Биомеханический анализ выполнения двигательных действий удара по мячу внутренней стороной стопы и серединой подъема

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«ШУЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 
 
Кафедра теории и методики физической культуры и спорта 
 
 
Контрольная работа

по биомеханике

 
БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЫПОЛНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ УДАРА ПО МЯЧУ ВНУТРЕННЕЙ СТОРОНОЙ СТОПЫ И СЕРЕДИНОЙ ПОДЪЕМА

 

 

Работу выполнил студент 

ФФК 2 курса 2 группы

Белов Алексей

 

 

 

ШУЯ, 2012 ГОД

 

СОДЕРЖАНИЕ

	Стр.
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………..	3
ГЛАВА 1. БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЫПОЛНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ В ФУТБОЛЕ……………………	5
Биомеханические особенности контакта с вращающимся мячом при выполнении футбольных ударов………………………………………………………...	5
Характеристика скорости движений звеньев ноги при ударах в футболе……………………………… ……….	12
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ВЫПОЛНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ УДАРА ПО МЯЧУ ВНУТРЕННЕЙ СТОРОНОЙ СТОПЫ И СЕРЕДИНОЙ ПОДЪЕМА………………………………….....	19
ГЛАВА3. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ…………………...	22
3.1. Кинограмма……………………………………………….	22
3.2. Монография……………………………………………….	25
3.3. Видеоанализ………………………………………………	26
ВЫВОДЫ……………………………………………………………….	27
Список использованной литературы…………………………………...	28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Техника двигательного действия рассматривается как способ решения  двигательной задачи характеризующийся  той или иной степенью рациональности, эффективности, стабильности, устойчивости, автоматизированности и вариативности. Практика спортивной деятельности подтверждает, что в настоящее время наиболее эффективным способом удара по мячу в футболе является удар внутренней стороной стопы и серединой подъема. Кроме упомянутых ударов по мячу в игре соответствующее место занимают другие. Например удары носком, пяткой, бедром и другими частями тела. Однако этими приемами техники футболисты пользуются преимущественно в «чрезвычайных ситуациях».

Все остальные удары (передачи) являются очень важными и необходимыми в игре, поскольку чем чаще чередуются короткие и длинные передачи, низом  и в воздухе, дугой, косые, диагональные, быстрые и медленные, тем больше пользы команде они приносят. Важным моментом является скорость передач, выполняемых  серединой или внутренней стороной подъема. Скорость передач взаимосвязана  с временными параметрами, под которыми понимают такую направленность на игрока, который выходит в свободную  зону, чтобы он без снижения скорости движения мог принять мяч и  продолжить игровое действие. Временные  параметры передач требуют большого чувства в движениях с партнерами и мячом, что чрезвычайно повышает скорость игры. Существуют ситуации, в  которых нельзя передавать мяч прямо  партнеру, и поэтому важно предоставлять  мячу обороты в ту или иную сторону. После ударов внешней или внутренней сторонами подъема мяч получает соответствующие обороты. Чтобы  мячу предоставить обороты к себе, удар наносят по нижней части мяча. Овладение  кручеными передачами мяча влево, вправо, вверх значительно  расширяет тактические возможности  игрока.

Для решения различных  игровых ситуаций пользуются разнообразными передачами. Решающим фактором для  избрания способа передачи есть место  и положение того, кто выполняет  передачу, и игрока, которому адресуется мяч. Здесь должна существовать взаимопомощь. Например, если соперник плотно прикрывает игрока, который пытается передать мяч, обязанностью партнера по команде  является выход на свободное пространство, чем облегчается возможность  выполнены передачи. И наоборот, если игрок, которому направлена передача, прикрытый, тогда партнер, владеющий  мячом, должен передать его немедленно после освобождения от опеки соперника.

В сложных игровых ситуациях  передачи или удары по мячу выполняются  разными способами. Например, в один, два касания.  В принципе понятно, что здесь должно преобладать  попытки решать ситуации попроще, безопаснее и эффективнее.

