力學原理在足球訓練中的指導作用

榮 磊

(安徽文達信息工程學院，安徽合肥 231201)

在足球訓練教學中，教師靈活運用力學原理對學生的足球訓練進行科學指導，有助于引導學生深入理解足球技術動作蘊含的力學原理，并增強足球訓練的科學性和有效性，使學生熟練掌握各項足球技術動作，不僅能有效改善足球訓練教學效果，還能大幅度提高學生的足球技術水平。因此，力學原理在足球訓練教學中具有重要的指導作用。

1 用力學原理對擲界外球訓練進行指導

在以往的足球訓練中，多數球員認為將足球從場外拋進場內即可，無需對擲界外球進行專門訓練。這種認識是錯誤的。在足球比賽中，部分球員能在對方地線附近如發射炮彈一般將足球有效擲入禁區。相對于用腳踢球，用手拋擲球具有更強的精準性，且給對方造成的威脅更大，甚至有助于隊友得分。因此，球員有必要強化擲界外球練習。用力學原理對擲界外球進行指導，能將界外球拋擲出更遠的距離。基于力學原理，對斜拋運動物理模型進行構建，如圖1。

圖1 斜拋運動物理模型

其中，初速度v0以及重力加速度g二者均為定值，若sin2θ取最大值，則l值最大。sin2θ其相應的最大值為1，那么，當θ為45°時，l值最大。據此，在擲界外球時，足球與水平面呈現出45°夾角時，能將足球拋擲得更遠。擲界外球深受人體各個肌肉群，諸如腰腹、背部、腿部以及手臂肌肉群等影響，將足球拋擲出去的最佳角度并不能達到45°。生物力學以及相關數據顯示，在足球運動實際中，足球拋擲距離最遠的角度大致是30°，足球運動員擲界外球時的拋擲角度宜在25°到30°之間[1]。

基于上述力學原理，足球運動員能了解擲界外球時拋擲足球的最佳角度，在訓練實踐中有意識地進行強化練習，形成適用于自身的拋擲足球最佳角度，可在擲界外球時將足球拋擲出更遠的距離，為足球比賽的成功增加勝算[2]。

2 用力學原理對弧線球訓練進行指導

弧線球是指足球并非保持直線路線在空中飛行，而是在空中飛行中呈現出曲線路線。在重力影響下，除了自由落體以及豎直上拋這兩類豎直方向的運動之外，其他運動，若不受外力影響，將呈現出曲線運動軌跡，在理想狀態下，其運動軌跡是拋物線。但在足球運動中，弧線球并不完全等同于力學上的拋物線運動，因為弧線球運動并不是處于一個豎直平面，而是在水平方向上存在偏轉，屬于三維空間的運動[3]。因此，弧線球的空中運動軌跡類似于具有彎曲弧度的香蕉。因此，也將弧線球稱之為香蕉球。基于力學原理，對形成弧線球的物理原因進行分析。

在初中物理課程中有一個與弧線球形成的物理原因存在一定相關性的小實驗。該實驗如下：玻璃漏斗開口向下放置，用手托著乒乓球從漏斗大口放入，從漏斗的細玻璃管向下方向吹氣，乒乓球不會被吹落在地，而是會上升，緊貼住玻璃漏斗的進氣口。采用伯努利原理可解釋上述實驗現象：在流體中，某處流速越大，該處壓強越小；某處流速越小，該處壓強越大。從漏斗上部的玻璃細管向下方吹氣，吸管具有相對較小的孔徑，吹出的氣流具有較快的速度，而漏斗下方開口較大，將吹到開口處的氣流分散開來，減小了氣流速度，這就導致漏斗開口處的氣壓比漏斗上方氣壓大，形成氣壓差，因而進氣口會吸住乒乓球。

運動員踢弧線球時，腳接觸球面時足弓相應的用力方向并非正對足球球心，而是存在偏轉，以腳內側用力向側前方踢出，腳內側與足球表面產生摩擦，加上力矩影響，將導致足球在飛出時伴隨旋轉[4]。如下圖2所示。

圖2 弧線球示意圖

在足球上方，即B點位置處氣流與足球相應的旋轉方向相同，在足球下方，即D點位置處氣流與足球相應的旋轉方向相反。因此，足球B點處空氣流速比D點處空氣流速大。基于伯努利原理，足球B點處承受的氣壓比D點處承受的氣壓大，進而形成一個方向向上的力。在該力的作用下，足球運動軌跡會呈現出向上偏轉。在足球運動中，運動員可根據足球比賽的實時狀況，對左腳踢球或者右腳踢球進行靈活選用，使足球呈現出逆時針旋轉或順時針旋轉，并產生不同的足球運動軌跡。

基于上述力學原理，在日常足球訓練中，運動員可對足球旋轉特性進行充分利用，對足球運動的具體方向和實際速度進行控制[5]。在力學原理的科學指導下開展足球訓練，大幅度提升足球傳球水平以及罰球水平，增加破門得分的概率。

