Реферат на тему: "Физика футбола"

Муниципальное бюджетное  общеобразовательное учреждение

«Средняя Общеобразовательная школа №26 с углубленным изучением отдельных предметов»

Научное общество учащихся

Секция: естественно-математических дисциплин

Тема: Физика футбола

Выполнил: Тетерин Сергей

ученик 7 «В» класса школы №26

Руководитель:

Евдокимов Сергей Анатольевич

Абакан

Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Содержание

1.	Введение……………………………………………………………………..	2
2.	Трение………………………………………………………………………..	4
3.	Сила Магнуса………………………………………………………………..	5
4.	Удар…………………………………………………………………………..	6
5.	Движение тела, брошенного под углом к горизонту……………………..	9
6.	Дополнительно……………………………………………………………….	14
7.	Заключение…………………………………………………………………	15
8.	Список литературы…………………………………………………………..	16

Я физик и имею право на сохранение энергии.  
Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Не давно, на глаза мне попалась газетная вырезка, о взаимосвязи науки и спорта. Достаточно упомянуть такой вид спорта, как метание копья. Где с помощью физики, этот вид спорта сделали более упрощённым. А добились это с помощью перемещения центра тяжести, чем непременно занимается физика. Но речь пойдёт не об этом...

Меня заинтересовала связь науки и спорта не спроста. И отчасти я должен отдать должное той статье, которая и дала мне толчок к написанию этой работы. Футбол - любимый вид спорта для меня, а физика предмет, которым очень сильно увлечён, и к этому сочетанию я проявил удвоенную заинтересованность. И так, начнём...

Введение

Футбол — одна из наиболее популярных спортивных игр на нашей планете.

Среди ученых больше других увлекались этой игрой физики. Это ещё один фактор, который меня непременно удивил. Достаточно упомянуть такие личности науки, как англичане Ф. Астон и Э. Резерфорд, датчанин Н. Бор (в свое время он был даже запасным вратарем сборной Дании по футболу) и француз Ф. Жолио-Кюри. Все они - нобелевские лауреаты. Так же выяснилось, что футбол, одна из самых популярных и исследуемых игр, среди учёных физиков. И после выше изложенного мной, передо мной встал вопрос и следующие цели.

•  Почему же именно внимание физиков больше всего привлекает этот вид спорта?

•  Можно ли использовать знания физики в игре и, если можно то, как?

Эти два вопроса и стали целью моей первой, серьёзной исследовательской работы. Но для того чтобы найти ответ на эти вопросы нужно узнать о взаимосвязи футбола и физики, что их объединяет. И есть ли вообще эта взаимосвязь. Поэтому были поставлены следующие задачи для' данной работы.

Ø   Какие законы физики применимы для футбола?

Ø   Выяснить, что привлекает физиков в футболе

Ø   Выяснить, целесообразно ли применять знания физики в футболе или лучше использовать только свой опыт и тренировку.

И так все знают, что футбол это командная игра, происходящая в реальности, а, следовательно, для неё характерны основные физические величины (сила тяжести и трения, инерции и инертности, а так же многие друге законы). И так, цели поставлены, вопросы заданы, начнём теоретическую часть.

Я физик и имею право на сохранение энергии.  
Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Трение

'Чего только не делает сила трения...

Первое о чём я бы хотел поговорить - это трение. Для всех видов спорта и не только для них важно трение. В чём это проявляется в футболе? На мой взгляд, самым главным является то, что в разную погоду, на разных площадках будут разные поверхности и, зная это и силу трения, которая будет действовать на мяч, игроку будет проще играть. Уже перед началом игры он будет знать, на что обратить внимание, какую форму, размер и тип шипов и бутс выбрать ему для данного матча, т.к. от этого зависит очень многое.

Я физик и имею право на сохранение энергии.  
Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Сила Магнуса

Мало   попасть   по   воротам,   нужно   ещё

                                         промахнуться по вратарю!

