浅析足球抽射技术中的运动生物力学原理

刘晓菲 李樑

(1.四川建筑职业技术学院;2.成都体育学院 四川成都 610000)

浅析足球抽射技术中的运动生物力学原理

刘晓菲1李樑2

(1.四川建筑职业技术学院;2.成都体育学院 四川成都 610000)

在对问题认真细致分析的思维框架里(基于多年的教学实践),通过查阅文献资料,并采用访问运动生物力学相关专家的方法,研究了足球大力抽射技术中的动作特点,并归纳总结出其中所运用到的运动生物力学原理。为日常的足球教学、训练以及比赛起到一定的理论参考的价值。

足球 运动生物力学 抽射技术

足球抽射技术是足球运动中最重要的环节,做好这一环节,对于比赛结果起到至关重要的作用。基于对国内外文献的查阅和归纳总结,目前对于足球文献的研究,大多停留在教学、训练和技战术上,对于足球接球后大力抽射技术研究较少,而从运动生物力学方面进行分析的研究更少。

在教练员的教学和运动员的训练过程中,我们有必要从运动生物力学角度对足球接球后大力抽射技术进行分析。

1 研究方法

1.1 文献资料法

通过查阅文献资料、超星数字图书馆等文献资料库以及利用百度、google搜索引擎获得文献资料,掌握目前对足球接球后大力抽射技术的研究进展,确定本课题的研究方法与内容。

1.2 专家访谈法

访问运动生物力学专家,了解运动生物力学原理在足球接球后大力抽射技术中的运用。

1.3 归纳总结法

结合足球接球后大力抽射技术中的动作特点,归纳总结出其运动生物力学原理。

2 结果与分析

2.1 动量定理在足球接球后大力抽射技术动作中应用

动量定理定义为:物体动量的增量等于它所受合外力的冲量即Ft=Δvm。m表示物体的质量,v、v`表示物体的初速度、末速度,F(t)表示物体所受的冲量,则得F(t)=mv`-mv。

根据动量定理,为了把球踢得更远,就要给球以强大的冲力,还要求接触(撞击)球的时间要短。踢球前大腿先后摆,小腿屈膝,这些动作既有省力因素又可以加大踢球时的工作距离,延长肌肉的作用时间。踢球前大腿后摆拉长了屈大腿肌肉(髂腰肌)的长度,提高该肌肉的兴奋性有利于增大肌肉力量,使大腿带小腿,加大髋关节转动角速度。踢球前屈膝拉长了股四头肌,提高该肌兴奋性,有利于伸膝踢球时增大股四头肌肌力,从而加大膝关节转动角速度,最终提高足球运动的线速度。如若是接触球的时间短,就有利于给球较大的冲力。由于在比赛场上有很多踢球的技术动作是固定不变的,因此只是通过摆腿幅度的大小和速度的快慢来掌握出球后球运行距离的远近。

2.2 动能定理在足球接球后大力抽射技术动作中应用

动能定理为:外力对物体做的总功等于物体动能的变化。v、v`表示物体的初速度、末速度,S为物体的位移,FS表示对物体所受的功 ,则 得 :FS=1/2mv`2—1/2mv2。

足球从空中飞行过来时候,速度很大,如果把足球看作一个飞行的物体,足球开始接触脚背的速度为v,此时速度很大,最终停留在脚背上速度为v`,不管何时接球,足球的动能改变量是相对不变的。运动员为了更稳的接住高速飞行过来的足球,一般需要提前伸脚去迎球,这样延长了足球接触脚背的时间,从动能定理来解释,增加了脚背对足球的做功距离S,在足球动能改变量相对一定的情况下(1/2mv`2—1/2mv2)就会减小足球对脚背的冲击力,这样接球就会更加容易。

2.3 关节顺序原理在足球接球后大力抽射技术动作中应用

人体在做体育动作时,都是大关节带动小关节,大肌肉群带动小肌肉群的。这样可以更加经济和有效的动用人体的能量。

人体大关节首先产生活动,因为大关节的肌肉生理横断面积大,产生的肌肉力矩大,因此,在人体运动过程中,它能首先克服力矩,使环节首先产生运动。大关节带动小关节,指人体运动时依据关节的大小,表现出一定的先后顺序,当然小关节活动非常重要,小关节大多数为人体的支撑点,小关节的强弱直接决定完成动作时支撑的稳固性,如果小关节肌肉力矩强大,可缩短完成动作的时间,从而提高动作的速度。

