□ 任敦登（山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)部 山東 濟(jì)南 250104）

1 、前言

足球碰撞是足球比賽的一種常見(jiàn)現(xiàn)象，其特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間極其短暫。足球在碰撞階段有些什么特征，碰撞過(guò)程會(huì)發(fā)生什么變化？為此，通過(guò)生物力學(xué)的方法來(lái)研究足球的碰撞過(guò)程，找出一些有意義有價(jià)值的數(shù)據(jù)，從而能夠?yàn)樽闱蛴?xùn)練和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供一定的理論指導(dǎo)。

2 、研究方法

2.1 、文獻(xiàn)資料法

在山東現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院圖書(shū)館以及中國(guó)期刊網(wǎng)，清華同方等電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)，查閱和整理大量相關(guān)資料，深入了解足球的研究現(xiàn)狀和相關(guān)理論。

2.2 、實(shí)驗(yàn)法

2.2.1 、平面定機(jī)攝像測(cè)量法

進(jìn)口JVC9800高速攝像機(jī)一臺(tái)，采用平面定機(jī)攝像測(cè)量方法，對(duì)足球每一次飛行的速度過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍攝。

2.2.2 、三維測(cè)力臺(tái)測(cè)試法

使用瑞士生產(chǎn)的KISTLER三維測(cè)力臺(tái)，以及KISTLER、BIOWARE數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)，記錄足球碰撞過(guò)程的力量、時(shí)間數(shù)據(jù)。

2.2.3 、運(yùn)動(dòng)圖像解析法

采用國(guó)產(chǎn)愛(ài)捷運(yùn)動(dòng)圖像分析系統(tǒng)EIMG71對(duì)足球運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行圖像解析，對(duì)速度指標(biāo)采用弱平滑,選取截止頻率為32Hz。

2.2.4 、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

采用SPSS13.0對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

3 、測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 、將所測(cè)的力學(xué)數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法整理和處理后，得到了足球碰撞前后的各項(xiàng)指標(biāo)（碰撞次數(shù)低速和高速各為14次）。

3.2 、足球低速碰臺(tái)時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的平均值分別是：入射速度為8.73ms，出射速度為7.31ms,碰臺(tái)時(shí)間為0.0083s，最大力量2267N，平均力量792N，最大沖量6.58ms彈性恢復(fù)系數(shù)0.8378±0.0189；高速碰臺(tái)時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的平均值分別是：入射速度為19.50ms，出射速度為14.33ms,碰臺(tái)時(shí)間為0.0077s，最大力量4295N，平均力量1779N，最大沖量13.74ms彈性恢復(fù)系數(shù)0.7355±0.0307。

3.3 、通過(guò)相關(guān)性比較發(fā)現(xiàn)，除碰撞時(shí)間外，最大力量、平均力量、最大沖量與入射速度呈正相關(guān)，其中平均力量和最大沖量與入射速度完全正相關(guān)，而最大力量相關(guān)性較低，碰撞時(shí)間與入射速度呈完全負(fù)相關(guān)。從結(jié)果可以看出，碰撞時(shí)足球與測(cè)力臺(tái)接觸時(shí)間和最大打擊力與入射速度相關(guān)性??；而沖量和平均力量與入射速度的相關(guān)性分別為0.9372和0.8515,兩者都是正相關(guān)而且相關(guān)性很大，其中沖量與入射速度呈高度相關(guān)。

3.4 、從兩種速度碰撞過(guò)程可以看出，當(dāng)足球由低速變?yōu)楦咚贂r(shí)，其最大力量、平均力量和最大沖量都有了顯著性增加，其中最大力量平均值由2267.3N增加到了4295.3N，高速時(shí)幾乎是低速的兩倍。平均力量平均增加了987N，高速時(shí)產(chǎn)生的平均力量值是低速時(shí)的兩倍還多?？梢钥闯觯?dāng)速度增大后，碰撞產(chǎn)生的力量也會(huì)增加很多。

3.5 、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，球的彈性恢復(fù)系數(shù)為0.838，高速時(shí)為0.736，低速與高速相比，彈性恢復(fù)系數(shù)減小了0.102，經(jīng)T檢驗(yàn)，兩者存在顯著性差異，這與相子元對(duì)網(wǎng)球的研究結(jié)果和Joseph對(duì)長(zhǎng)曲棍球的研究結(jié)果十分相似，都是球的入射速度由低速變?yōu)楦咚俸?，它們的彈性恢?fù)系數(shù)變小。

4 、結(jié)論

沖量和平均力量?jī)烧吲c入射速度都是正相關(guān)且相關(guān)性大，其中沖量與入射速度呈高度相關(guān)。

低速時(shí)反彈速度與入射速度之間差距小，高速時(shí)反彈速度與入射速度差距大，低速的反彈速度和入射速度有很高的相關(guān)性，而高速時(shí)兩者的相關(guān)性很小。表明高速時(shí)有更多的能量轉(zhuǎn)移。

低速碰臺(tái)過(guò)程的時(shí)間為0.00832s,高速時(shí)的碰臺(tái)時(shí)間為0.00775s，高速碰臺(tái)時(shí)間比低速時(shí)減少了0.00057s，兩者存在顯著性差異。

足球碰撞到達(dá)最大力量所需要的時(shí)間，低速時(shí)平均為0.00421±0.000639s，高速時(shí)平均為0.00317±0.000551s.高速到達(dá)最大力量所需時(shí)間更短，兩者之間存在顯著性差異。

足球的彈性恢復(fù)系數(shù)與球本身的彈性有直接的關(guān)系。足球低速碰臺(tái)的彈性恢復(fù)系數(shù)為0.838，高速時(shí)為0.736，高速時(shí)比低速時(shí)減少了0.102,兩者存在顯著性差異。表明隨足球速度的增大，其彈性恢復(fù)系數(shù)卻減小了。

[1]劉延柱,楊海興,朱本華.理論力學(xué)[M].北京:高等教育出版社2001,355-374.

[2]《運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)》編寫(xiě)組.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)[M].北京:高等教育出版社.2000.

[3]單信海.足球彈性恢復(fù)系數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定[J].浙江體育科技,2006(28).

[4]張妙玲,王軍平.弧線球碰臺(tái)過(guò)程的力學(xué)分析[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào).2000,23(2):197-198.