3 用力學原理對點球訓練進行指導

在足球比賽中，點球是常見的判罰手段。通常，兩支足球隊需要在足球比賽中分出勝負。若在常規的90 min內，兩支足球隊未能分出勝負，即進行30 min的加時賽，若還是不能分出勝負，即需要以點球的方式來決定兩支足球隊的勝負。還有一種情況，即在球場禁區，一方球員將對方球員撞倒，或者符合其他罰球條件，裁判即會判定罰點球。

點球不僅考驗罰球運動員的足球技術水平和心理素質，還考驗守門員的技術水平。守門員需將罰球運動員呈現出的實際運動狀況作為依據，并對之進行科學預判，向對方球員的來球方向撲去，實現對點球的準確撲守。足球守門運動員為什么要先對點球做出預判再撲球呢？原因如下：點球點與球門距離過近，實際距離僅為9.15 m。罰點球時，球的速度大致為30 m·s-1。這就意味著守門員的反應時間僅有0.6 s。在如此短暫的時間內，守門員無暇對自身狀態進行調整，僅能以罰球球員作出的踢球動作作為依據，并結合罰球球員踢球習慣，對罰球進行預判，存在很大的不確定性和運氣成分[6]。因此，在足球比賽實際中，守門員極有可能對罰點球出現誤判。

罰點球時，守門員通常保持緊張的精神狀態。同時，罰球球員的精神狀態也較為緊張。罰點球存在較大的難度。相關專家曾對罰點球這一問題進行過深入研究，通過分析對比大量數據，并結合力學原理，得出如下結論：點球飛向球門時緊貼地面，則能實現最高的命中率。原因是，守門員身高較高，且手臂較長，具有發達的腿部肌肉和良好的彈跳力，極易對左右兩側以及上方向作出精準的撲球動作，若守門員正確預判到點球的來向，能輕易撲到點球。若來球緊貼地面，守門員需快速倒地，才能撲到來球。這要求守門員快速移動其重心。但實際上，守門員手臂下移速度低于10 m·s-1，點球飛行速度遠大于守門員手臂下移速度。這就導致即使守門員對點球來球作出正確預判，也難以將點球運動路線完全擋住，無法有效阻止進球。在踢點球時，使球緊貼地面，能有效提高點球命中率[7]。

4 用力學原理對抽射技術訓練進行指導

4.1 動量定理在足球抽射技術訓練中的指導作用

動量定理是指物體動量的增量與其所受合外力沖量相等。可采用如下公式表示：

Ft=Δv·m=m(v2-v1).

其中，Ft是指物體所受沖量，m是指物體質量，v1是指物體初速度，v2是指物體末速度。

基于該力學原理，對足球抽射技術進行分析。在足球運動中，以抽射技術射門，通常要將足球踢出更遠。基于動量定理，若能增加給足球的沖力，縮短腳面接觸足球的時間，能將足球踢出更遠。在足球訓練實踐中，球員要從力學角度對踢球動作要領進行深入分析和熟練掌握，先向后擺動大腿，借助肌肉拉伸，形成彈力，結合關節運動，以大腿帶動小腿，并向后擺動，將產生如下效果：一是有效增大髖關節相應的轉動角速度，使小腿呈現出彎曲狀態，并拉伸股四頭肌，提高肌肉的興奮性，并增大股四頭肌肌力；二是有效增大膝關節相應的轉動角速度，膝關節轉動角速度越大，小腿的運動弧線越長。在踢足球時，僅需對膝關節給予一個力，借助小腿對踝關節進行帶動，完成向前踢球這一動作。通過上述方式，能實現對肌肉力量的有效節省，并對肌肉作用時間進行有效延長，大幅度提高沖力。在足球比賽中，球員要實時掌握具體情況，靈活變通，有效對擺腿速度以及擺腿幅度進行控制，確保對足球運行距離的有效控制。

4.2 動量矩守恒定理在抽射技術訓練中的指導作用

動量矩守恒原理是指將物體視為一個質點，若其所受外力矩為零，其對該點或該軸的動量矩不變。在足球運動中，對抽射技術進行訓練，球員通常將髖關節作為相應的轉動軸，展開各項相關動作。球員擺腿時，上臂呈現出從下往上方向的揮動，這一動作即符合了動量矩守恒原理，能確保身體平衡，并增強動作的協調性。在足球訓練中，球員通過直臂揮動，促進上、下肢平衡，并對上臂揮動的實際距離進行加長，且能加快揮動速度。據此，在足球抽射技術訓練中，可加強對球員肩膀力量的有效鍛煉，有效增強身體的平衡性。另外，球員擺動大腿至垂直面時，對小腿前擺的實際速度進行制動并提高，形成動量矩傳遞，能促進球員踢球力量的大幅度提高[8]。

5 結語

力學原理與足球運動具有極為緊密的聯系。在足球訓練過程中，充分利用力學原理對擲界外球、弧線球、點球等進行科學指導，能有效增強足球訓練效果，并大幅度提高足球運動員的足球技術水平和競技能力。因此，足球教練要立足于足球訓練實踐，通過力學原理加強對足球訓練的指導。