Анализ научно-методической литературы показал, что в настоящее  время накоплен богатый материал по кинематическим и динамическим характеристикам ударов по мячу. Фактически получен ответ на вопрос – как осуществляется двигательное действие.

В основу работы положен несколько модифицированный метод биомеханического анализа и синтеза спортивных движений. Основные этапы это – определение общей программы движения, управляющих сил и моментов сил необходимых для её реализации, общих закономерностей реализации управляющих сил и моментов сил, нахождение главных и корректирующих управляющих движений в суставах, обеспечивающих создание указанных сил и моментов сил и, наконец, построение программы совершенствования.

Объект: биомеханические  характеристика ударов в футболе.

Предмет: кинематические характеристики ударов по мячу внешней и внутренней стороной стопы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЫПОЛНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ В ФУТБОЛЕ

1. Биомеханические особенности контакта с вращающимся мячом при выполнении футбольных ударов.

В работе исследуются теоретические  аспекты преобразования скорости полета мяча при  выполнении футбольного  удара в ситуации, когда мяч  имеет первоначальное вращение относительно своего центра тяжести. Исследования проведены  на основе теоретической модели, предполагающей рассмотрение ноги и мяча как твердые  тела с существенно различающейся  массой. Установлены возможные механизмы  взаимодействия мяча и ноги для ситуации прямого удара в зависимости  от относительной скорости взаимодействующих  объектов.  Показана возможность  реализации двух основных ситуаций, имеющих  место при возникновении контакта ноги футболиста и мяча.  Рассмотрены  динамические аспекты перехода от скользящего  контакта к контакту без проскальзывания.

Данная работа представляет собой исследование биомеханических закономерностей выполнения футбольного удара. Перед нами стоит вопрос, связанный с образованием  скорости мяча при условии вращения последнего относительно собственной оси, проходящей через центр масс. Рассмотрение данной ситуации представляется особенно целесообразным, если учесть, что мяч практически всегда имеет вращательное движение и установление общих закономерностей сообщения скорости такому мячу имеет важное значение для педагогического процесса в рассматриваемом виде спорта. Кроме этого очевидно, что аналогичные ситуации  присущи и некоторым другим  видам спорта, в частности, волейболу и теннису, в связи с чем логично предположить, что результаты могут быть эффективно использованы.

Настоящая статья посвящено анализу ударного взаимодействия, имеющего место при контакте ноги и мяча при выполнении удара в футболе. Использовалась механико-математическая модель, состоящая из двух твердых тел – ноги футболиста и мяча. В качестве допущений было принято, что масса ноги значительно больше массы мяча, а контакт происходит в одной точке. Исходной характеристикой в процессе рассмотрения материала являлась относительная скорость мяча и ноги, что позволило в значительной мере упростить рассмотрение задачи.

При взаимодействии ноги и  вращающегося мяча возможны следующие основные ситуации:

1.     Удар прямой, вектор скорости проходит через  центр масс мяча.

2.     Косой удар «навстречу» вращению

3.     Косой удар  «вслед» вращению.

В настоящей статье будет  рассмотрена первая из описанных  ситуаций,  в которой наиболее наглядно проявляются особенности  взаимодействия ноги и вращающегося мяча.

Рис.1. Схема прямого удара  при прохождении вектора скорости через ОЦТ и при наличии  начального вращения

Рис.2. Схема  косого удара  при наличии начального вращения мяча с направлением «навстречу»  вращению.

 

Рис..3. Схема косого удара  при наличии начального вращения мяча с направлением «по ходу»  вращения.

При  осуществлении  прямого  удара при наличии предварительного вращения мяча (рис.4) последствия зависят  от характера контакта мяча и ноги в момент удара. Здесь возможны два  случая. Первый из них соответствует  отсутствию проскальзывания в момент образования контакта. В этом случае на время удара мяч и нога образуют систему с жестким контактом  в одной точке. Второй имеет место  когда в момент соприкосновения  происходит проскальзывание. Здесь  жесткого контакта не образуется и  поверхность мяча, вращаясь, скользит  по поверхности бьющего звена.