Второе - сила Магнуса. В футболе одним из коварных ударов для вратаря считается так называемый «сухой лист». Похожий удар применяется в теннисе и других играх с мячом. При этом ударе мяч в полёте быстро вращается, и его траектория становится значительно сложнее по сравнению с траекторией мяча, посланного обычным ударом. Предвидеть, куда полетит такой крученый мяч, неопытному спортсмену довольно трудно. «Виновата» во всём сила Магнуса, проявляющаяся при движении закрученного вдоль своей оси симметрического тела - мяча, цилиндра и т.п. Конечно, футболист, даже   не   зная   об этом эффекте, может неплохо закрутить мяч, но неопытному новичку, на мой взгляд, было бы неплохо узнать сначала немного теории, даже для собственного интереса, а уже после перейти к усиленным тренировкам. Кстати, для этого случая есть небольшой интересный факт из реальной жизни. Истинные болельщики наверняка помнят штрафной удар бразильца Роберто Карлоса на турнире во Франции летом 1997 года. Мяч был установлен примерно в 35 м от ворот соперников, ближе к правому краю поля. После удара Карлоса мяч полетел далеко в правую сторону, облетел «стенку» в метре от нее и заставил пригнуть голову подающего' мячи мальчика. После этого чудесным образом мяч повернул влево и влетел в верхний правый угол ворот - к изумлению игроков, вратаря и представителей СМИ. Ученые долгое время считали это невозможным для повторения, но вскоре объяснили это с помощью уже немного известной нам силы Магнуса.

Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Удар

«Забить» гораздо проще, чем попасть.

Третье - удар. Футбол это яркая и многовариантная демонстрация такого распространенного в природе явления как удар, законы которого объясняет физика. Ударом в механике называется кратковременное взаимодействие тел, в результате которого изменяются их скорости. Ударная сила зависит, согласно закону Ньютона, от эффективной массы ударяющего тела и его ускорения.

Если рассматривать удар во времени, то взаимодействие длится очень короткое время - от десятитысячных, до десятых долей секунды. Ударная сила в начале удара быстро возрастает до наибольшего значения, а затем падает до нуля. Максимальное ее значение может быть очень большим. Однако основной мерой ударного взаимодействия является не сила, а ударный импульс.

Иногда спортсмен наносит два удара с одной и той же скоростью, а сила удара оказывается различной. Это происходит из-за того, что ударная масса неодинакова. Величина ударной массы может использоваться как критерий эффективности техники ударов. Поскольку рассчитать ударную массу довольно сложно, то эффективность ударного взаимодействия оценивают как отношение скорости снаряда после удара и скорости ударного элемента до удара. Этот показатель различен в ударах разных типов. Зависит, он и от веса спортсмена.

Некоторые спортсмены, владеющие очень сильным ударом (в боксе, волейболе, футболе и др.), большой мышечной силой не отличаются. Но они умеют сообщать большую скорость ударяющему сегменту и в момент удара взаимодействовать с ударяемым телом большой ударной массой.

Многие ударные спортивные действия нельзя рассматривать как «чистый» удар, основа теории которого изложена выше. В теории удара в механике предполагается, что удар происходит настолько быстро и ударные силы настолько велики, что всеми остальными силами можно пренебречь. Во многих ударных действиях в спорте эти допущения не оправданы. Время удара в них хотя и мало, но все-таки пренебрегать им нельзя; путь ударного взаимодействия, по которому во время удара движутся вместе соударяющиеся тела, может достигать 20-30 см.

Координация движений при максимально сильных ударах подчиняется двум требованиям:

•    Сообщение наибольшей скорости ударяющему звену к моменту соприкосновения с ударяемым телом. В этой фазе движения используются те же способы увеличения скорости, что и в других перемещающих действиях

•    Увеличение ударной массы в момент удара. Это достигается «закреплением» отдельных звеньев ударяющего сегмента путем одновременного включения мышц-антагонистов и увеличения радиуса вращения. Например, в боксе и карате сила удара правой рукой увеличивается примерно вдвое, если ось вращения проходит вблизи левого плечевого сустава, по сравнению с ударами, при которых ось вращения совпадает с центральной продольной осью тела.

