足球運動中雙腳跳起頭頂球的運動生物力學分析

李偉軒

（赤峰學院 體育學院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

足球運動中雙腳跳起頭頂球的運動生物力學分析

李偉軒

（赤峰學院 體育學院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

本文從運動生物力學的角度，對足球運動員雙腳跳起頭頂球進行了力學分析，并提出相應的訓練方法，以指導頭頂球訓練.

頭頂球；運動生物力學；訓練方法

自從頭球技術(shù)在足球規(guī)則中得到認可，頭就被稱為足球運動員的第三只腳，頭球技術(shù)不僅是控制球取得制空權(quán)的保證，更是射門得分的重要手段.因此，本文從運動生物力學角度，對運動員雙腳跳起頭頂球動作進行了力學分析，探究其內(nèi)在的特點與規(guī)律，從而科學地指導教學和訓練.

1 雙腳跳起頭頂球動作階段的劃分

雙腳跳起頭頂球這個完整的復雜的動作是由不同形式的簡單基本動作組成的，把它們相互區(qū)分開來，有利于對完整的動作進行分析研究.通過對大量書籍進行查閱，并針對試驗的實際情況，將雙腳跳起頭球技術(shù)按照肌肉工作形式和關(guān)節(jié)活動特點分為6個階段：a下蹲階段：起跳動作的緩沖階段b起跳階段：膝關(guān)節(jié)伸展開始到雙腳離地階段c騰空后展階段：雙腳離地開始到髖關(guān)節(jié)最大后展階段d頂球階段：髖關(guān)節(jié)屈曲開始到頭觸球階段e下落階段：頭觸球開始到雙腳觸地階段f緩沖階段：落地后的階段.

2 來球速度與頂球力量的關(guān)系

在頭頂球瞬間，前額與球接觸的時間很短，碰撞時動量損失可以忽略不記.由動量守恒定律可得：m1v1+m2v2=m1'v1'+m2'v2'，若v1(頭擺動的速度)不變，則v2(來球速度)越大，v2'(碰撞后球的速度)就越大，球的攻擊力就越強，也就是說，同隊隊員的最后一傳，球速越快，球的力量就越大.當然，球速的提高，對頂球者的頭頂球技術(shù)及其把握頂球時機的能力，都提出了更高的要求.

3 雙腳跳起頭頂球動作的運動生物力學分析

從多關(guān)節(jié)肌的工作特點看，騰空后展階段形成反弓姿勢的一系列肌肉動作正可以減小在頂球階段多關(guān)節(jié)肌出現(xiàn)的主動不足.參與頂球階段因為身體處于無支撐狀態(tài)，已經(jīng)消耗了彈跳力，加上為了在最高點頂球，起跳動作所產(chǎn)生的垂直速度差不多或者已經(jīng)接近零，所以完成大力頂球這個動作的難度是很大的.當身體完成后展后，從反弓動作開始做相向運動，當反弓達到適宜的角度的時候，身體開始對球作相向運動.擊球者跳起于空中處于背弓過程中，人體可以視為剛體：∑M△t=0擊球者起跳階段產(chǎn)生的身體相對于額狀軸的轉(zhuǎn)動通過挺身(而非展腹)動作來對抗身體轉(zhuǎn)動，維持身體平衡.擊球者在空中下肢與上肢、軀干的相向運動，形成了下肢繞髖關(guān)節(jié)軸后伸的動量矩與上肢的動量矩大小相等，方向相反.若上肢動量矩為I1ω1，下肢動量矩為I2ω2，則有I1ω1+I2ω2=0.在此過程，人體達到一定的背弓弧度后，腹部動力肌開始收腹，在軀干的帶動下，以髖關(guān)節(jié)為軸轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動狀態(tài)的變化是肌肉拉力矩(各動力肌的合力與被關(guān)節(jié)到合力所在方向距離的積)作用的結(jié)果.

