基于物理视角的足球训练技巧分析

2021-11-04李根

文体用品与科技 2021年20期

李根

（聊城高级财经职业学校山东聊城 252000）

前言

任何一项体育运动均与物理学理论相关，所以可通过物理学原理对体育运动进行研究。足球作为一项全球体育项目，受到各国重视，多国学者对足球有较深的研究，尤其是物理学家从物理角度对足球训练技巧实施了研究，如，足球运动轨迹、方位设置以及在空气中的运动等。在比赛期间，对定位球技巧较为重视，其中定位球主要分为电梯球与弧线球两种，从出球到落球会产生不同轨迹，对进球产生较大影响。所以，在进行足球训练期间需在物理角度进行分析与训练，以此达到提升训练技巧的目的。

1、足球中物理知识原理

1.1、力学原理

足球在被踢出的一瞬间，因受力方向、力度以及对球的作用点有一定差异，会改变其在空中与地面的运动轨迹，只有把握球的运动力度、作用点以及运动方向才可使球向预期的方向飞行。比如，在足球运动中，多数运动员在训练期间若盲目训练，只用球的高低描述落点，而忽略了球的受力。根据牛顿力学原理可从力学进行分析，足球受力作用点在中下部，在运动期间运动方向在前上方，会产生一种升高现象，这就需要运动员在训练期间根据自身脚力、位置等准确寻找作用点，对足球运动灵活掌握，才可提升自身的训练技巧。

1.2、抛体运动原理

球在抛出之后运动过程较为复杂，球在斜上方运动有一定的初速度，若初速度与水平方向呈一定夹角时，若出现45°夹角时，运动轨迹最长。由于球在抛出后，初速度与运动员体能有较大关系，因此运动员的发挥受到初速度方向的影响。比如，在足球运动时，运动员运球射门的过程中，射门是否成功与初速度方向相关，所以在进行足球训练的过程中，需结合自身经验，同时还应考虑球在运动期间的空气阻力，确保初速度与水平方向角度大于45°，可提高球运动后达到预定位置发生率。

2、足球训练技巧中物理学知识

在对足球场方向进行设置的过程中，需考虑地球自转与公转，同时还应避免阳光对运动员造成的影响，国际足球场设置在南北方向。足球在运动期间，从物理角度进行分析，足球运动是一个球体在空气中运行的空气动力学问题，其遵循的物理规律主要包含踢球角度与力度以及球体弹射与飞行。球体在运行期间其物理因素主要是球运动产生的摩擦力与其他物体产生的弹力，还包括空气产生的阻力。

2.1、足球赛场放方向设置

国际足联明确规定了比赛场地的形状，长宽范围，其长宽范围分别为 90m-120m、45m-90m，球门高与宽设置为 2.44m、7.32m。由于赛事不同使用的场地有一定差异，我国基层比赛场地选择采用因人制宜的方式，但边线场地需大于球门线长度，同时不能改变球场不同区域面积。为了使运动员比赛期间正常发挥，球场地面需平摊且保持适度的硬度，在正式比赛中需使用人工草皮。

在对场地进行标记时，需注意以下几个问题：（1）不同比赛场地均用包含在各自区域内的区域边界线进行标明；（2）边线是两条较长的线，两条短线叫做球门线；（3）各线长度均应小于12cm；（4）整个场地需划分为两个半场；（5）在比赛场中线中心点位置画出一个标记，同时以点为圆心，以9.15m画一个半径。

球场分为不同区域，主要有球门区、角球区、禁区、小禁区、点球点以及中圈等要素，根据地球公转与自转原理，且受到阳光照射，将场地设置为南北方向，在正午12点足球场中的光线会从东向西照射，正午后光线会从西向东照射。所以，对于运动员而言均不能直面光线，可最大程度上避免光线直面照射，以此可明显降低光线对运动员造成的影响。

2.2、弧线球中物理学规律

弧线球主要是指球在提出后到落地时在空中划出的弧线，致使球在踢出时直线方向与落点存在不同程度的偏差，在对球员罚任意球期间，多以出其不意轨迹成功射门。弧线球是较为常见的任意球破门方式，球体旋转是其要领所在。球员在踢弧线球的过程中，寻找正确的作用点至关重要，一般在偏向球的一侧，且在提出的一瞬间使用脚背对球进行摩擦，以此确保球在运行过程中持续旋转。如图1所示，球在从右方向左方做弧线的过程中，空气与球体摩擦后流向球体后方，同时因两者摩擦带动周围空气进行旋转，使球体一侧空气流速加快，另一侧逐渐减慢。根据伯努利方程发现，随着气体流速逐渐加快，压强逐渐减小，因球体两侧空气流速有一定差异，对球会产生不同压强，使球在空气压力下向受力大一侧转弯。

图1 弧线球的运行轨迹

一些球员习惯使用右脚内侧踢弧线球，在此期间应确保球与脚有一定的接触时间，可增加两者摩擦，以此使球产生剧烈旋转。同时，还应有足够冲击力，产生较大冲力射门。足球在运动期间，运行距离越远，速度逐渐减慢，偏离角度越大，所以在运动末尾时，球体偏向更为剧烈。

