Додаткові матеріали по темі Фізика і футбол

Про матеріал

Робота містить матеріали, які можна використати при підготовці до занять з фізики, фізкультури, позакласних заходів. Містить історичні та дослідницькі матеріали.

Перегляд файлу

ФУТБОЛ І ФІЗИКА

Автор -

Соболенко Ігор Михайлович,

вчитель фізики

Уманської гімназії №1

Рецензент –

Андрощук Олег Іванович,

викладач кафедри

спортивних дисциплін УДПУ

м.Умань

Рецензія

на роботу «Фізика і футбол»

Актуальність даної роботи зумовлена, з одного боку, тим місцем, яке займає футбол в соціальному та індивідуалному житті людини і, з іншого боку, інтеграцією його по суті в шкільну прогаму. А відтак постає питання поєднання його з основними шкільними предметами, до яких належить і фізика. Це дозволить підвищити в учнів інтерес до самої фізики, показуючи зв’язок науки та самого популярного виду спорту. До того ж важливо знати характер впливу на організм заняття футболом, сприймаючи це через призму розуміння суті дії фізичних законів. Адже лише на перший погляд фізика у футболі не помітна. Так у роботі розглянуто технічну частину гри, яка тісно може бути пов’язана з вивченням різних фізичних величин, законів тощо.

У роботі розкрито зв’язок популярної гри із сьогоденням – коли розвиток сучасних технологій не може обійти і футбол.

Доречно вказано, що футбол – гра не лише атлетична а і інтелектуальна. А тому вона так привертає увагу фізиків !

29.11.2007 р. Андрощук Олег Іванович,

Викладач кафедри спортивних

Дисциплін УДПУ ім.П.Г.Тичини

Зміст:

Вступ………………………………………………………..….4

1. З історії розвитку футболу………………………………....7

2. Що приваблює у футболі фізиків…………………….......10

3.Траекторія польоту футбольного м'яча протиречить законам фізики……………………………………………….18

4. Футбол і науково-технічний прогрес…………………….21

Висновок…………...…………………………………………30

Список використаної літератури…………………………....31

ВСТУП.

Футбол — одна з найбільш популярних спортивних ігор на наший планеті.

Серед учених більше інших захоплювалися цією грою фізики. Досить згадати таких корифеїв науки, як англійців Ф. Астона і Э. Резерфорда, данця Н. Бора (свого часу він був навіть воротарем збірної Данії по футболу) і француза Ф. Жоліо-Кюрі. Всі вони - нобелівські лауреати.

На фото:Ф.Жоліо-Кюрі

На фото: Нільс Бор, Ернест Резерфорд, Ф.Астон

Чому серед учених футбол більше всього привертав увагу саме фізиків?

Спробуємо дати відповідь на це запитання і хоча б частково глянути на цю гру очима фізика. Тим паче в нашій країні завдяки Федерації футболу та Міністерству освіти і науки масово вводиться додатковий урок саме футболу. Серед багаточисленних видів спорту, які культивуються у системі фізичного виховання України, футбол займає одне з провідних місць. Важко назвати інший вид спорту, який міг би змагатися з ним у популярності. Доступність цієї гри, простота інвентаря й обладнання, величезна емоційність ігрових ситуацій, необхідність проявлення волі і мужності при подоланні дій суперників роблять футбол, як вид спорту, цінним засобом фізичного виховання. Футбол дозволяє без великих матеріальних затрат досягти високого ступеня фізичної підготовленості та розвивати швидкість, силу, витривалість, спритність і багато інших рухових якостей, виховувати сміливість, дисциплінованість.

Унаслідок малорухливого образу життя більшості збільшується внутрішній м'язовий тиск, порушується нормальний кровообіг. Сидяче положення, а також низька інтенсивність роботи м'язів живота і верхніх кінцівок створюють передумови для розвитку застійних явищ у внутрішніх органах, порушення крово- і лімфообігу в ногах і руках. Застій крові в черевній порожнині є причиною недостатнього постачання крові, а з нею — і кисню в головний мозок. Недостатнє постачання мозку киснем суттєво впливає на зниження розумової працездатності учнів. Суть-у тому, що мозок, маса якого в середньому складає 1550 г, споживає майже третину кисню, що поступає в організм. Його запаси можна поповнити під час занять фізичними вправами на свіжому повітрі.

Вважається оптимальним, коли обсяг рухової активності школярів складає 7-12 годин на тиждень. За таким обсягом рухової активності у школярів спостерігаються найбільш високі показники розумової працездатності, більш висока її стійкість упродовж дня, підвищення успішності й адаптації до фізичних навантажень.

