李根

（聊城高級財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)校 山東 聊城 252000）

前言

任何一項(xiàng)體育運(yùn)動均與物理學(xué)理論相關(guān)，所以可通過物理學(xué)原理對體育運(yùn)動進(jìn)行研究。足球作為一項(xiàng)全球體育項(xiàng)目，受到各國重視，多國學(xué)者對足球有較深的研究，尤其是物理學(xué)家從物理角度對足球訓(xùn)練技巧實(shí)施了研究，如，足球運(yùn)動軌跡、方位設(shè)置以及在空氣中的運(yùn)動等。在比賽期間，對定位球技巧較為重視，其中定位球主要分為電梯球與弧線球兩種，從出球到落球會產(chǎn)生不同軌跡，對進(jìn)球產(chǎn)生較大影響。所以，在進(jìn)行足球訓(xùn)練期間需在物理角度進(jìn)行分析與訓(xùn)練，以此達(dá)到提升訓(xùn)練技巧的目的。

1、足球中物理知識原理

1.1、力學(xué)原理

足球在被踢出的一瞬間，因受力方向、力度以及對球的作用點(diǎn)有一定差異，會改變其在空中與地面的運(yùn)動軌跡，只有把握球的運(yùn)動力度、作用點(diǎn)以及運(yùn)動方向才可使球向預(yù)期的方向飛行。比如，在足球運(yùn)動中，多數(shù)運(yùn)動員在訓(xùn)練期間若盲目訓(xùn)練，只用球的高低描述落點(diǎn)，而忽略了球的受力。根據(jù)牛頓力學(xué)原理可從力學(xué)進(jìn)行分析，足球受力作用點(diǎn)在中下部，在運(yùn)動期間運(yùn)動方向在前上方，會產(chǎn)生一種升高現(xiàn)象，這就需要運(yùn)動員在訓(xùn)練期間根據(jù)自身腳力、位置等準(zhǔn)確尋找作用點(diǎn)，對足球運(yùn)動靈活掌握，才可提升自身的訓(xùn)練技巧。

1.2、拋體運(yùn)動原理

球在拋出之后運(yùn)動過程較為復(fù)雜，球在斜上方運(yùn)動有一定的初速度，若初速度與水平方向呈一定夾角時，若出現(xiàn)45°夾角時，運(yùn)動軌跡最長。由于球在拋出后，初速度與運(yùn)動員體能有較大關(guān)系，因此運(yùn)動員的發(fā)揮受到初速度方向的影響。比如，在足球運(yùn)動時，運(yùn)動員運(yùn)球射門的過程中，射門是否成功與初速度方向相關(guān)，所以在進(jìn)行足球訓(xùn)練的過程中，需結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，同時還應(yīng)考慮球在運(yùn)動期間的空氣阻力，確保初速度與水平方向角度大于45°，可提高球運(yùn)動后達(dá)到預(yù)定位置發(fā)生率。

2、足球訓(xùn)練技巧中物理學(xué)知識

在對足球場方向進(jìn)行設(shè)置的過程中，需考慮地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，同時還應(yīng)避免陽光對運(yùn)動員造成的影響，國際足球場設(shè)置在南北方向。足球在運(yùn)動期間，從物理角度進(jìn)行分析，足球運(yùn)動是一個球體在空氣中運(yùn)行的空氣動力學(xué)問題，其遵循的物理規(guī)律主要包含踢球角度與力度以及球體彈射與飛行。球體在運(yùn)行期間其物理因素主要是球運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦力與其他物體產(chǎn)生的彈力，還包括空氣產(chǎn)生的阻力。

2.1、足球賽場放方向設(shè)置

國際足聯(lián)明確規(guī)定了比賽場地的形狀，長寬范圍，其長寬范圍分別為 90m-120m、45m-90m，球門高與寬設(shè)置為 2.44m、7.32m。由于賽事不同使用的場地有一定差異，我國基層比賽場地選擇采用因人制宜的方式，但邊線場地需大于球門線長度，同時不能改變球場不同區(qū)域面積。為了使運(yùn)動員比賽期間正常發(fā)揮，球場地面需平攤且保持適度的硬度，在正式比賽中需使用人工草皮。

在對場地進(jìn)行標(biāo)記時，需注意以下幾個問題：（1）不同比賽場地均用包含在各自區(qū)域內(nèi)的區(qū)域邊界線進(jìn)行標(biāo)明；（2）邊線是兩條較長的線，兩條短線叫做球門線；（3）各線長度均應(yīng)小于12cm；（4）整個場地需劃分為兩個半場；（5）在比賽場中線中心點(diǎn)位置畫出一個標(biāo)記，同時以點(diǎn)為圓心，以9.15m畫一個半徑。