2.3、电梯球中的物理学规律

电梯球主要是球在踢出后产生一定角度弧度，球呈斜线向上飞，到到一定高度后再以一定速度与陡度迅速下降，整个过程犹如电梯急速上下。从物理角度分析发现，电梯球在发射期间，由于发射速度有一定差异，其运动轨迹也有所不同。若球为非旋转球，且起始速度不高于降落速度，球的运动轨迹可当做伽利略抛物线；若起始速度高于降落速度，球的运动轨迹不以抛物线降低，而是非对称曲线。因球在运动期间受到空气阻力的影响，球的运动过程是一种竖直的渐进线，表明降低轨迹较上升轨迹陡峭，如图2所示。

图2 电梯球的运行轨迹PH

运动员在踢电梯球的过程中，应掌握以下两个要领：（1）踢球期间力度需穿透球心，使球在飞行期间尽量控制球不进行旋转；（2）踢球期间需增加力度，确保球的初始速度大于最终速度。电梯球较弧线球相比而言，最大区别在于电梯球在运行期间不旋转，同时初始速度较高，一般情况下速度维持在150km/h，对运动员自身的体力要求比较高。目前，在所有足球运动员中，使用电梯球的运动员较多，但运用最好的较少，这就需要通过教练对运动员膝关节与小腿肌肉力量进行指导训练，形成一套独特的踢球模式，使球的弹性增强。

2.4、点球中的物理学规律

在进行足球竞技比赛期间，踢点球是全场振奋人心的时刻，在此期间运动员与守门员精神处于集中状态，运动员需对足球运动规律与特点进行研究，以此对球有效干预。物理学中指出了运动改变与力密切相关，在踢点球期间，运动员需先观察静止球位置，并给其一个力，使足球按照运动员预定方向运行，在此期间运动员施力方向是足球初始速度的方向。其施加力大小与踢球做功大小相关，结合动能定理对其实施理解，对初动能大小产生较大影响。

运动员员为了提高进球准确率，在进行点球的过程中会增加对球的作用力，从而提高足球的初始动力。从守门员角度进行分析，扑球成功率与自身反应能力有较大关系，主要是因运动员踢出点球位置与球门之间的距离为9.15m。在运动员射门期间，球的初始运动速度可达100km/h，根据运动学公式可计算出从球踢出到球门所需时间为0.32s，守门员大脑反应在0.6s左右，表明球的运动时间少于大脑反应时间，所以守门员从反应开始很难准确预测球的运动轨迹与落球点。因此，守门员扑点球需采取有效方法提高扑球准确率，需要对运动员踢球准备动作实施预判，同时还应考虑排除运动员存在的假动作，以此避免出现错误判断，做出正确的扑救姿势。

2.5、在射门中的物理学原理规律

运动员在对足球射门的过程中，也运用到较多物理学原理，在带球射门期间主要运用到动量定理，足球动量的增量与自身所受合外力的冲量相同，为了增加球的初速度，应增加脚力，同时增加与足球的接触时间以及接触面积。由此可以看出，动量定理对提高带球射门的准确性至关重要。在足球进攻手段中，头球是主要进攻方法，在大型比赛中采用头球进球比例相对较高，对运动员要求较高，因此运动员需对头球射门中产生的物理学原理进行深入分析，主要是因头与球接触的瞬间，由于两者接触时间相对较短，满足动量守恒定律。对传球运动员而言，需要增加传球速度，以此使头球速度增强，随着传球速度加快，在训练的过程中，应当对动量守恒定律有较深了解，根据外部环境把握投球时机，提升自身投球水平。在投球的过程中，运动员自身需要有较高的腾空高度，同时在身体腾空时应对球体运行轨迹有较为准确的预判。通过对投球过程进行分析，可将其分为加速、起跳、腾空以及落地4个阶段。在加速阶段，运动员需要通过助跑提高自身速度与弹跳力，身体上升到一定阶段后会产生一定角度，身体上升速度结束后，起跳速度与角度决定了运动员腾空高度，在起跳瞬间，地面支撑力大于自身重力，使身体合力向上。在腾空阶段，运动员通过内力对外力距以及外力作用进行调整，增加自身身体在空中的停留时间，使头顶球的概率大大增加，身体在落地的过程中保持前倾，膝盖微曲，以此缓冲地面对人体的冲击力，确保落地时身体平衡。

2.6、足球过人中物理学原理规律

足球过人技术主要是有带球转身过人和带球加速过人，带球转身过人时，随着角速度增大，转身速度也越快，缩小半径可提升转速，运动员转身时收紧全身，脚蹬地后要迅速向中轴脚靠近。转身时会受到离心力作用，若转动周长与半径一定，通过增加向心力提高转身速度。带球加速过人中摆臂发挥重要作用，可对跑步节奏有效控制，提高跑步速度。运动员在跑步期间，身体不同部位有效配合，可提高蹬地力。摆臂作用主要是助力前进、保持平衡、节省体能，其中保持平衡是利用了力的相互性，左腿运动时身体向右倾斜，左臂会向后摆动确保身体前后保持平衡，伸右臂时确保身体左右平衡，使腿部获得向前牵引力，使身体上部获得向前的牵引力，使中心前移，以此达到助力效果。