В каждом из  указанных  случаев  взаимодействие мяча и бьющего  звена происходит по-разному. Так, при  взаимодействии без проскальзывания  движение мяча в момент контакта  представляет собой чистое мгновенное вращение вокруг точки контакта. Скорость такого вращения определяется кинетическим моментом мяча относительно указанной  точки до удара. Величина вектора  кинетического момента  определяется суммой составляющих,  связанной  с движением ОЦТ мяча относительно точки контакта  и  определяемой  вращением мяча относительно его ОЦТ [6].

Ситуация, имеющее место  при выполнении удара по мячу, имеющему  первоначальное вращение представлена на рис.4.

Если считать удар абсолютно  упругим и учесть заметную разницу  масс ноги и мяча, можно утверждать, что  продольная  составляющая скорости в момент удара изменит  направление  на противоположное, сохраняя первоначальную величину.  Кроме этого в результате образования контакта мяч приобретает поперечную  составляющую скорости, которая зависит от первоначальной угловой скорости вращения мяча.

Если обозначить первоначальную угловую скорость вращения мяча w, то кинетический момент L относительно ОЦТ  мяча может быть численно определен  из следующего выражения:

1)L = Jc w, где Jc – момент инерции мяча относительно  его ОЦТ.

Поскольку действие внешних  моментов сил относительно точки  контакта тел отсутствует, будет  соблюдаться закон сохранения кинетического  момента. Иными словами мяч, вращаясь относительно точки контакта,  должен иметь точно такой же кинетический момент.

Для вращения мяча относительно точки контакта  тел выражение  кинетического момента определяется следующим образом:

2)L = (Jc + mR2) w’, где  m – масса мяча; R – радиус мяча;  w’ –угловая скорость мяча после удара.

Если, в соответствии с  законом сохранения кинетического  момента приравнять выражения  (1) и (2), можно рассчитать значение угловой  скорости  w’ после удара:

3)w’ = Jc w/( Jc + mR2)

Рис.4. Разложение скоростей при выполнении центрального удара при  наличии первоначального вращения мяча. Обозначения: V – относительная скорость мяча до удара; V’ – результирующая относительная скорость мяча после удара; Vx’ – относительная горизонтальная скорость мяча после удара; Vy’ – относительная вертикальная скорость мяча после удара

В реальных условиях собственный  момент инерции мяча определяется как 2/3 mR2. Угловая скорость мяча после рассматриваемого удара становится  равной приблизительно 3/5 от первоначального ее значения. В то же время мяч приобретает составляющую линейной скорости ОЦТ определяемую  произведением   w’R и направленную перпендикулярно радиусу мяча, проведенному в точку контакта.

Если предположить, что  в момент выполнения рассматриваемого удара угловая скорость мяча составляла 20 радиан в секунду (приблизительно 3 оборота в секунду),  то, согласно приведенным выше формулам, угловая скорость поле удара будет составлять 12 радиан в секунду, а линейная скорость ОЦМ, направленная  перпендикулярно первоначальной  составит 1,2 м/с, что может дать заметное отклонение полета мяча по горизонтали.

Поскольку данное рассмотрение было проведено для  относительной  скорости мяча, для выяснения окончательного направления полета мяча следует  к полученным в результате удара  векторам относительной скорости прибавить  вектор скорости бьющего звена. 

Для случая скользящего удара  ситуация должна быть проанализирована из других соображений. Здесь сила трения действует в направлении, перпендикулярном радиусу мяча, проведенному в точку  контакта. Изменение количества движения  в направлении действия указанной  силы определяется произведением величины силы трения на время взаимодействия.

Сила трения  определяется как произведение силы нормального  давления (она перпендикулярна соприкасающимся  поверхностям) на  коэффициент трения скольжения. Сила нормального давления, в свою очередь,  может быть найдена  из закона сохранения количества движения: