成身體移動(dòng)的先決條件,因此踢球時(shí)候應(yīng)該首先活動(dòng)髖關(guān)節(jié),再帶動(dòng)大腿、小腿、踝關(guān)節(jié)。最后用腳背踢球。

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

對(duì)于一個(gè)質(zhì)點(diǎn),I=mr2,其中m是其質(zhì)量,r是質(zhì)點(diǎn)和轉(zhuǎn)軸的垂直距離。這個(gè)定義只適用于r為恒定值的計(jì)算。準(zhǔn)確的定義要用積分式子,是對(duì)r2dm的積分。

為了更加直觀和簡(jiǎn)單的分析問題,近似的把腳背踢球點(diǎn)看做轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r是腳背踢球點(diǎn)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(shí),大小腿折疊擺動(dòng)要比直腿擺動(dòng)速度快,因?yàn)榇笮⊥日郫B擺動(dòng)時(shí)質(zhì)量分布相對(duì)靠近轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,轉(zhuǎn)動(dòng)力矩就會(huì)變小,從而轉(zhuǎn)動(dòng)速速度就大,出腳快。這樣在比賽中就爭(zhēng)取到了時(shí)間,占據(jù)了主動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)員在接球的時(shí)候,應(yīng)該先抬大腿,折疊小腿再伸小腿,用腳接住球,抽射時(shí)候,應(yīng)該先折疊大小腿,目的是減小下肢的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑,減小轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

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

動(dòng)量矩是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的量,即物體中所有質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量對(duì)一點(diǎn)或一軸之矩的和。而動(dòng)量矩守恒是指:質(zhì)點(diǎn)系不受外力作用或所受全部外力對(duì)某定點(diǎn)或定軸的主矩始終等于零時(shí),則質(zhì)點(diǎn)系對(duì)該點(diǎn)或該軸的動(dòng)量矩(即角動(dòng)量)保持不變,又稱角動(dòng)量守恒。

在足球踢球過程中,以髖關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動(dòng)軸,人體其他部位都相對(duì)這一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸做轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)量矩守恒定律看,在擺腿的同時(shí),上臂會(huì)從下經(jīng)斜前方往上揮動(dòng),這不只是簡(jiǎn)單的習(xí)慣性為了身體平衡而做的協(xié)調(diào)動(dòng)作,更重要的是符合了動(dòng)量矩守恒定律。當(dāng)系統(tǒng)所受合外力矩為零時(shí),其動(dòng)量矩守恒。在實(shí)踐中上臂揮動(dòng)的路途長(zhǎng),速度會(huì)快,通常還會(huì)是直臂揮動(dòng),以求與下肢取得平衡。鑒于此,建議運(yùn)動(dòng)員在平時(shí)的訓(xùn)練中要適當(dāng)加強(qiáng)肩臂力量的鍛煉。

從制動(dòng)的角度看,在大腿擺動(dòng)到垂直面附近時(shí)制動(dòng),同時(shí)小腿加速前擺,由制動(dòng)引起動(dòng)量矩傳遞,從而使小腿的擺動(dòng)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(yùn)用到了動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、關(guān)節(jié)順序原理、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和動(dòng)量矩守恒原理,具體做出如下結(jié)論。

(1)由動(dòng)量定理可以看出,運(yùn)動(dòng)員為了把球踢得更遠(yuǎn),就要給球以強(qiáng)大的沖力,還要求給予球接觸(撞擊)的時(shí)間要短。在比賽場(chǎng)上有很多踢球的技術(shù)動(dòng)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(yùn)行距離的遠(yuǎn)近。

(2)由動(dòng)能定理得知,運(yùn)動(dòng)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(duì)足球的做功距離S,在足球動(dòng)能改變量相對(duì)一定的情況下,就會(huì)減小足球?qū)δ_背的沖擊力,這樣接球就會(huì)更加容易。

(3)人體在做體育動(dòng)作時(shí)候,都是大關(guān)節(jié)帶動(dòng)小關(guān)節(jié),大肌肉群帶動(dòng)小肌肉群的。由關(guān)節(jié)順序原理來解釋,踢球的時(shí)候應(yīng)該首先活動(dòng)髖關(guān)節(jié),再帶動(dòng)大腿、小腿、踝關(guān)節(jié),最后用腳背踢球。

(4)由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原理來看,運(yùn)動(dòng)員在接球的時(shí)候,應(yīng)該先抬大腿,折疊小腿再伸小腿,用腳接住球;運(yùn)動(dòng)員抽射時(shí)候,應(yīng)該先折疊大小腿,目的是減小下肢的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑,減小轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。這樣的目的是增加了下肢的擺動(dòng)速度,使球就可以踢得更遠(yuǎn)。

(5)由動(dòng)量矩守恒定理得知,在擺腿的同時(shí),人體上臂會(huì)從下經(jīng)斜前方往上揮動(dòng),這是為了身體平衡而做的協(xié)調(diào)動(dòng)作;在大腿擺動(dòng)到垂直面附近時(shí)制動(dòng),同時(shí)小腿加速前擺,由制動(dòng)引起動(dòng)量矩傳遞,從而使小腿的擺動(dòng)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(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過程中,多學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)理論知識(shí),只有正確掌握了力學(xué)原理,才能對(duì)動(dòng)作發(fā)力特點(diǎn)會(huì)有更清晰的認(rèn)識(shí),將理論知識(shí)與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練結(jié)合起來,對(duì)運(yùn)動(dòng)員預(yù)防損傷和提高成績(jī)有很大的幫助,使教練員和運(yùn)動(dòng)員真正做到知其然并知其所以然。

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