Впроваджуючи третій урок футболу в школі тим самим збільшують рухову активність дітей. Проведення занять на свіжому повітрі покращує вентиляцію легень, кровообіг і зміцнює організм. Регулярні заняття футболом привчають дітей до дисциплінованості впевненості в своїх силах, дають можливість самовиразитися, привчають до колективізму і дружби, взаємовиручки.

Оскільки футбол є дійсно популярним, то вказуючи на його зв'язок із фізикою, можна стимулювати у молоді інтерес до цієї чи не найважливішої науки про природу. А відтак спробуємо в деяких моментах поєднати ці два,тепер шкільних, предмети.

На фото: учениця уманської ЗОШ №4 Альона Фортуна в матчі першості України серед дівчат.

1. З історії розвитку футболу

На питання: «Де народився футбол?» зараз, мабуть, будь-хто відповість без зволікання: «У Англії» — загальновідомий і, здавалося б, доведений факт. Але не все так просто. Насправді історія не знає ні точної дати, ні точного місця народження футболу. Футбол — дуже універсальне явище, щоб от так узяти і виникнути одного разу і в одному місці.

У багатьох куточках світу ще сотні років тому люди збиралися на пустирях, ділилися на дві команди і влаштовували ігрища з м'ячем. І який з «цих куточків» був першим, зараз сказати неможливо.

Так в Єгипті археологи виявили не тільки зображення тих, що грають в м'яч, але і навіть самі м'ячі. Історики стверджують, що ще дві тисячі років тому і китайські війни любили грати в м'яч.

Згадка про подібні ігри зафіксована в історичних римських документах. А у греків подібні ігри були навіть включені в програму фізичних вправ гімнасій — державних учбово-виховних закладів для хлопців із знатних рабовласницьких сімей. Ще в 180 році в грецькому словнику Поллукса міститься опис гри, що дуже нагадує футбол. Гравці ділилися на дві команди, вигравала та, якій частіше вдавалося провести м'яч за межі поля з боку суперника, при цьому не можна було торкатись м'яча руками.

Історик футболу Моріс Пефферкорн розповідає про середньовічну французьку гру «Ла суль», в якій дві команди ганяли шкіряний м'яч, наповнений ганчірками або повітрям.

Італія перетягує ковдру на себе, доводячи, що дійсним предком футболу варто вважати флоренську гру «кальчио», поширену в 16 столітті.

Але саме в Англії ця практично повсюдно поширена гра отримала єдину назву — «футбол», що дослівно переводитися, як «штовхання м'ячика». І був названий так презирливо, з насмішкою. Річ у тому, що футбол в Англії був гнаний. У 1349 році король Едуард III видав указ про заборону футболу на території Лондона, мотивуючи це тим, що нібито це «даремне» і «дурне» «штовхання м'ячика» відволікає молодь від стрілянини з лука — воістину корисного заняття. У 1389 році Річард II заборонив його у всьому королівстві. Потім і Генріх IV в 1401 році видав подібний указ. Але, як відомо, заборонений плід солодкий, і футбол продовжував жити. Генріх VIII прийняв ще жорсткіші заходи: караючи і власників полів, на яких проходили заборонені ігри. А французький король Карл V і зовсім про всяк випадок заборонив всі народні ігри. І лише в Італії футбол оцінили по гідності, тут він майже відразу став улюбленою грою в аристократських кругах.

Та все-таки не варто звинувачувати Англію в незаконному привласненні собі статусу футбольної батьківщини, адже саме там футбол став тим футболом, який ми знаємо і любимо зараз. Друге народження він пережив в 19 столітті і знову ж таки на туманному альбіоні в університетському середовищі. В середині 19 сторіччя виникли розбіжності з приводу деяких футбольних правил. Лондонський і Кембріджський коледжі наполягали на круглому м'ячі і грі тільки ногами, а університету міста Регбі більше до душі був овальний м'яч, та і руки прибирати вони не збиралися. У результаті англійці, так і не прийшовши до консенсусу, подарували нам два по-своєму чудових види спорту.

