低速与高速下足球碰撞的生物力学分析

2012-08-15任敦登山东现代职业学院基础部山东济南250104

文体用品与科技 2012年6期

关键词：恢复系数冲量弹性

□ 任敦登（山东现代职业学院基础部山东济南 250104）

1 、前言

足球碰撞是足球比赛的一种常见现象，其特点是持续时间极其短暂。足球在碰撞阶段有些什么特征，碰撞过程会发生什么变化？为此，通过生物力学的方法来研究足球的碰撞过程，找出一些有意义有价值的数据，从而能够为足球训练和产品开发提供一定的理论指导。

2 、研究方法

2.1 、文献资料法

在山东现代职业学院图书馆以及中国期刊网，清华同方等电子资源数据库，查阅和整理大量相关资料，深入了解足球的研究现状和相关理论。

2.2 、实验法

2.2.1 、平面定机摄像测量法

进口JVC9800高速摄像机一台，采用平面定机摄像测量方法，对足球每一次飞行的速度过程进行现场拍摄。

2.2.2 、三维测力台测试法

使用瑞士生产的KISTLER三维测力台，以及KISTLER、BIOWARE数据收集和分析系统，记录足球碰撞过程的力量、时间数据。

2.2.3 、运动图像解析法

采用国产爱捷运动图像分析系统EIMG71对足球运动过程进行图像解析，对速度指标采用弱平滑,选取截止频率为32Hz。

2.2.4 、数理统计法

采用SPSS13.0对采集到的数据进行进一步的处理。

3 、测试结果与分析

3.1 、将所测的力学数据用统计学的方法整理和处理后，得到了足球碰撞前后的各项指标（碰撞次数低速和高速各为14次）。

3.2 、足球低速碰台时各项指标的平均值分别是：入射速度为8.73ms，出射速度为7.31ms,碰台时间为0.0083s，最大力量2267N，平均力量792N，最大冲量6.58ms弹性恢复系数0.8378±0.0189；高速碰台时各项指标的平均值分别是：入射速度为19.50ms，出射速度为14.33ms,碰台时间为0.0077s，最大力量4295N，平均力量1779N，最大冲量13.74ms弹性恢复系数0.7355±0.0307。

3.3 、通过相关性比较发现，除碰撞时间外，最大力量、平均力量、最大冲量与入射速度呈正相关，其中平均力量和最大冲量与入射速度完全正相关，而最大力量相关性较低，碰撞时间与入射速度呈完全负相关。从结果可以看出，碰撞时足球与测力台接触时间和最大打击力与入射速度相关性小；而冲量和平均力量与入射速度的相关性分别为0.9372和0.8515,两者都是正相关而且相关性很大，其中冲量与入射速度呈高度相关。

3.4 、从两种速度碰撞过程可以看出，当足球由低速变为高速时，其最大力量、平均力量和最大冲量都有了显著性增加，其中最大力量平均值由2267.3N增加到了4295.3N，高速时几乎是低速的两倍。平均力量平均增加了987N，高速时产生的平均力量值是低速时的两倍还多。可以看出，当速度增大后，碰撞产生的力量也会增加很多。

3.5 、低速运动时，球的弹性恢复系数为0.838，高速时为0.736，低速与高速相比，弹性恢复系数减小了0.102，经T检验，两者存在显著性差异，这与相子元对网球的研究结果和Joseph对长曲棍球的研究结果十分相似，都是球的入射速度由低速变为高速后，它们的弹性恢复系数变小。