足球上的力学知识.ppt
《足球上的力学知识.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《足球上的力学知识.ppt(35页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、足球上的力学知识,五、高二开学段 最后整理 进行答辩,详细研究成果与结论,(一)初期讨论(二)运动足球的粘滞性(三)“香蕉球”的浅讨(四)“香蕉球”的深讨(五)深入理想流体做定常流动探究(六)足球技术分析,(一)初期讨论提出问题1:足球运动的哪些行为和力有关?岭:第一,足球在下落时受到地球的吸引力;第二,足球在改变运动方向时受到运动员的作用力.覃:运动员对球施加了作用力,使球由静止变为运动.豪:球在草坪上运动时,受到草坪对它的摩擦力,所以球的滚动速度逐渐变小,因为摩擦力阻碍足球的运动.问题2:我们现在思考一下,足球运动员状态发生改变有哪几种表现形式?岭:大概有三种情况,速度大小发生改变,速度方
2、向发生改变,速度的大小和方向都发生改变.问题3:足球场的草是增大了摩擦还是减少了摩擦?豪:应该是增大了摩擦,因为如果是减少摩擦,问题就很复杂,大体上还是增大,因为草有一定的高度,也起到 一些阻碍作用.到水泥地,篮球场上进行足球比赛是不可想象的.谈论贝克汉姆ing贝克汉姆是为世界球迷所倾倒的明星,他有什么特点覃:我知道他擅长发任意球.岭:那么任意球有那些种类呢?豪:有地滚球,高空球,内旋球和外旋球.实践ing让我们实践体验足球的受力运动实践关注:1.不同运动类型的球,脚的作用点放在哪里 2.关于草坪的摩擦力是增大还是减少(和水泥操场相比)结论1:踢在球的不同部位,球的运动状态是不同的,要使球的运
3、动状态受自己的指挥,就必须掌握其中的规律.内旋球就用内脚背踢.如果是外旋,就用外脚背踢.踢球要考虑作用点,球的重心,空气的阻力,这时力的方向不在重力作用线上.踢在球的不同部位,球的运动状态是不同的,要使球的运动状态受自己的指挥,就必须掌握其中的规律.,结论2:运球和运球过人技术的动力结构,运球和运球过人技术的动力结构,主要指的是影响运球和运球过人时,人体位移速度和球运行轨迹的力学关系结构。1、影响运球和运球过人时人体位移速度的动力因素运球时,由于运球脚完成推拨球动作,破坏了连续跑动的结构和习惯性平衡,必然会影响人体位移速度。所以,当比赛中需要快速动球推进,前方又没有对手阻挡时,就不必要每一周期
4、运球脚都推拨一次球。可以触球一次,快跑几步,再触球一次,这时推触球的力量就可以大些。做到球快人也快。运球时,采用脚背内侧和脚内侧推拨球,又如采用脚背正面,脚背外侧能同时跑的动作协调起来。因为脚背正面和外侧前摆触球后,运球脚很自然地过渡地踏地支撑后蹬。所以,当比赛中需要快速推进时,应采用脚背正面或外侧触球,甚至脚尖捅球的方法。运球过人时,运球脚很难再起到蹬地起动的作用,因此,运球脚的主要任务是完成拨、拉、扣、挑等动作。支撑脚采用爆蹬地的方向和时间同运球脚触球的方向和时间相适应。2、影响运球和运球过人时球运行轨迹的动力因素 脚内侧和脚背正面接触球的面积,相对比其它部位大,因此推拨球时,容易掌握球运
5、行的方向。运球脚触球的部位和作用力的方向不同,其球运行的方向也不同。采用脚内侧触球的侧部,球向侧运行;采用脚背正面触球的后部,球向前运行;采用脚背内侧触球的侧后方,球向侧前方运行;采用脚背外侧触球的后方或侧后方,球向前或向侧前方运行。一般直线运球采用脚背正面或外侧,曲线运球采用脚背内侧或外侧。运球脚触球的作用力不通过球心时,球体产生旋转。当球刚离脚产生旋时,速度很快。但由于流体力学的原理,球上沿空气流速快,球下沿空气压力大,且需克服地面摩擦力,球速很快减慢。运球时,往往为了不使球触离太远,常采用回旋触球方法。当球产生侧旋时,不仅球速有所减慢,而且球由直线运行变成弧线运行。运球时,往往为了改变球
6、的运行方向常采用侧旋触球方法。在运球过人过程中,拨、拉、扣、挑的动作其动力因素,都可突然改变运行的方向,即改变球的位置,使对手虽有可能触到球,但又不能先于运球人触到球。,(二)运动足球的粘滞性,这里先来看一个例子:齐达内任意球的科学解释 据每日电讯报报道,法国队在伤停补时的三分钟时间里的两个精彩入球,将英格兰队到手的胜利化为泡影。英国人在伤心之余也在问:在距离球门二三十米的地方,前面有人墙,还有守门员把住最后一关,齐达内踢出的球究竟是如何飞进球网的?英人希望输也要输个明白,因为这个进球决非“香蕉球”可以解释的。于是,英国科学家被请了出来,对齐达内的入球过程从科学家的角度进行分析。他们发现,齐达
7、内进球之至少有三个原因:后卫摆的人墙有缺陷;这是一个典型的香蕉球,势大力沉有弧线;守门员的视野不开阔,或许还因为比赛的前一晚没睡好。也有人认为,这个进球与欧锦赛首次使用的被命名为“罗泰罗”的新式无接缝皮球也不无关系。这种足球是由阿迪达斯公司研制的,在欧锦赛开赛前由一些球星进行了试验。贝克汉姆表示,这种球下沉的速度很快,非常适合擅长罚任意球的球员使用。谢菲尔德大学的马特-卡尔博士也同意哈纳博士的解释。齐达内踢出的这个球球速很快,而且带有弧线。卡尔说:“等詹姆士看到皮球的时候,它已经飞进球网了。”这次使用的无缝皮球也是一个重要因素。在谢菲尔德大学所做的风洞试验中发现,由于这种足球的表面更加光滑,周
8、围的气流可以从湍动过渡到平稳,增大了下沉力,使球的飞行轨迹的弧度增加,加大了守门的难度。在这里,我们要注意无接缝皮球在空气中的滞后性。那么,有缝足球与无缝足球在空气中受空气流体力又有什么区别呢?以下先讨论一个问题:,为什么高尔夫球的表面有凹凸?,高尔夫球的表面有很多凹凸。如果表面光滑,应该能够减少空气的阻力,飞得更远,但是为什么要有凹凸面存在呢?用高尔夫球杆打球时,球杆划破高尔夫球周围的空气壁,使球飞出。球周围的空气好像缠着球似的,在球的周围转动,然后飞到球的后方。如果球的表面是光滑的,缠着球的空气往后流时,气流是混乱的,这种情况称为乱流。乱流的存在,会使飞出的球被往后拉回,好像被踩了刹车一样
9、。可是有凹凸面的球,由于周围的空气不规则纠缠,反而会使乱流缩小。因此,将球拉回,的作用就会减弱,这样表面凹凸的高尔夫球的飞行距离就能够比光滑的球多飞远23倍。在人们还没有这种认识之前,早期的高尔夫球据说是先将皮革缝成球形,然后里面塞满羽毛做成,表面并没有凹凸。被命名为“罗泰罗”的新式无接缝皮球表面光滑,周围的气流可以从湍动过渡到平稳,增大了下沉力,使球的飞行轨迹的弧度增加。可见,无接缝足球比有缝足球在空气中受空气滞后更强,增大了下沉力。,(三)“香蕉球”的浅讨,如果你经常观看足球比赛的话,一定见过罚前场直接任意球。这时候,通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”,挡住进球路线。进攻方的主
10、罚队员,起脚一记劲射,球绕过了“人墙”,眼看要偏离球门飞出,却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及,眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。图一足球在没有旋转 图二足球只有旋转而 图三香蕉波-足球水平运动 下水平运动的情形(在 没有水平运动的情形 和旋转两种运动同时存在的情形 此图中球正在向前运动)让我们先看看附图,图中的线代表的是空气流动的情形。图一代表足球在没有旋转下水平运动的情形,当足球向前运动,空气就相对于足球向后运动。图二代表足球只有旋转而没有水平运动的情形,当足球转动时,四周的空气会被足球带动,形成旋风式的流动。图三代表水平运动和旋转两种运动同时存在的情形,也即是
11、香蕉波的情形。,我们知道当球在空中飞行时,若不但使它向前,而且使它不断旋转,由于空气具有一定的粘带性,因此当球转动时,空气就与球面发生摩擦,旋转着的球就带动周围的空气层一起转动。若球是沿水平方向向前运动,同时绕垂直纸面的轴做顺时针方向转动,则空气流相对于球来说除了向后流动外,还被球旋转带动的四周空气环流层随之在顺时针方向转动。这样在球右方的空气速度除了向后的平动外还有转动,两者方向一致;而在球的左方,平动速度(向后)与转动速度(向前)方向相反,因此其合速度大于球右方空气的合速度。根据流体力学的伯努利定理,在速度较大一侧的压强比速度较小一侧的压强为小,所以球右方的压强小于球左方的压强。球所受空气