對人體各個環(huán)節(jié)來說，肌力矩是外力矩，當肌力矩大于阻力矩時，環(huán)節(jié)做克制性工作；當肌力矩小于阻力矩時，環(huán)節(jié)做退讓性工作；當肌力矩等于阻力矩時，環(huán)節(jié)處于相對平衡狀態(tài)，完成靜力性工作.對于跳起空中頭頂球這一過程而言，開始時環(huán)節(jié)做退讓性工作；直到身體處于相對最大背弓狀態(tài)時，環(huán)節(jié)做靜力性工作，此后環(huán)節(jié)做克制性工作.此過程符合動量矩定理：Mdt=I2ω2-Ilω1，其中，M為此過程中的變力矩；I為擊球者頭部到髓關(guān)節(jié)這一段的轉(zhuǎn)動慣量；ω1、ω2為這一段在不同時刻的轉(zhuǎn)動角速度.所以，欲使頭部擺動速度增加，只需使轉(zhuǎn)動角速度變大.由上述動量矩定理可知，欲使轉(zhuǎn)動角速度增大，有兩條途徑：一是增大肌力矩M.由轉(zhuǎn)動定律(M=Iβ，β為角加速度)和動量矩定理可知，增大肌肉對環(huán)節(jié)的拉力矩M，可以增大環(huán)節(jié)繞相應關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角速度或角加速度.而肌力矩等于肌肉收縮力與肌力臂的乘積，即M=Fr，欲使肌力矩M增大：一是增大肌肉收縮力，這可通過鍛煉各動力肌來實現(xiàn)；二是增大肌力臂，而肌力臂則隨肌拉力角而變化.通常來講，肌肉隆起顯著者，可獲得較大的肌拉力角，其原因是深層肌肉為淺層肌肉提供了較大的肌力臂；另外，背弓的弧度也影響肌力臂.在一定范圍內(nèi)，背弓弧度越大，肌力收縮方向所在直線與轉(zhuǎn)動軸之間距離就越大.因此，在平常教學訓練中，強調(diào)身體在空中穩(wěn)定性的同時，也要強調(diào)身體在空中的展開程度，即背弓的深淺度，這不但有利于增大肌力臂，而且對增大肌力也有一定作用，因為在一定范圍內(nèi)，動力肌拉伸越長(收縮初長度越長)其收縮力越大.二是減小轉(zhuǎn)動慣量.由轉(zhuǎn)動定律和動量矩定理還可以知道，當肌力矩一定時，減小環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)系對髓關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動慣量，也可達到增大轉(zhuǎn)動角速度或角加速度的目的.而物體對一定轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量等于物體上各質(zhì)點的質(zhì)量與其至轉(zhuǎn)動軸距離平方的乘積之和，即I=∑miri2.所以在環(huán)節(jié)繞關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動中，通常采用參與轉(zhuǎn)動的環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)系的質(zhì)量盡可能靠近轉(zhuǎn)動軸的方法，以減小它們對轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量，這也就是在跳起空中頭頂球過程中.上、下肢應盡量彎曲而不伸直的原因.另外，在空中屈肘、屈膝也有利于維持身體在空中的平衡.

4 跳起頭頂球的訓練方法

4.1 提高肌肉橫斷面的訓練方法

跳起頭頂球的動力肌為：腹直肌、腹內(nèi)斜肌、腹外斜肌及骼腰肌.因此，要增加動力肌肌力F，只需增大這四部分肌肉的收縮力.其方法是：一、四部分肌肉同時練習，可采用仰臥起坐、仰臥舉腿、跳躍收腹、懸垂舉腿、斜板收腹舉腿、斜板仰臥起坐、墊高負重仰臥起坐等方法；二、練腹內(nèi)、外斜肌，可采用負重側(cè)屈、負重轉(zhuǎn)體、體側(cè)屈、仰臥側(cè)擺腿等方法.

4.2 發(fā)展專項力量的訓練方法

跳起頭頂球時，身體處于無支撐、無固定狀態(tài)，其在空中收縮的力量不只來源于動力肌，還與協(xié)同肌的協(xié)調(diào)、被動肌的放松、固定肌的固定有關(guān).因此，應加強其專項力量訓練.在訓練時，應使身體處于無支撐、無固定狀態(tài)或接近無固定狀態(tài)，這樣才能更好地發(fā)展其專項力量.具體的訓練方法有：跳起空中做挺身收腹練習；四肢負重、跳起空中做挺身收腹練習；連續(xù)兩頭起練習(同樣包含四肢負重)等.

5 結(jié)束語

在忽略了空氣阻力后，人體騰空后就只受到重力以及頂球時球給頭的力，此時，要保持身體平衡，身體所受的合外力須為零，身體所受的合外力矩也要為零.要想提高頭頂球的速度，除了注意練習頭頂球的角度外，還應重視對頭頂球力量的練習及隊員對快速來球的反應能力、判斷能力的練習，才能使足球運動員的頭頂球技術(shù)發(fā)揮的更好.

〔1〕運動生物力學編寫組.運動生物力學[M].高等教育出版社，1998.

〔2〕鄧道善，陳瓏.運動解剖學[M].北京體育學院出版社，1993.

〔3〕王建衛(wèi)，李迎春，郗孟祥.析頭球射門的特點[J].南京體育學院學報，2001(3)：91—92.

〔4〕牛洪林，吳玻.足球運動員頭頂球射門力量的生物力學分析及訓練方法.遼寧體育科技，2003(5).

〔5〕程偉.頭頂球易犯錯誤及糾正方法.中國學校體育，2003(4).

〔6〕王西軍.我這樣進行頭頂球教學.中國學校體育，2003(6).

〔7〕仵曉民.女子額正面頭頂球教學法初探.渭南師范學院學報，2000(5).

〔8〕尹仙芝.頭頂球技術(shù)運用及分析.安陽師范學院學報，1999(4).

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