足球运动中几种常见动作的运动生物力学分析

徐利明，贾兆雷，李 巍

（1. 唐山市体育运动学校，河北 唐山 063000；2. 唐山学院，河北 唐山 063020；3. 唐山市职业教育中心，河北 唐山 063000）

足球运动中几种常见动作的运动生物力学分析

徐利明1，贾兆雷2，李 巍3

（1. 唐山市体育运动学校，河北 唐山 063000；2. 唐山学院，河北 唐山 063020；3. 唐山市职业教育中心，河北 唐山 063000）

采用文献法、比较分析法，并运用运动生物力学的原理对几个足球技术动作进行分析，旨在使技术动作更加的合理实用。

转动惯量；制动；稳定角；运动生物力学

1 引言

足球运动是世界上开展最广泛，影响最大的体育项目，号称“世界第一运动”，深受世界各国和各地区人民的喜爱。其特点是设备简单，规则简明，场地大，比赛时间长，参加人数多，对抗激烈，观赏性强，是速度与力量的完美结合。足球场上的激烈对抗充分激发着人体潜能，是智慧与体能的双重较量。它能全面地锻炼身体，对于增强体质和培养优良品质也都有很大的意义。

本文对足球运动中几种常见的动作，如踢顶球、香蕉球、身体平衡机制、蹬踏等进行了运动生物力学分析。

2 几种足球动作的运动生物力学分析

2.1 踢、顶球的力学机制

根据动量定理，为了把球踢得更远，就要给球以强大的冲力，并且与球接触（撞击）的时间要短。踢球前大腿先后摆，小腿弯屈，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。如若接触球的时间短，就有利于给球较大的冲力。

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，从而转动惯量小，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。

如图1所示，OAC的质量分布比OBD更靠近O点，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。

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，力量也更大。如图2所示，对整个系统而言，

所以影响W2的因素有两个，W1和I1/I2的值。即增大W1可以使W2增大。所以增加预摆速度使W1增大，从而使W2增大。另外增大I1/I2的值可以使W2增大。I1是制动环节的转动惯量。I2是继续运动环节的转动惯量。要使I1/I2值增大，尽可能增大I1，即动员更多的关节参与工作。

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。对跑动中摆腿踢球的人体

又∵ 肩拉力矩＜髋拉力矩

从理论上看I1W1远远小于I2W2这样与I1W1=I2W2不相符。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。建议在平时的训练中要适当加强肩臂力量的锻炼。

上述原理也体现在头顶球的爆发力中。顶球力量是由身体部分逐步增加力量而产生的，当跳起时，踝、膝和髋关节的有力伸展辅之以助跑蹬地和躯干、臂、头部有力的动作，通过球的中心点而表现出爆发力量。但身体腾空后力量的主要来源一种是上体借助两腿迅速有力蹬地的反作用而向前摆，带动头部快速迎击来球。这种方法能够充分发挥腹背肌肉的屈伸作用，使头部在出球前预先获得一定的摆动速度，增大头部击球的力量。无论原地助跑、向前向两侧顶球和较远距离的传球和射门，一般都这样发力。另一种是借助弓身拉长腹部肌肉的有力收缩和颈部的灵活快速的发力，以头部敲击球的方法发力。这种发力方法没有明显的准备动作，顶球突然快速，出球隐蔽，方向变化莫测，但力量较小，一般用于短传近射，尤其在变向顶球时作为“摆渡”其效果则更好。不管哪种方法发力，最后的击球爆发力都应在身体达到最高点和身体摆到垂直地面时，发力最好，效果最佳。

2.2 香蕉球的力学机制

给球一个偏心力，球在空气中既有平动又有转动。球体表面附近的流体由于有粘性将随着球体一起转动形成绕球体的环流层。其环流层的厚与薄与球皮的粗糙程度及球体的旋转角速度有关。球向前运动分开空气，形成上下两个半区，环流层与主流层叠加后相对于球来说上半区的主流层的流向与环流层一致，流速加快。下半区由于主流层与环流层的流向相反，所以流速将减慢。根据伯努利定律，流速和压强成反比，上半区压强小，下半区压强大，所以下半区作用于球的力大于上半区，从而使球的运动轨迹发生偏转，轨迹便成了一条弧线。参见图3。弧度的大小与风向和风速有关系，逆风时弧度会更大一些，下坠球就是由此形成的。凌空抽射的球起初看似高出球门，可突然下坠令守门员很难判断。一些高水平球员常踢出侧下旋球，这样的球就更具威胁力了。