球場分為不同區(qū)域，主要有球門區(qū)、角球區(qū)、禁區(qū)、小禁區(qū)、點(diǎn)球點(diǎn)以及中圈等要素，根據(jù)地球公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)原理，且受到陽光照射，將場地設(shè)置為南北方向，在正午12點(diǎn)足球場中的光線會從東向西照射，正午后光線會從西向東照射。所以，對于運(yùn)動員而言均不能直面光線，可最大程度上避免光線直面照射，以此可明顯降低光線對運(yùn)動員造成的影響。

2.2、弧線球中物理學(xué)規(guī)律

弧線球主要是指球在提出后到落地時在空中劃出的弧線，致使球在踢出時直線方向與落點(diǎn)存在不同程度的偏差，在對球員罰任意球期間，多以出其不意軌跡成功射門?；【€球是較為常見的任意球破門方式，球體旋轉(zhuǎn)是其要領(lǐng)所在。球員在踢弧線球的過程中，尋找正確的作用點(diǎn)至關(guān)重要，一般在偏向球的一側(cè)，且在提出的一瞬間使用腳背對球進(jìn)行摩擦，以此確保球在運(yùn)行過程中持續(xù)旋轉(zhuǎn)。如圖1所示，球在從右方向左方做弧線的過程中，空氣與球體摩擦后流向球體后方，同時因兩者摩擦帶動周圍空氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使球體一側(cè)空氣流速加快，另一側(cè)逐漸減慢。根據(jù)伯努利方程發(fā)現(xiàn)，隨著氣體流速逐漸加快，壓強(qiáng)逐漸減小，因球體兩側(cè)空氣流速有一定差異，對球會產(chǎn)生不同壓強(qiáng)，使球在空氣壓力下向受力大一側(cè)轉(zhuǎn)彎。

圖1 弧線球的運(yùn)行軌跡

一些球員習(xí)慣使用右腳內(nèi)側(cè)踢弧線球，在此期間應(yīng)確保球與腳有一定的接觸時間，可增加兩者摩擦，以此使球產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn)。同時，還應(yīng)有足夠沖擊力，產(chǎn)生較大沖力射門。足球在運(yùn)動期間，運(yùn)行距離越遠(yuǎn)，速度逐漸減慢，偏離角度越大，所以在運(yùn)動末尾時，球體偏向更為劇烈。

2.3、電梯球中的物理學(xué)規(guī)律

電梯球主要是球在踢出后產(chǎn)生一定角度弧度，球呈斜線向上飛，到到一定高度后再以一定速度與陡度迅速下降，整個過程猶如電梯急速上下。從物理角度分析發(fā)現(xiàn)，電梯球在發(fā)射期間，由于發(fā)射速度有一定差異，其運(yùn)動軌跡也有所不同。若球?yàn)榉切D(zhuǎn)球，且起始速度不高于降落速度，球的運(yùn)動軌跡可當(dāng)做伽利略拋物線；若起始速度高于降落速度，球的運(yùn)動軌跡不以拋物線降低，而是非對稱曲線。因球在運(yùn)動期間受到空氣阻力的影響，球的運(yùn)動過程是一種豎直的漸進(jìn)線，表明降低軌跡較上升軌跡陡峭，如圖2所示。

圖2 電梯球的運(yùn)行軌跡PH

運(yùn)動員在踢電梯球的過程中，應(yīng)掌握以下兩個要領(lǐng)：（1）踢球期間力度需穿透球心，使球在飛行期間盡量控制球不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；（2）踢球期間需增加力度，確保球的初始速度大于最終速度。電梯球較弧線球相比而言，最大區(qū)別在于電梯球在運(yùn)行期間不旋轉(zhuǎn)，同時初始速度較高，一般情況下速度維持在150km/h，對運(yùn)動員自身的體力要求比較高。目前，在所有足球運(yùn)動員中，使用電梯球的運(yùn)動員較多，但運(yùn)用最好的較少，這就需要通過教練對運(yùn)動員膝關(guān)節(jié)與小腿肌肉力量進(jìn)行指導(dǎo)訓(xùn)練，形成一套獨(dú)特的踢球模式，使球的彈性增強(qiáng)。

2.4、點(diǎn)球中的物理學(xué)規(guī)律

在進(jìn)行足球競技比賽期間，踢點(diǎn)球是全場振奮人心的時刻，在此期間運(yùn)動員與守門員精神處于集中狀態(tài)，運(yùn)動員需對足球運(yùn)動規(guī)律與特點(diǎn)進(jìn)行研究，以此對球有效干預(yù)。物理學(xué)中指出了運(yùn)動改變與力密切相關(guān)，在踢點(diǎn)球期間，運(yùn)動員需先觀察靜止球位置，并給其一個力，使足球按照運(yùn)動員預(yù)定方向運(yùn)行，在此期間運(yùn)動員施力方向是足球初始速度的方向。其施加力大小與踢球做功大小相關(guān)，結(jié)合動能定理對其實(shí)施理解，對初動能大小產(chǎn)生較大影響。

