足球运动中双脚跳起头顶球的运动生物力学分析

2010-08-15李伟轩

赤峰学院学报·自然科学版 2010年9期

关键词：头顶双脚肌力

李伟轩

（赤峰学院体育学院，内蒙古赤峰 024000）

足球运动中双脚跳起头顶球的运动生物力学分析

李伟轩

（赤峰学院体育学院，内蒙古赤峰 024000）

本文从运动生物力学的角度，对足球运动员双脚跳起头顶球进行了力学分析，并提出相应的训练方法，以指导头顶球训练.

头顶球；运动生物力学；训练方法

自从头球技术在足球规则中得到认可，头就被称为足球运动员的第三只脚，头球技术不仅是控制球取得制空权的保证，更是射门得分的重要手段.因此，本文从运动生物力学角度，对运动员双脚跳起头顶球动作进行了力学分析，探究其内在的特点与规律，从而科学地指导教学和训练.

1 双脚跳起头顶球动作阶段的划分

双脚跳起头顶球这个完整的复杂的动作是由不同形式的简单基本动作组成的，把它们相互区分开来，有利于对完整的动作进行分析研究.通过对大量书籍进行查阅，并针对试验的实际情况，将双脚跳起头球技术按照肌肉工作形式和关节活动特点分为6个阶段：a下蹲阶段：起跳动作的缓冲阶段b起跳阶段：膝关节伸展开始到双脚离地阶段c腾空后展阶段：双脚离地开始到髋关节最大后展阶段d顶球阶段：髋关节屈曲开始到头触球阶段e下落阶段：头触球开始到双脚触地阶段f缓冲阶段：落地后的阶段.

2 来球速度与顶球力量的关系

在头顶球瞬间，前额与球接触的时间很短，碰撞时动量损失可以忽略不记.由动量守恒定律可得：m1v1+m2v2=m1'v1'+m2'v2'，若v1(头摆动的速度)不变，则v2(来球速度)越大，v2'(碰撞后球的速度)就越大，球的攻击力就越强，也就是说，同队队员的最后一传，球速越快，球的力量就越大.当然，球速的提高，对顶球者的头顶球技术及其把握顶球时机的能力，都提出了更高的要求.

3 双脚跳起头顶球动作的运动生物力学分析

从多关节肌的工作特点看，腾空后展阶段形成反弓姿势的一系列肌肉动作正可以减小在顶球阶段多关节肌出现的主动不足.参与顶球阶段因为身体处于无支撑状态，已经消耗了弹跳力，加上为了在最高点顶球，起跳动作所产生的垂直速度差不多或者已经接近零，所以完成大力顶球这个动作的难度是很大的.当身体完成后展后，从反弓动作开始做相向运动，当反弓达到适宜的角度的时候，身体开始对球作相向运动.击球者跳起于空中处于背弓过程中，人体可以视为刚体：∑M△t=0击球者起跳阶段产生的身体相对于额状轴的转动通过挺身(而非展腹)动作来对抗身体转动，维持身体平衡.击球者在空中下肢与上肢、躯干的相向运动，形成了下肢绕髋关节轴后伸的动量矩与上肢的动量矩大小相等，方向相反.若上肢动量矩为I1ω1，下肢动量矩为I2ω2，则有I1ω1+I2ω2=0.在此过程，人体达到一定的背弓弧度后，腹部动力肌开始收腹，在躯干的带动下，以髋关节为轴转动，其转动状态的变化是肌肉拉力矩(各动力肌的合力与被关节到合力所在方向距离的积)作用的结果.

对人体各个环节来说，肌力矩是外力矩，当肌力矩大于阻力矩时，环节做克制性工作；当肌力矩小于阻力矩时，环节做退让性工作；当肌力矩等于阻力矩时，环节处于相对平衡状态，完成静力性工作.对于跳起空中头顶球这一过程而言，开始时环节做退让性工作；直到身体处于相对最大背弓状态时，环节做静力性工作，此后环节做克制性工作.此过程符合动量矩定理：Mdt=I2ω2-Ilω1，其中，M为此过程中的变力矩；I为击球者头部到髓关节这一段的转动惯量；ω1、ω2为这一段在不同时刻的转动角速度.所以，欲使头部摆动速度增加，只需使转动角速度变大.由上述动量矩定理可知，欲使转动角速度增大，有两条途径：一是增大肌力矩M.由转动定律(M=Iβ，β为角加速度)和动量矩定理可知，增大肌肉对环节的拉力矩M，可以增大环节绕相应关节的转动角速度或角加速度.而肌力矩等于肌肉收缩力与肌力臂的乘积，即M=Fr，欲使肌力矩M增大：一是增大肌肉收缩力，这可通过锻炼各动力肌来实现；二是增大肌力臂，而肌力臂则随肌拉力角而变化.通常来讲，肌肉隆起显著者，可获得较大的肌拉力角，其原因是深层肌肉为浅层肌肉提供了较大的肌力臂；另外，背弓的弧度也影响肌力臂.在一定范围内，背弓弧度越大，肌力收缩方向所在直线与转动轴之间距离就越大.因此，在平常教学训练中，强调身体在空中稳定性的同时，也要强调身体在空中的展开程度，即背弓的深浅度，这不但有利于增大肌力臂，而且对增大肌力也有一定作用，因为在一定范围内，动力肌拉伸越长(收缩初长度越长)其收缩力越大.二是减小转动惯量.由转动定律和动量矩定理还可以知道，当肌力矩一定时，减小环节或环节系对髓关节轴的转动惯量，也可达到增大转动角速度或角加速度的目的.而物体对一定转动轴的转动惯量等于物体上各质点的质量与其至转动轴距离平方的乘积之和，即I=∑miri2.所以在环节绕关节轴的转动中，通常采用参与转动的环节或环节系的质量尽可能靠近转动轴的方法，以减小它们对转动轴的转动惯量，这也就是在跳起空中头顶球过程中.上、下肢应尽量弯曲而不伸直的原因.另外，在空中屈肘、屈膝也有利于维持身体在空中的平衡.

4 跳起头顶球的训练方法

4.1 提高肌肉横断面的训练方法

跳起头顶球的动力肌为：腹直肌、腹内斜肌、腹外斜肌及骼腰肌.因此，要增加动力肌肌力F，只需增大这四部分肌肉的收缩力.其方法是：一、四部分肌肉同时练习，可采用仰卧起坐、仰卧举腿、跳跃收腹、悬垂举腿、斜板收腹举腿、斜板仰卧起坐、垫高负重仰卧起坐等方法；二、练腹内、外斜肌，可采用负重侧屈、负重转体、体侧屈、仰卧侧摆腿等方法.

4.2 发展专项力量的训练方法

跳起头顶球时，身体处于无支撑、无固定状态，其在空中收缩的力量不只来源于动力肌，还与协同肌的协调、被动肌的放松、固定肌的固定有关.因此，应加强其专项力量训练.在训练时，应使身体处于无支撑、无固定状态或接近无固定状态，这样才能更好地发展其专项力量.具体的训练方法有：跳起空中做挺身收腹练习；四肢负重、跳起空中做挺身收腹练习；连续两头起练习(同样包含四肢负重)等.