Время удара настолько кратковременно, что исправить допущенные ошибки уже невозможно. Поэтому точность удара в решающей мере обеспечивается правильными действиями при замахе и ударном движении. Тактика спортивных состязаний нередко требует неожиданных для противника ударов («скрытых»). Это достигается выполнением ударов без подготовки (иногда даже без замаха), после обманных движений (финтов) и т. п. Биомеханические характеристики ударов при этом меняются, так как они выполняются в таких случаях обычно за счет действия лишь удаленных от туловища сегментов конечностей.

Удар - одна из важнейших составляющих игры без него не обойтись и как писал Кювье: "Удалившись от удара, мы не сможем составить ясной идеи об отношениях между причиной и действием" Знать механику удара тел -значит уметь предвидеть, какова будет скорость соударяющихся тел после их столкновения, что является очень важным для футболиста. А также, по мнению некоторых источников, удар является одним из самых притягательных для физиков, хотя и не одно только это.

Я физик и имею право на сохранение энергии.  
Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Движение тела под углом к горизонту

Сила без движения — это мертвая сила.

Пока слон стоит на месте, можно сколь

 угодно долго удивляться его размерам, но

                                                                            так и не узнать,, насколько он силен.

Четвертое, что я хотел бы отметить и очень подробно рассмотреть, а также это будет началом к ответу на третью, поставленную мною задачу, является движение мяча под углом к горизонту, А главное в данном случае, что я бы хотел рассмотреть это зависимость высоты, времени, дальности от угла полёта.

У многих футболистов (у новичков и любителей в основном, потому что те,  кто занимается  футболом  профессионально,  знают это  из  практики) возникает вопрос, как пнуть мяч, чтобы он пролетел дальше или как хорошо навесить. На эти вопросы легко может ответить физика, и это я бы хотел осветить более подробно.

Зная    кинематику     и     произведя небольшие расчёты, практически каждый может ответить на эти вопросы.     

Слева даны две формулы (1) и (2), они являются основными для данной темы. На самом графике находятся две формулы одна из них для нахождения времени падения, а другая гласит, что время падения (3) равно половине всего времени. Главное надо помнить, что тело, брошенное под углом к горизонту (также как и брошенное горизонтально) участвует одновременно в двух движениях: в равномерном по горизонтали (по инерции) и в равноускоренном по вертикали (под действием силы тяжести).

Траектория результаты движения - парабола. Отсюда можно сказать, что вывести формулы для этих движений не сложно, главное помнить некоторые формулы кинематики или знать, как их выводить. Формулы (3) и (4) показывают зависимость дальности полёта, высоты подъема и угла. Они были получены после небольших преобразований

Из графиков видно, что, увеличивая угол, мы увеличиваем высоту полёта, одновременно уменьшая дальность и наоборот.

Дальность полета получим из первой формулы. Дальность полета - это значение координаты х в конце полета, т.е. в момент времени, равный/«. Подставляя значение (t₀) в первую формулу, получаем:

  (6)

Из этой формулы видно, что наибольшая дальность полета достигается при значении угла бросания, равном 45 градусов.

Наибольшую высоту подъема брошенного тела можно получить из второй формулы. Для этого нужно подставить в эту формулу значение времени, равное половине времени полета (2), т.к. именно в средней точке траектории высота полета максимальна. Проводя вычисления, получаем

  (7)

Из уравнений (1) и (2) можно получить уравнение траектории тела, т.е. уравнение, связывающее координаты х и у тела во время движения. Для этого нужно из первого уравнения выразить время:

и подставить его во второе уравнение. Тогда получим:

Это уравнение является уравнением траектории движения.

На рисунке выше приведены данные для полёта мяча в безвоздушном пространстве. Из них видно, что на одно и то же расстояние можно бросить тело(с одинаковой начальной скоростью) двумя способами - так называемая навесная   и   настильная   баллистические  траектории,  а  также   видно,   что максимальная дальность будет при угле в 45 градусов.