针对“大关节首先活动”我们还可以这样理解,我们的身体分为上肢和下肢,对于下肢关节来说有髋关节、膝关节和踝关节,这三个关节的作用无外乎两点,其一是形体姿态的控制;其二就是完成身体移动。因此可以说髋关节首先运动是完成身体移动的先决条件,因此踢球时候应该首先活动髋关节,再带动大腿、小腿、踝关节。最后用脚背踢球。

2.4 转动惯量在足球接球后大力抽射技术动作中应用

对于一个质点,I=mr2,其中m是其质量,r是质点和转轴的垂直距离。这个定义只适用于r为恒定值的计算。准确的定义要用积分式子,是对r2dm的积分。

为了更加直观和简单的分析问题,近似的把脚背踢球点看做转动的点,转动半径r是脚背踢球点到髋关节的距离,其中m为踢球腿的质量。

以髋关节冠状轴为转轴摆腿踢球时,大小腿折叠摆动要比直腿摆动速度快,因为大小腿折叠摆动时质量分布相对靠近转轴,转动惯量小,转动力矩就会变小,从而转动速速度就大,出脚快。这样在比赛中就争取到了时间,占据了主动。

运动员在接球的时候,应该先抬大腿,折叠小腿再伸小腿,用脚接住球,抽射时候,应该先折叠大小腿,目的是减小下肢的转动半径,减小转动力矩。

2.5 动量矩守恒原理在足球接球后大力抽射技术动作中应用

动量矩是描述物体转动状态的量,即物体中所有质点的动量对一点或一轴之矩的和。而动量矩守恒是指:质点系不受外力作用或所受全部外力对某定点或定轴的主矩始终等于零时,则质点系对该点或该轴的动量矩(即角动量)保持不变,又称角动量守恒。

在足球踢球过程中,以髋关节为转动轴,人体其他部位都相对这一个转动轴做转动。从动量矩守恒定律看,在摆腿的同时,上臂会从下经斜前方往上挥动,这不只是简单的习惯性为了身体平衡而做的协调动作,更重要的是符合了动量矩守恒定律。当系统所受合外力矩为零时,其动量矩守恒。在实践中上臂挥动的路途长,速度会快,通常还会是直臂挥动,以求与下肢取得平衡。鉴于此,建议运动员在平时的训练中要适当加强肩臂力量的锻炼。

从制动的角度看,在大腿摆动到垂直面附近时制动,同时小腿加速前摆,由制动引起动量矩传递,从而使小腿的摆动速度更快,踢球力量也更大。

3 研究结论

足球接球后大力抽射技术中的运用到了动量定理、动能定理、关节顺序原理、转动惯量和动量矩守恒原理,具体做出如下结论。

(1)由动量定理可以看出,运动员为了把球踢得更远,就要给球以强大的冲力,还要求给予球接触(撞击)的时间要短。在比赛场上有很多踢球的技术动作是固定不变的,因此只是通过摆腿幅度的大小和速度的快慢来掌握出球后球运行距离的远近。

(2)由动能定理得知,运动员为了更稳的接住高速飞行过来的足球,一般需要提前伸脚去接球,这样增加了脚背对足球的做功距离S,在足球动能改变量相对一定的情况下,就会减小足球对脚背的冲击力,这样接球就会更加容易。

(3)人体在做体育动作时候,都是大关节带动小关节,大肌肉群带动小肌肉群的。由关节顺序原理来解释,踢球的时候应该首先活动髋关节,再带动大腿、小腿、踝关节,最后用脚背踢球。

(4)由转动惯量原理来看,运动员在接球的时候,应该先抬大腿,折叠小腿再伸小腿,用脚接住球;运动员抽射时候,应该先折叠大小腿,目的是减小下肢的转动半径,减小转动力矩。这样的目的是增加了下肢的摆动速度,使球就可以踢得更远。

(5)由动量矩守恒定理得知,在摆腿的同时,人体上臂会从下经斜前方往上挥动,这是为了身体平衡而做的协调动作;在大腿摆动到垂直面附近时制动,同时小腿加速前摆,由制动引起动量矩传递,从而使小腿的摆动速度更快,踢球力量也更大。

4 建议

建议在教练员的教学和运动员的训练过程中,多学习运动生物力学理论知识,只有正确掌握了力学原理,才能对动作发力特点会有更清晰的认识,将理论知识与运动训练结合起来,对运动员预防损伤和提高成绩有很大的帮助,使教练员和运动员真正做到知其然并知其所以然。

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Football;Sports biomechanics;Shot on the technology

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2095-2813(2014)09(a)-0015-02