小贝弧线球中的力学原理

   嘻嘻美文网   2020-01-13 00:00:00

  中图分类号:g804 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01
  摘 要 "弧线球"往往是一场足球比赛中的看点,看过本文的分析,只要多加练习,您也可以射出精彩的弧线球。
  关键字 力学 伯努利 弧线球
  在英超联赛中精彩的弧线球射门场景让人记忆犹新,作为一名体育工作者,在感叹球员的精彩球技时,更应关注其中蕴藏的科学道理。在本文中,我将依据自己有限的流体力学知识,分析精彩射门中的力学原理。众所周知,当人给球力的有个角度(0<α<90),就可以让球发生旋转,经过一定的位移后在风力的作用下球会呈弧线运动,这样的球常常能让守门员防不胜防,达到进球的目的。
  一、伯努利原理
  要弄清楚这个问题,就得先了解一下伯努利原理。伯努利原理认为:"在流水或气流里,如果流速小,对旁侧的压力就大,如果流速大,对旁侧的压力就小。"足球队员用脚踢球时,只踢球的一小部分,把球"搓"起来,球受力,就发生旋转,而当球在空中高速旋转并向前飞行时,它属于刚体的一般运动,它包括了刚体的平移、定轴转动、定点运动等。根据伯努利原理,球就受到了一个横向的压力差,这个压力差,使球向旁侧偏离,而球又是不断向前飞行着,在这种情况下,足球同时参与了两个直线运动,便沿一条弯曲的弧线运行了。
  二、伯努利方程式
  伯努利方程式:ρv2/2+ρgz+p=常量,实际上是流体运动中的功能关系式,即单位体积流体的机械能的增量等于压力差所做的功。必须指出,伯努利方程式右边的常量,对于不同的流管,其值不一定相同。由方程可知,流速v大的地方压强p小,反之,流速小的地方压强大。在粗细不均匀的水平流管中,根据连续性方程,管细处流速大,管粗处流速小,所以管细处压强小,管粗处压强大。从动力学角度分析,当流体沿水平管道运动时,其质元从管粗处流向管细处将加速,使质元加速的作用力来源于压力差。
  三、伯努利原理在足球中的应用
  (一)伯努利原理是流体力学中的基本原理,流体运动速度越快,压力越小,且中的压力又是往各个方向都有的。
  (二)形成弧线球的力学条件有二:1.踢球作用力(合力)不通过球体的重心――使球体产生转动;2.有一定位移――在空气作用下,旋转的球体发生轨迹改变。弧线球的受力分析:当运动员踢球时,作用力f通过球体重心:球体不发生旋(作用力方向即法线方向)转并沿直线方向运行,获得100%的出球力量,即f1=f×100%。此力不能产生旋转。
  当运动员踢球时,作用力f不通过球体重心:与法线成α1=30度时,偏心距x1=5.55cm(足球竞赛规则规定,正式比赛)用球圆周为68-77cm,切线分为f2将产生力矩作用,使球体沿着以f2为切线的方向旋转。击球时的力矩值为:m1=f2×r=2×f×r(m为力矩,f2为切线分力并f2=f/2,r为球体半径。法线分力f1决定出球方向和远度,且f1=86.6%×f,它使球沿f2方向以较小的弧度运行(理论上计算其弧度数值为π/3)。
  当踢球作用力与法线成α2=60度时,偏心距x2=9.6cm。切线分为f2将产生力矩作用,使球体沿着以f2为切线的方向旋转。其力矩值为:m2=f2×r=0.8663f×r(式中m2为力矩,f2为切线分力并f2=0.8663f,r为球体半径)。法线分力f1决定出球方向和远度,且f1=50%×f,它使球沿f2方向以较大的弧度运行(理论上计算其弧度数值为2π/3),其运行远度较小。
  当踢球作用力与法线成α2=90度时垂直于法线时,只产生力矩使球旋转,而不能使球位移,故不能构成脚背内侧弧线球。
  运动员踢球作用力f不通过球体重心,我们把这作用力分解为法线分力f1和切线分力f2。法线分力f2作用的结果,是使球体产生移动前进,且前进速度为v1;切线分力f2作用的结果是使球以ω为旋转速度进行旋转。根据动力学的基本公式,经推导得:
  f×t=m×v v=ft/m,即球的前进速度ω。
  f×t×x=j×ω ω=ftx/j,即球的转动角速度。
  因为球的质量和转动惯量均为常量所以,作用于球体的力f和力的作用时间t的值越大,则球体的前进速度v和转动ω角度速度就越快;反之,作用于球体的力f与力的作用时间t的值越小,则球体的前进速度v和转动角速度ω就越慢。而作用力的力臂x的值大即踢球角增大,则转动角速度ω就加快;反之,力臂x的值小即踢球角减小,则转动角速度ω减慢。如果我们把这两种不同的运动按照合成规律(平行四边形法)则组合起来,不难看出:前进速度v和转动角速度越快,那么球体的运行速度越快,且侧旋弧线曲率也增大;反之,球的前进速度v和转动角速度越慢,则足球运行速度也越慢,弧线曲率也减小。
  分析结论:踢球作用力f与法线所成角度α增大时(0<α<90),球体旋转越强烈而位移相对减小,反之,减小时,球体旋转就越缓慢而位移相对增大。
  依据侧弧线球形成的力学条件,即有一定的旋转速度,又要有一定的位移,所以一般认为在踢定位球时,α角在30度左右到60度之间将产生侧旋弧线球。理想的弧线球多是借助于来球力量、重力和风力等因素,运用不同的脚法以及巧妙的技术动作形成的。
  参考文献:
  [1] 李玉柱,范明顺.流体力学[m].高等教育出版社.1998.6.


弧线球中的力学原理



  • 微信
  • QQ好友
  • QQ空间
  • 新浪微博

系统推荐

对广西高职院校体育教育改革的探讨

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

普通高校硕士研究生的余暇体育活动现状及对策研究

中图分类号:g812 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

对田径运动中速度训练方法的探讨

中图分类号:g822 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-02 ...

优化高校健美操教学能力策略的研究

中图分类号:g831 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

羽毛球高远球教学中易出现的问题及对策分析

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

体育教学中师生互动效应特征与体育课质量的评价

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

职业院校的体育文化建设

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

对成都市健身俱乐部经营现状的调查研究

中图分类号:g812 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

中职学校体育与健康教学思考

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-02 ...

浅议内燃机使用技术中存在的问题及对策

【摘 要】内燃机使用不当,不但会降低内燃机的使用寿命,还浪费了大量的人力、物力,增加了维修费用,降 ...

对少儿拉丁舞入门教学的初探

中图分类号:g806 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

快乐体育在小学体育教学中的有效实施

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

多元智能理论对篮球教学的影响

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

浅谈小学高年级如何在体育课上运用英语进行教学

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

我国中学篮球教学的几点思考

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

论石材的装饰材料与施工方法

摘 要:随着经济的发展人们在注重物质生活提高的同时也渐渐开始注重精神生活的提高。室内装饰作为人们消 ...

关于气排球运动的研究综述

中图分类号:g842 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-01 ...

适应素质教育要求 创新体育教学方法

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-02 ...

有关高中生英语阅读能力提高的几点建议

摘 要:高中英语学习的首要任务就是提高学生的阅读能力。但在教学过程中学生在阅读理解方面的训练很少, ...

我国体育教学模式理论研究探析

中图分类号:g807 文献标识:a 文章编号:1009-9328(2014)01-000-02 ...