運(yùn)動員員為了提高進(jìn)球準(zhǔn)確率，在進(jìn)行點(diǎn)球的過程中會增加對球的作用力，從而提高足球的初始動力。從守門員角度進(jìn)行分析，撲球成功率與自身反應(yīng)能力有較大關(guān)系，主要是因運(yùn)動員踢出點(diǎn)球位置與球門之間的距離為9.15m。在運(yùn)動員射門期間，球的初始運(yùn)動速度可達(dá)100km/h，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式可計(jì)算出從球踢出到球門所需時間為0.32s，守門員大腦反應(yīng)在0.6s左右，表明球的運(yùn)動時間少于大腦反應(yīng)時間，所以守門員從反應(yīng)開始很難準(zhǔn)確預(yù)測球的運(yùn)動軌跡與落球點(diǎn)。因此，守門員撲點(diǎn)球需采取有效方法提高撲球準(zhǔn)確率，需要對運(yùn)動員踢球準(zhǔn)備動作實(shí)施預(yù)判，同時還應(yīng)考慮排除運(yùn)動員存在的假動作，以此避免出現(xiàn)錯誤判斷，做出正確的撲救姿勢。

2.5、在射門中的物理學(xué)原理規(guī)律

運(yùn)動員在對足球射門的過程中，也運(yùn)用到較多物理學(xué)原理，在帶球射門期間主要運(yùn)用到動量定理，足球動量的增量與自身所受合外力的沖量相同，為了增加球的初速度，應(yīng)增加腳力，同時增加與足球的接觸時間以及接觸面積。由此可以看出，動量定理對提高帶球射門的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在足球進(jìn)攻手段中，頭球是主要進(jìn)攻方法，在大型比賽中采用頭球進(jìn)球比例相對較高，對運(yùn)動員要求較高，因此運(yùn)動員需對頭球射門中產(chǎn)生的物理學(xué)原理進(jìn)行深入分析，主要是因頭與球接觸的瞬間，由于兩者接觸時間相對較短，滿足動量守恒定律。對傳球運(yùn)動員而言，需要增加傳球速度，以此使頭球速度增強(qiáng)，隨著傳球速度加快，在訓(xùn)練的過程中，應(yīng)當(dāng)對動量守恒定律有較深了解，根據(jù)外部環(huán)境把握投球時機(jī)，提升自身投球水平。在投球的過程中，運(yùn)動員自身需要有較高的騰空高度，同時在身體騰空時應(yīng)對球體運(yùn)行軌跡有較為準(zhǔn)確的預(yù)判。通過對投球過程進(jìn)行分析，可將其分為加速、起跳、騰空以及落地4個階段。在加速階段，運(yùn)動員需要通過助跑提高自身速度與彈跳力，身體上升到一定階段后會產(chǎn)生一定角度，身體上升速度結(jié)束后，起跳速度與角度決定了運(yùn)動員騰空高度，在起跳瞬間，地面支撐力大于自身重力，使身體合力向上。在騰空階段，運(yùn)動員通過內(nèi)力對外力距以及外力作用進(jìn)行調(diào)整，增加自身身體在空中的停留時間，使頭頂球的概率大大增加，身體在落地的過程中保持前傾，膝蓋微曲，以此緩沖地面對人體的沖擊力，確保落地時身體平衡。

2.6、足球過人中物理學(xué)原理規(guī)律

足球過人技術(shù)主要是有帶球轉(zhuǎn)身過人和帶球加速過人，帶球轉(zhuǎn)身過人時，隨著角速度增大，轉(zhuǎn)身速度也越快，縮小半徑可提升轉(zhuǎn)速，運(yùn)動員轉(zhuǎn)身時收緊全身，腳蹬地后要迅速向中軸腳靠近。轉(zhuǎn)身時會受到離心力作用，若轉(zhuǎn)動周長與半徑一定，通過增加向心力提高轉(zhuǎn)身速度。帶球加速過人中擺臂發(fā)揮重要作用，可對跑步節(jié)奏有效控制，提高跑步速度。運(yùn)動員在跑步期間，身體不同部位有效配合，可提高蹬地力。擺臂作用主要是助力前進(jìn)、保持平衡、節(jié)省體能，其中保持平衡是利用了力的相互性，左腿運(yùn)動時身體向右傾斜，左臂會向后擺動確保身體前后保持平衡，伸右臂時確保身體左右平衡，使腿部獲得向前牽引力，使身體上部獲得向前的牽引力，使中心前移，以此達(dá)到助力效果。

3、結(jié)語

綜上所述，足球運(yùn)動中每個環(huán)節(jié)均與物理學(xué)知識有較大關(guān)系，特別是在運(yùn)動員踢球時的角度、力度以及在空中的彈射等均與物理運(yùn)動規(guī)律相關(guān)。因此在足球技巧訓(xùn)練的過程中，只有從物理學(xué)角度進(jìn)行研究與訓(xùn)練，才可提高足球訓(xùn)練技巧，提升比賽成績。