12、压力的合力左右不等,总合力向右。结果足球一面向前走,一面承受一个把它推向右的力,造成了弯曲球。原来我们在日常生活中也经常应用这个原理使物体在流体中的运动方向改变,例如飞机和帆船的运作都是基于这个原理。,图一足球在没有旋转 图二足球只有旋转而 图三香蕉波-足球水平运动 下水平运动的情形(在 没有水平运动的情形 和旋转两种运动同时存在的情形 此图中球正在向前运动),(四)“香蕉球”的深讨,在研究香蕉球的录象时发现,通过慢镜头可以看到,足球在往前飞行的过程中,自身还在快速旋转,而其他直线飞行的足球,没有看到强烈的旋转。难道这旋转就是香蕉球的神秘力量所在?我们带着这个问题做了两个小实验。一、平行的放两
13、张纸,向它们中间吹气,会把两张纸吹开吗?二、把一个乒乓球放在倒置的漏斗中间,向漏斗口吹气,会把乒乓球吹跑吗?,实验的结果是纸没有被吹开,反而靠拢了,乒乓球没有被吹掉,反而贴在漏斗上。这是为什么呢?这两个实验与香蕉球又有什么联系呢?我们通过上网搜集资料和阅读有关材料后知道,这个现象和物理学中的一个重要分支-流体力学中的空气动力学有关。下面是香蕉球的空气动力学原理。这个现象与空气的流动有关,在进行研究时采用简单的物理模型,这就是理想流体的定常流动。(在物理学中通常把液体和气体统称为流体。)液体不容易被压缩,在不很精确的研究中可以认为液体不可压缩。气体容易压缩,但在研究气体流动时,如果气体的密度没有
14、显著变化可以把气体作为不可压缩处理。当流体流动时,速度不同的各层流体间有摩擦力,也就是流体具有粘滞性,一般油类的粘滞性较大,水、酒精的粘滞性较小,气体的粘滞性更小。在粗略的研究中我们可以认为气体没有粘滞性。不可压缩的、没有粘滞性的流体称为理想流体。如果流体质点经过空间各点的流速虽然不同,但空间每一点的流速不随时间而改变,这样的流动叫做定常流动。象自来水管中的水流,石油管道中的石油流动,都可以看作定常流动。,(五)深入理想流体做定常流动探究,接下来我们研究一下理想流体做定常流动时,流体中压强和流速的关系。如下图所示表示一个细管,其中流体由左向右流动。在管的a1处和a2处用横截面截出一段流体,即a
15、1和a2之间的流体,作为研究对象。a1处的截面积为S1,流速为v1,高度为h1。a1处左边的流体对研究对象的压强为p1,方向垂直于S1向左。a2处的横截面积为S2,流速为v2,高度为h2,a2处右边的流体对研究对象的压强为p2,方向垂直于S2向左。经过很短的时间间隔t,这段流体的左端S1由a1移到b1,右端S2由a2移到b2,两端移动的距离分别为l1和l2,左端流入的流体体积为V1=S1l1,右端流出的流体体积为V2=S2l2,理想流体不可压缩,流入和流出的体积相等,V1=V2,记为V。现在考虑左右两端的力对这段流体所做的功。作用在左端的力F1=p1S1,所做的功W1=F1l1=p1S1l1=
16、p1V。作用在右端的力F2=p2S2,所做的功W2=-F2l2=-p2S2l2=-p2V。,外力所做的总功,外力做功使这段流体的机械能发生改变。初状态的机械能是a1到a2这段流体的机械能E1,末状态的机械能是bl到b2这段流体的机械能E2。由bl到a2这一段,经过时间 t,虽然流体有所更换,但由于我们研究的是理想流体的定常流动,流体的密度和各点的流速v没有改变,动能和重力势能都没有改变,所以这一段的机械能没有改变。这样,机械能的改变E2-El就等于流出的那部分流体的机械能减去流入的那部分流体的机械能。,由于,所以流入的那部分流体的动能为,重力势能为,流出流体的动能为,重力势能为,机械能的改变为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 足球 力学 知识

链接地址:https://www.31ppt.com/p-5845358.html