Но с последним я не соглашусь (именно в футболе), потому что недавно натолкнулся ещё на одну статью под названием «Полет футбольного мяча противоречит законам физики». В ней говорилось, что «чтобы футбольный мяч пролетел большее расстояние и с более высокой скоростью, его нужно направлять под углом 25-30 градусов от поверхности земли, хотя это и противоречит законам физики. К такому выводу пришли ученые британского университета Brunei University Николас Лин торн и Дэвид Эверетт, которые посвятили разгадке этого феномена специальное исследование, пишет издание Nature (полный текст на сайте Inopressa.ru).

Специалисты лишь подтвердили то, что многие футболисты и так знают на практике: когда нужно сделать удар как можно дальше и сильнее, математические принципы не всегда применимы. Однако Линторн и Эверетт готовы дать несколько советов футбольным тренерам по поводу того, как наилучшим образом исполнять дальний навесной удар.

Каждый студент-физик знает: для того, чтобы получить максимальную дальность выстрела при стрельбе из артиллерийского орудия, наклон ствола должен составлять 45 градусов от земли. Но футболисты, равно как игроки в гольф, метатели копья и метатели диска, обычно используют траекторию, имеющую угол намного меньше - 30-35 градусов. Игроки выработали такую траекторию в результате длительной практики.

"Мы не можем объяснить, почему эффективная траектория является такой необычной", - говорит Линторн. Он и Эверетт исследовали футбольный навес, изучив кадры видеосъемки футболистов, выполняющих этот удар под различными траекториями. Затем они попытались описать полученные данные о скорости мяча, расстоянии, на которое он пролетел, и времени его полета, в виде .математических уравнений.

Это дало исследователям возможность найти самый оптимальный угол, под которым нужно направлять мяч, чтобы тот пролетел наибольшее расстояние. Оказывается, он должен составлять от 20 до 35 градусов. Информация о результатах исследования опубликована в журнале Sports Biomechanics!.

Почему же здесь наблюдаются такие большие отличия от традиционной механики? По словам Линторна, все дело в том, что традиционная механика не учитывает особенности строения костей и мышечной структуры человеческого тела, а они позволяют приложить большую силу к мячу, который летит под более низким углом, чем под более высоким. -Поэтому мяч, летящий под более низким углом, имеет более высокую скорость. А скорость - это главный фактор, определяющий дальность полета.

Иногда имеет значение не дальность удара, а время полета мяча. Например, когда нужно быстрым пасом застать противника врасплох. Ученые установили, что в этом случае траектория должна быть на несколько градусов ниже. Это почти не изменит дальность, но может изменить время полета, а сэкономленные десятые доли секунды порой приобретают решающие значение в ходе матча.

"Навесные удары широко практикуются в футболе, - говорит Линторн. - В большинстве футбольных команд есть игрок, специализирующийся на таких ударах". Знание того, как мастера осуществляют эти навесы, может помочь тренерам понять, что им не следует применять некоторые правила физики для достижения оптимального результата.

Возможно, самую большую ценность из этого исследования извлекут школьные учителя - с его помощью легко повысить у детей интерес к физике. Ведь все, что имеет отношение к спорту, вызывает у учеников большой интерес, отметил Линторн.»

Я полностью согласен с приведённой выше статьёй, и это уже ни раз замечалось мною во время тренировок. Раньше я не мог понять, почему же так происходит и почему происходит расхождение с механикой, но после прочтения этой статьи всё стало на свои места.

Я физик и имею право на сохранение энергии.  

Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Дополнительно

Особо следует сказать о важности быстроты реакции в футболе. В первую очередь это относится к игре вратаря. Оценить быстроту его реакции можно, зная, что для людей и многих животных верхним пределом быстроты реагирования служит время, необходимое нервной клетке для приема информации, которое составляет 0,01 с; когда объект зафиксирован глазом, мозг распознает его за время " 0,05 с. Известно также, что один из главных биоритмов мозга (а-ритм) приходится на диапазон частот 8-13 Гц/или среднюю частоту ~ 10 Гц, которой соответствует период, равный 0,1 с; он характеризует бодрствование мозга - такое его состояние, когда он еще не вступил в работу, но полностью к ней подготовлен. Таким образом, быстрота реакции вратаря может находиться в пределах 0,1-0,05 с. А поскольку мигание глаз осуществляется с частотой 0,2—0,5 Гц (это медленный процесс в сравнении с быстротой реакции нервных клеток), вратарь не должен мигать при пробивании ему пенальти.

И еще: обычно, чем талантливее человек, тем быстрее он мыслит; это качество важно и в футболе: от быстроты реализации возникшей у футболистов в ходе игры идеи нередко зависит исход состязания. Быстрота игрового мышления участников футбольной встречи - одно из важных условий успешного ее развития и завершения.

Таким образом, футбол - игра не только атлетическая, но и интеллектуальная.

Я физик и имею право на сохранение энергии.  

Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Заключение

Пусть на футболе мы враги,

Но здесь не место для потерь

                                                                                               И что вы ты не говорил

                                                                                                       No  one like,, us we don’t care!

И так. Абсолютно ясно, что футбол напрямую связан с физикой. От самых простых явлений как трение, которое дети проходят в 7 классе, до силы Магнуса, которую знают не многие (не считая физиков). Многое, конечно, зависит от человека, который играет в эту игру, но знание физики помогает совершенствовать своё мастерство (ну и конечно практика, практика, практика). Ещё многое не известно, так как открытия совершаются, а за ними пойдут новые гипотезы, новые предположения, и новые объяснения траектории полёта мяча и т. п. Но я знаю точно, всё будет зависеть от человека, играющего в эту игру. Эта работа, дала мне очень многое. Я надеюсь, что теперь с помощью, моих новых знаний я повышу своё мастерство, и в сложной ситуации на игре, я воспользуюсь знаниями физики.

На мой взгляд, физиков в этой игре привлекает абсолютно всё. В одной игре совмещено огромное количество законов физики.

Я физик и имею право на сохранение энергии.  
Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Спасибо за уделённое время на мою работу.

В данной работе я использовал материалы:

Ø   Энциклопедия для детей, Физика 1, гл. редактор Аксёнова М.

Ø   Школьный справочник по физике, Гришина Э.Н., Веклюк И.Н.

Ø   Занимательная механика, Перельман Я.И.

Ø   Универсальный справочник школьника. Книга 2. Раздел физика. Фрадкин В.Е. и Ляпцев А.В.

Ø   Сайт http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/virtlab/text/m2_ 1 .html

Ø   Сайт http://www.football-expert.ru/stat/polet-futbolnogo-myacha-protivorechit-zakonam-fiziki

Ø   Сайт http://izverg.ru/training/impact

Я физик и имею право на сохранение энергии.  
Физика футбола      Футбол - это мужская война, в которой сражение – праздник, а победа - счастье!

Рецензия

Рецензия на работу Тетерина Сергея ученика 7 «В», МБОУ «СОШ №26», города Абакана по теме: «Физика футбола»

В данной работе Сергей предлагает один из вариантов изложения некоторых тем из раздела механики в школьной программе. Материал, который он использует в своей работе, выходит за рамки базового курса, в этом заключается научность данной работы. Тем не менее, материал систематизируется в доступную и интересную для восприятия форму.

Актуальность работы заключается в том, что Сергей предлагает свой вариант изложения некоторых тем из раздела механики в интересной и увлекательной форме, что позволяет использовать его не только на уроках, но и при занятиях спортом. Цели, которые он ставил перед собой, достигнуты: 1) переработка большого материала, 2) использование дополнительной литературы, 3) доступная форма изложения учебного материала, 4) научность и актуальность, 5) систематизация и построение логических связей.

Учитель Высшей категории:

                                                          Евдокимов С.А.

Я физик и имею право на сохранение энергии.