2.3 身体平衡的稳定机制

2.3.1 身体平衡的稳定性与支撑面的大小有关

支撑面越大，物体平衡的稳定性就越好。在踢球时是一只脚完成支撑，另一只脚摆动踢球，所以支撑面很小，其稳定性也就很差。为了提高稳定性通常采用“滚动支撑”，就是支撑脚在支撑时，先由脚跟着地，再过渡到脚掌，最后完成全脚掌支撑。这样做再结合缓冲将提高支撑面的支撑效果，从而提高踢球时的稳定性。

2.3.2 身体平衡的稳定性与重心的高度有关

重心越低，稳定性越好。为了踢球时能及时地把重心降下来，可以在支撑脚落地时做缓冲动作。落地缓冲主要依靠髋、膝、踝各关节的屈伸来调节重心相对于支撑面位置的高度，达到维持和恢复平衡的目的。球员髋、膝、踝各关节的缓冲性弯曲的角度值越大，重心下降的高度也越大。从球员完成踢球的效果来看，总的原则是：髋、膝、踝各关节在每一瞬间的屈伸角度的大小要有利于重心回到支撑面的稳定边界范围之内。

2.3.3 保持身体平衡便于向各方向灵活起动

在摆脱防守队员或定位球抢点起动时，要将重心尽可能抬高并前移，减小前进方向的稳定角，以便快速突破平衡，在最短时间内加大速度。球员要根据场上需要随时起动，因此需要在保持平衡的前提下减小各个方向上的稳定角，以便灵活起动。但在对抗中，就必须加大在对手方向上的稳定角，达到提高对抗方向上的稳定性。

一般射门高的原因是支撑脚位置不当，上体后仰，膝关节在球的后上方所造成的，所以射门时要尽可能地调整好支撑脚的位置，使膝关节保持在球的正上方和上体稍前倾，同时要求接触球的部位要正确。以踢凌空球射门技术为例，当支撑脚固定后髋关节固定，大腿摆动制动后膝关节也相应固定。这样在触球部位、速度和力量都一样的情况下，球的运行路线就固定了。在离球门同样的距离内，图4(1)的球会高出球门，而图4(2)的球会打在球门内。同样的一次机会，由于人体不同的平衡状态就会出现截然不同的威胁效果和具有本质性差别的结果。

2.4 危险动作中的蹬踏

所谓蹬踏，其中有抬起脚从上往下跺的动作，多见于双方队员同时抢球或一名队员传球另一名队员过来封堵时。被侵犯的常常是控球队员，小腿的胫骨部位最易受伤，这也是足球运动员为什么要带护腿板的原因之一。

蹬踏动作的危险性之所以大，原因在于其作用在胫骨上的是剪切载荷，在载荷的各表现形式中，物体承受剪切载荷的能力最小，如图5。当控球队员摆腿触球前或触球后其用力方向是由下向上的，而蹬踏动作的用力方向恰好是由上往下的，在争抢中或为了不被对方把球破坏掉，踢球队员的摆腿速度和力量都会加大，只要和防守队员脚底相触，其结果就很危险。

如图6，AB整体向前运动，C点遇到与其运动相反的力，其形式符合剪切载荷，载荷施加方向与骨表面垂直，且在骨内部产生剪切应力和剪应变，所以受伤会很严重。

3 结论

足球运动是是速度与力量的完美结合，激烈对抗更增添了观赏性。这背后缺少不了每个队员的刻苦训练，只有掌握了科学理论基础，运用科学的方法去训练才能事半功倍，使技术动作更加合理实用。

[1] 编写组.运动生物力学[M].北京:高等教育出版社,2007: 79-80.

[2] 中国足球协会.足球竞赛规则[M].北京:人民教育出版社,2010:45.

[3] 王崇喜.球类运动——足球[M].北京:高等教育出版社, 2001:123.

[4] 麻雪田,王崇喜.现代足球运动高级教程[M].北京:高等教育出版社,2002:96-97.

（责任编辑、校对：孙海祥）

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，初级教练，研究方向为体育教学与训练。