І вже в 1848 році в Кембріджі вирішили створити перші футбольні правила, історія, на жаль, їх не зберегла. У 1863 році була утворена перша футбольна асоціація і перші правила, які, дішли до нас. Довжина поля не повинна була перевищувати 183 см, ширина — 91,5. Ворота були без поперечини, складалися з двох стійок, розташованих на відстані 7 метрів. Чітких позицій не існувало, кожен вставав туди, куди вийде, а оскільки головним завданням футболу мислилося, якомога більше забити, часом на одного захисника і воротаря доводилося аж 9 нападаючих, хаотично бігаючих по всьому полю. Цікаво, що після забития м'яча команди мінялися сторонами. Цікаве і формулювання офсайда: гравець вважався «поза грою», як тільки виявлявся перед м'ячем. У 1866 році цей пункт трохи видозмінили: тепер гравець не вважався в офсайді, якщо між ним і лицьовою лінією було троє суперників. У тому ж році біля воріт з'явилася якась подібність щаблини — горизонтально натягнутий мотузок в 5,5 метрах від землі, і голів відповідно почали забивати менше. У 1971 році голкіперові дозволили грати руками в межах воротарської . А в 1890 році власник фабрики Ліверпуля по виробництву риболовецьких снастей містер Броди запропонував «одягнути» ворота в мережі. У 1973 році був придуманий кутовий удар. Ще через два роки біля воріт нарешті з'явилася справжня щаблина, що підноситься над землею на висоті 2,44м. Тоді ж вирішили, що команди мінятимуться сторонами тільки після перерви.

І судді вперше з'явилися на англійських полях (до цього всі спірні питання вирішували капітани). Довгий час арбітрам доводилося повідомляти про порушення силою голосу або користуватися шкільним дзвоником. Лише у 1978 році англійці вручили рефері свисток. Остаточно образ судді був завершений в 1891 році, коли до нього додали двох помічників.

Саме у Англії з'явилися і перші футбольні клуби. Перший кубок країни пройшов ще в 1871 році! Перша міжнародна гра відбулася знову ж таки за участю англійців, в 1873 році вони зустрілися з Шотландією. З 1884 року міжнародні турніри стали звичною справою . У нашу країну футбол привезли британські моряки і іноземні фахівці, що працюють на місцевих фабриках.

Так кроком за кроком, методом проб і помилок народився на Землі Його Величність футбол. І вже більше ста років він володіє нашими серцями, він дарує нам радості і розчарування, відчуття єднання і захоплення, смаку перемоги і духу боротьби, примушує нас часом сваритися, ридати, а часом робить нас найщасливішими на світі. Він учить нас прагнути до досконалості і жити однією ідеєю, однією релігією — релігією футболу.

2. Що приваблює у футболі фізиків?

Перш за все те, що для цієї гри потрібно мати високу швидкість реакції і. мислення, До того ж футбол є яскравою і багатоваріантною демонстрацією такого поширеного в природі явища як удар, закони якого пояснює фізика.

На перший погляд фізика в футболі непомітна, але якщо заглибитися в технічну частину гри (стрибки, біг, кидки і удари м'яча і так далі), то її використання стане неспростовним фактом.

У техніці футболу виділяють два розділи: техніка пересування і техніка володіння м'ячем. Ці дві структури (кінетична і динамічна) повністю спираються на закони фізики. Так кінетична структура пов'язана з рухом гравця у просторі та часі: як він пересувається — швидко, але по прямій або по кривій, рівномірно або з прискоренням. Динамічна структура пов'язана з ударами або кидками м'яча: як гравець це робить — знизу, зверху, вперед, назад, швидко або поволі і так далі Динамічна структура обумовлена силами, що створюються гравцем, які діють у момент виконання прийому передачі або кидка. Гравець знає: при правильних діях інерція дозволяє збільшити швидкість польоту м'яча; при невірних же вона істотно знижує ефективність прийому.

Пропоную розглянути тепер найбільш важливі дії гравця і показати застосування в них фізичних закономірностей. Спершу перерахуємо ці дії: біг, стрибки, удар, кидок, лов, передача.

Біг - головний засіб пересування в грі. Біг футболіста складається з ривків і прискорень. Швидкість бігу може наростати завдяки м'язовим зусиллям. Під час бігу на гравця діють також сила тертя, сила тяжіння, сила опору повітря.

Стрибки. Для стрибка гравець своїми м'язами створює таку «силу виштовхування», яка дозволяє йому підстрибнути, відірватися від поля, подолавши силу тяжіння.

Удар, передача. При ударі і передачі м'яча гравець повинен оцінити силу, що створюється його ногами і руками і прикладену до м'яча для того, щоб ударити по воротах або передати м'яча партнерові.

Прийом м'яча. В мить, коли приймають м'яч, відбувається удар, передача енергії і імпульсу. Енергія м'яча, що летить, передається ногам або іншій частині тіла ( у воротаря це можуть бути і руки).

На фото: гравець команди Уманського району «Ятрань-Надія» Валя Калінчук у фіналі Всеукраїнського фестивалю «Хто ти–майбутній олімпієць?»

З розвитком суспільства спортивні ігри удосконалюються, у тому числі і за рахунок кращого використання можливостей людського організму. Резерв розвитку футболу - використання в ігрових ситуаціях досягнень біофізики і інших природних наук. Розглянемо передумови, що є для цього.

Людський організм має в своєму розпорядженні 639 різних м'язів. Враховуючи можливості переміщення корпусу тіла, голови і кінцівок, людина за допомогою м'язів могла б зробити 107 різних рухів, тобто мала б , як-то кажуть, 107 мір свободи руху. Проте реалізувати одночасно всі міри свободи не можна; космонавт, наприклад, в умовах невагомості і без скафандра може розпорядитися 39 мірами свободи, тоді як в скафандрі -лиш 36. Від числа ступенів свободи, які людина може реалізувати, залежить спритність, з якою він керує своїм тілом.

Тренуючись з метою оволодіння великою кількістю мір свободи руху, футболіст набуває технічної переваги над менш підготовленим

супротивником.

На фото: гравець команди «Ятрань-Надія» і молодіжної збірної України Олена Городецька – вихованка футболу нашого краю.

Оскільки, в м'язах людини відбувається пряме перетворення хімічної енергії в механічну (без стадії перетворення хімічної енергії в тепло - цей процес протікає в шлунку), м'язи мають високий ККД — близько 80-90 %, що значно вище ККД теплових машин. Але ККД всього організму складає лише 20 %, оскільки його величину знижують малоефективні процеси в шлунку. Якщо ж людина підвищить до максимальної межі доцільність, чіткість і швидкість рухів (це добре роблять тварини-хижаки при нападі на жертву), ККД може бути піднятий до 25 % Відзначимо, що при високій чіткості і швидкості рухів чоловік протягом декількох секунд може розвивати за допомогою м'язів потужність, що перевищує середню потужність коня, проте при тривалій роботі м'язи втомлюються і зменшують віддачу. У результаті за повний робочий день потужність людини може скласти приблизно лише 1/12 кінської сили. Ясно, що футболісти повинні враховувати в грі ці можливості людського організму.

На фото: Ольга Гуржій – випускниця ЗОШ №12, студентка Європейського університету, один з лідерів команди – чемпіона Черкаської області з футболу і міні-футболу.

Для вдосконалення техніки звернення гравців з м'ячем, підвищення сили і точності удару застосовується швидкісна кінозйомка процесу взаємодії футболіста і м'яча; вона виявляє такі його фази, які не фіксує око, але які можуть виявитися корисними, щоб зробити цю взаємодію ефективнішою, наприклад, для успішного виконання такого складного удару, як "сухий лист" (навісний удар з обертанням м'яча і з викривленням траекторії його руху в горизонтальній або вертикальній площині в результаті обертання).

Особливо слід сказати про важливість швидкості реакції у футболі. В першу чергу це відноситься до гри воротаря. Оцінити швидкість його реакції можна, знаючи, що для людей і багатьох тварин верхньою межею швидкості реагування служить час, необхідний нервовій клітині для прийому інформації, яке складає 0,01с; коли об'єкт зафіксований оком, мозок розпізнає його за час " 0,05 с. Відомо також, що один з головних біоритмів мозку (а-ритм) приходиться на діапазон частот 8-13 Гц або середню частоту ~ 10 Гц, якій відповідає період, рівний 0,1с; він характеризує неспання мозку -такий його стан, коли він ще не приступив до роботи, але повністю до неї підготовлений. Таким чином, швидкість реакції воротаря може знаходитися в межах 0,1-0,05 с. А оскільки мигання очей здійснюється з частотою 0,2—0,5 Гц (це повільний процес порівняно з швидкістю реакції нервових клітин), воротар не повинен мигати при пробитті йому пенальті.

На фото: вправний голкіпер команди «Ятрань-Надія», кандидат до молодіжної збірної України – Надія Ребрина

І ще: зазвичай, чим талановитіша людина, тим швидше вона мислить; ця якість важлива і у футболі: від швидкості реалізації ідеї,що виникла у футболістів в ході гри нерідко залежить результат змагання. Швидкість ігрового мислення учасників футбольної зустрічі - одна з важливих умов успішного її розвитку і завершення.

Таким чином, футбол - гра не тільки атлетична, але й інтелектуальна.

Біомеханічні методи можна використовувати у будь-якому виді спорту, особливо у футболі, щоб визначити якісні характеристики навиків, глибше зрозуміти механічну ефективність їх роботи і виявити чинники, які сприяють їх успішному застосуванню на практиці. Ці знання і розуміння самої суті проблеми можуть допомогти поліпшити вивчення і виконання цих навичок.

Існує широкий спектр навичок, які складають основу ігрової діяльності у футболі, але тільки один з них по-справжньому став об'єктом детального біомеханічного аналізу. Мова йде про удари по м'ячу. Хоча є багато варіацій цієї навички в тому, що стосується швидкості польоту м'яча, позиції м'яча, характеру і напряму удару, найширше вивченим в спортивній літературі є, поза сумнівом, удар по нерухомому м'ячу з підйомом і доданням йому максимальній швидкості. Навпаки, деякі інші навички, наприклад, вкидання м'яча з ауту і різні воротарські прийоми роботи з м'ячем не отримали належного освітлення. В той же час інші навички, такі як пресинг, прийом і відбір м'яча, стрибки, біг, прискорення, ривки з місця, зупинки і зміна напрямів руху, взагалі не піддавалися детальному біомеханічному аналізу.

Є багато чинників, які впливають один на одного відповідно до того, яке спорядження застосовується у футболі в даному конкретному випадку. М'яч, бутси, захисні щитки самі по собі мають механічні характеристики, які схильні до змін, але які можуть бути досить добре позначені. Взаємодія між гравцем і використовуваним спортивним спорядженням також може служити джерелом різного роду варіацій, але їх буває складно визначити, оскільки важко спрогнозувати ефективність того або іншого футбольного спорядження. І хоча самі виробники спортивної екіпіровки, поза сумнівом, ведуть інтенсивні дослідження в цій області, дуже мала дещиця цієї інформації стає «надбанням громадськості».

Все сказане означає, що біомеханічний аналіз у футболі може «висвітити» різні аспекти в грі, а саме:

- надати діагностичні засоби для оцінки ігрової діяльності (навички і базові рухи) у футболі;

- надати діагностичні засоби для оцінки травм у футболі;

- надати рекомендації, що стосуються тренувальних, учбових методів і тренерських методик для поліпшення ігрової діяльності;

- надати рекомендації щодо чинників, пов'язаних з ігровою діяльністю і зменшенням ризики травм

- надати рекомендації по запобіганню травм у футболі і за оцінкою терапевтичних методів, вживаних у лікуванні футбольних травм;

- принципи потреб індивіда;

- принципи наслідків.

Індивідуальні навички виходять з базисних положень, в основі яких - володіння м'ячем, контроль м'яча в складних ігрових ситуаціях під час матчу і використання м'яча для створення переваг в грі. Хороша техніка в застосуванні до будь-якої ігрової ситуації дає можливість гравцеві уникати дуже частих втрат м'яча і подальших значних витрат енергії, щоб знову їм оволодіти. Індивідуальна майстерність - це не одиничний елемент, якому можна дати кінцеве визначення. Насправді, воно постійно розвивається

Практично не існує універсальної моделі індивідуальної майстерності, однаково відповідної для всіх. Проте є декілька основних критеріїв, якими повинні керуватися тренери. Для тренера важливо розуміти індивідуальні технічні якості кожного гравця, а також те, яким чином ці навики можна розвинути в майбутньому. Технічно обдаровані молоді футболісти здатні набувати більше цінних навичок і робити це набагато швидше, ніж звичайні гравці. Наставник повинен бути упевнений, що тренування, що проводиться ним, позитивно впливає на всі взаємозалежні рухові здібності гравців, такі як швидкість разом з силовими діями або швидкість і швидкість реакції. Таким чином, фізіологічні ефекти тренування покликані доповнювати, а не виключати один одного. Крім того, індивідуальні навички залежать від сприйнятливості всього нового і, можливо, від інтелектуальних здібностей гравців. У відробітку індивідуальних навичок мотивація залежить від того, наскільки простм або складним, повноцінним або «фальшивим» виглядає саме тренування

Цікаві факти:

Середня відстань, подолана гравцями за матч, складає близько 8.6 км., а максималь-14км.З них:ходьба-1026 м, біг підтюпцем - 5140 м, швидкий біг-1506 м, ривки - 666 м, біг назад- 875 м, в |сторону-218 м, з м'ячем – 218.

За сезон проводиться 60 матчів і 220 тренувань, так що при 44-х ігрових тижнях в році на кожен тиждень доводиться 5 тренувальних занять.

Гравець за сезон долає відстань, рівну 3000 км., включаючи і такий показник, як кількість кроків - зверху, 2.5 мільйона за рік. Ці дані дозволяють зробити висновок про те, наскільки важливі для гравців відповідний ігровий і тренувальний майданчик, а також правильно підібрані бутси.

Гравці здійснюють в середньому 96 ривків на відстань від 1.5 до 105 м. Час роботи з низькою інтенсивністю складав в середньому 51.6 сік, з високою інтенсивністю - 3.7 сек. Під час матчів реєструвалися і такі дії гравців, як відбір м'яча (51.4), зміна напрямів руху (49.9) і стрибки (9.4).

На матчі вищого рівня доводиться 900-1000 дій з м'ячем, 350 передач в одне торкання, 150 - в два, а також передачі в декілька торкань і паси, виконаних після ведення м'яча.

Успішним командам экстра-классу потрібно приблизно 16-30 атак і від 7 до 10 ударів по воротах, щоб забити один гол, причому атаки, що закінчуються узяттям воріт, займають в середньому менше 25 секунд.

У гравців контакт ноги з м'ячем відбувається в середньому за 10 мсек.

Для того, щоб грати точно, необхідно знати, як утворюється траекторія польоту м'яча, і вивчити її межі. Траекторія польоту м'яча залежить перш за все від вигляду і сили удару гравця по м'ячу; зазвичай її характеризують висотою дуги і зоною гри. Дуга в процесі польоту м'яча під дією сили тяжіння і опору повітря поступово знижується. Зміна форми дуги, а також яке пролітає м'яч, різні із-за напрямів докладених до м'яча зусиль з боку ноги. В ході гри гравець враховує фізику процесу. Але про це у наступному розділі.

На фото: футболістки Уманщини гідно захищають честь всієї області !

3.Траекторія польоту футбольного м'яча протиречить законам фізики

Для того, щоб футбольний м'яч пролетів більшу відстань і з вищою швидкістю, його потрібно направляти під кутом 25-30 градусів від поверхні землі, хоча це і протиречить законам фізики. До такого висновку прийшли учені британського Brunel University Ніколас Лінторн і Девід Еверетт, які присвятили розгадці цього феномена спеціальне дослідження, пише видання Nature.

Фахівці лише підтвердили те, що багато футболістів і так знають з практики: коли потрібно зробити удар якнайдалі і сильніше, математичні принципи не завжди застосовні. Проте Лінторн і Еверетт готові дати декілька порад футбольним тренерам з приводу того, як найкращим чином виконувати дальній навісний удар.

Кожен студент-фізик знає: для того, щоб отримати максимальну дальність пострілу при стрілянині з артилерійського знаряддя, нахил стовбура повинен складати 45 градусів від землі. Але футболісти, так само як і гравці в гольф, метальники списа і метальники диска, зазвичай використовують траєкторію, що має кут набагато менше, - 30-35 градусів. Гравці виробили таку траекторію в результаті тривалої практики.

Лінторн і Еверетт досліджували футбольний навіс, вивчивши кадри відеозйомки футболістів, що виконують цей удар під різними траекторіями. Потім вони спробували описати отримані дані про швидкість м'яча, відстань, на яку він пролетів, і час його польоту, у вигляді математичних рівнянь. Це дало дослідникам можливість знайти найоптимальніший кут, під яким потрібно направляти м'яч, щоб той пролетів найбільшу відстань. Виявляється, він повинен складати від 20 до 35 градусів. Інформація про результати дослідження опублікована в журналі Sports Biomechanics2.

Чому ж тут спостерігаються такі великі відмінності від традиційної механіки? По словах Лінторна, вся річ у тому, що традиційна механіка не враховує особливості будови кісток і м'язової структури людського тіла, а вони дозволяють прикласти велику силу до м'яча, який летить під нижчим кутом, ніж під вищим. Тому м'яч, що летить під нижчим кутом, має вищу швидкість. А швидкість - це головний чинник, що визначає дальність польоту.

Іноді має значення не дальність удару, а час польоту м'яча. Наприклад, коли потрібно швидким пасом застати супротивника зненацька. Учені встановили, що в цьому випадку траекторія повинна бути на декілька градусів нижче. Це майже не змінить дальність, але може змінити час польоту, а заощаджені десяті долі секунди деколи набувають вирішальних значення в ході матчу.

На фото: важко і тренерам і фізикам обрахувати траекторію польоту м’яча, якщо грають дівчата … ( юні уманчанки проти полтавчанок)

"Навісні удари широко практикуються у футболі, - говорить Лінторн. - В більшості футбольних команд є гравець, що спеціалізується на таких ударах". Знання того, як майстри здійснюють ці навіси, може допомогти тренерам зрозуміти, що їм не слід застосовувати деякі правила фізики для досягнення оптимального результату.

Можливо, найбільшу цінність з цього дослідження витягуватимуть шкільні вчителі - з його допомогою легко підвищити у дітей інтерес до фізики. Адже все, що має відношення до спорту, викликає у учнів значний інтерес, відзначив Лінторн.

На фото: Людмила Зінцова, випускниця ЗОШ №1 і студентка медичного коледжу, схоже справляється з різними типами ударів.

4. Футбол і науково-технічний прогрес.

За минулі майже півтора століття правила гри у футбол неодноразово мінялися, незмінним же в ній залишилися тільки м'яч, його форма й розмір.

Однак якщо не брати до уваги те, який снаряд футболили люди під стінами китайських палаців або серед римських колонад, і порівняти м'яч кінця позаминулого століття із сучасним, вийде той же результат, що й при зіставленні самохідного парового візка XIX століття з болідом Mercedes SLR. Форма приблизно та ж, а от вміст - принципово інший. Та й з формою (а точніше, з кольором м'яча) не все так просто. У звичному для нас вигляді футбольний м'яч з'явився в 1970 році на Чемпіонаті світу в Мексиці. Виготовлений фірмою Аdidas, він став першим м'ячем, візуально «складеним» з 12 чорних п'ятикутників й 20 білих шестикутників. Незвичне на той час забарвлення пояснювалось просто: на екрані чорно-білого телевізора (цей чемпіонат уперше транслювався по телебаченню) такий снаряд буде краще видно. Цей же факт вплинув і на назву м'яча - Telstar (Star of Television - зірка телебачення). До того знаменного року футбольні м'ячі шилися із прямокутних шкіряних смужок, зазвичай білих або бежевих. По цій же схемі дотепер робляться волейбольні м'ячі, однак навантаження на них незрівнянно різні. Футбольні - досить швидко втрачали правильну форму. Варіанти їх дизайну запропонували практично всі великі виробники спортивного екіпірування, однак чергування чорних і білих багатокутників стало класичним. Так народився добре впізнаваний символ футболу.

При створенні нового офіційного м'яча Чемпіонату світу-2006 adidas+Teamgeist дизайнери вирішили «пограти» зі стереотипами й удалися до комп'ютерного моделювання. Отриманий у результаті спортивний снаряд складається тепер не з 32 частин, як його попередники, а з 14 - 6 «пропелерів» й 8 «турбін».

Нова 14-панельна конструкція, основною особливістю якої є менша кількість сполучних швів, забезпечує «однакове» поводження м'яча незалежно від розташування точки удару. Панелі не зшиті між собою, а з'єднані шляхом термічної обробки. Це зробило м'яч практично водонепроникним і надало йому форми майже ідеальної сфери. «Каркас» його, виконаний з композиту на основі латексу й тканини, дозволяє рівномірно розподілити енергію удару, що робить траекторію його польоту передбачуваною. За результатами лабораторних випробувань, точність м'яча збільшилася на 30%. Додатково він покритий особливою прозорою полімерною плівкою, що збільшує зносостійкість і водонепроникність. Випробувавши його в дії, Девід Бекхем сказав: «Цей м'яч робить саме те, що я від нього хочу».

Проте яким би ідеальним не був отриманий снаряд, точність удару визначається тим, як гравець його обробив. І 60% успіху, не беручи до уваги, звичайно, майстерності футболіста, залежить від бутс. Наочним прикладом став фінальний матч Чемпіонату світу 1954 року у Швейцарії. За годину до гри дрібний дощ перейшов у справжню зливу, перетворивши поле в болото. Німецька збірна, екіпірована найдосконалішими на той час бутсами із вкрученими шипами, відразу замінила шипи на довші. У результаті, в той час як гравці збірної Угорщини буквально грузнули на полі в глибокому багні, німці одержали відчутну перевагу в маневреності, і їм вдалося забити вирішальний гол і відвезти додому Кубок світу.

«Призначення такого взуття - захистити ноги спортсмена від травм і зробити його гру максимально зручною», - каже доктор біологічних наук Борис Дишко, віце-президент АСІ (Асоціація спортивного інженерингу), фахівець із біомеханіки спортивного взуття. «Сучасні бутси являють собою складну систему, компоненти якої, подібно до автомобіля, можна представити в такий спосіб: кузов-верх, трансмісія й, нарешті, колеса, роль яких у цьому випадку грають шипи». Донедавна найкращим матеріалом для виготовлення верху вважалася шкіра акули або кенгуру, що володіє унікальними властивостями: добре тримає форму, не промокає й, головне-забезпечує відмінне зчеплення з м'ячем. Однак серед тенденцій останніх років можна відзначити стрімкий перехід до штучних матеріалів. Їх перевага у тому, що розробники можуть додати таким бутсам будь-які необхідні якості: зробити їх більш міцними або зовсім легкими, водонепроникними або швидкосохнучими.

Можливість моделювання потрібних властивостей майбутнього матеріалу призвела до того, що у лінійках топових моделей світових виробників все частіше стали з'являтися бутси зі штучних матеріалів, хоча ще кілька років назад це вважалося поганим тоном. Конструкція сучасних бутс – до пари високотехнологічним матеріалам, з яких вони виготовлені. Це й особливі амортизуючі вставки під п'яту й носок, вставки, що запобігають скручування й деформації стопи, спеціальним чином прострочена або покрита тонким гумовим малюнком зовнішня поверхня бутси - для кращого контакту з м'ячем. Особливої уваги заслуговує ставлення різних дизайнерів до шнурівки. На деяких моделях вона зміщена від центру на зовнішню сторону стопи й стала схованою, а вузол шнурків прикритий язичком. Подібна конструкція покликана знизити травматизм при зіткненнях футболістів. Інші моделі виконані зовсім без шнурівки, вона замінена еластичними вставками. Дотепер не існує консолідованої думки, який варіант краще, і гравці вибирають те, що їм подобається, а професіонали... «а професіонали грають у тому взутті, з виробником якого підписали контракт», - додає Дишко.

На фото: зразки футбольного взуття 50-х років ХХ ст. і сучасні бутси.

Мабуть, найважливішою деталлю бутсів є шипи. У футболі (є ще й регбійні бутси) найпопулярнішими моделями вважаються 6- і 12-13-шипові. Перші використовуються для гри на м'яких трав'яних полях, другі - на більш твердих. Однак останнім часом ці формули, як і багато чого іншого, змінилися. На нових моделях настроювання взуття під конкретне поле відбувається зміною не тільки кількості шипів, але і їхньої форми. Так для м'яких полів може бути обрана формула з 6 або 8 металевими шипами класичної круглої форми. Для більш твердих - 10 шипів, але вже пластикових або прогумованих. Розробка їхньої форми, місця положення на бутсах, та й форма самих бутсів - серйозні завдання, вирішенням яких займаються фахівці різних напрямків у дослідницьких центрах практично всіх великих компаній-виробників спортивного екіпіровки. Саме в таких центрах і створюється спортивне взуття. Новою моделлю тут займаються кілька років, і можна припустити, що вже сьогодні тестується взуття, що з'явиться на прилавках через 2-3 роки, однак ця інформація тримається в секреті.

Ми попросили Бориса Дишка скласти якийсь прогноз бутсам: якими вони можуть бути в найближчому майбутньому. «У першу чергу їхня форма залишиться приблизно такою ж, однак, можливо, остаточно піде шнурок. По-друге, подібно до сучасних устілок, здатних запам'ятовувати форму ноги, судячи з усього, з'являться бутси, які будуть набувати форми ноги. Однозначно думаю, що відбудеться перехід на штучні матеріали. Не виключено, що у взуття будуть монтуватися мікрочіпи, що допомагають підстроювати її під зовнішні умови. Можливо, у бутси будуть вбудовані елементи, що дозволяють гравцеві швидше бігати за рахунок якихось пружинних властивостей».

Роль високих технологій у футболі дійсно зростає. І справа не тільки в екіпіровці, але й у організації самої гри.

Ледь більше року тому всі світові ЗМІ повідомляли про те, що на Чемпіонаті світу з футболу-2006 буде використана нова технологія, що допоможе безпомилково визначати, чи перетнув м'яч лінію воріт. Однак Оргкомітет ФІФА вирішив спочатку випробувати цю систему на юніорському Чемпіонаті світу, що пройшов у Перу восени 2005 року. У ході турніру був виявлений ряд серйозних недоробок, які не дозволили ФІФА затвердити цю технологію на нинішній чемпіонат, однак Асоціація, зрозуміло, не відмовилася від її наступного впровадження й дала інженерам час на доробку.

Технологія Cairos System була розроблена німецькою компанією Cairos Technologies разом з Інститутом Фраунхофера (Fraunhofer IIS) за підтримкою adidas. Суть цієї технології полягала в тому, щоб розмістити в м'ячі й на гравцях мініатюрні датчики й з їхньою допомогою одержувати інформацію про місцезнаходження «об'єктів» у кожен момент часу.

На фото: навіть роботи у сучасному світі технологій грають у футбол!

Чутливі антени, розташовані по краях поля й на щоглах освітлення, 2 000 разів у секунду одержують дані із всіх датчиків, що перебувають на полі (вони розміщені на всіх об'єктах, що рухаються, - тобто на футболістах, суддях і м'ячі). Зібрана інформація передається на центральний комп'ютер. На основі цих даних можна побудувати тривимірну модель ігрового поля й моментально «в динаміці» оцінювати положення кожного гравця щодо м'яча. Положення поза грою, аут, взяття воріт, а може, навіть і порушення правил у момент боротьби за м'яч - все це буде безпомилково фіксуватися, не залишаючи приводів для суперечок. Деякі бачать у цьому відмову від «старого доброго» футболу, однак є й інші думки. Наприклад, відомий спортивний коментатор Віктор Гусєв вважає, що не потрібно відмовлятися від технологій, «які можуть вплинути на те, щоб у кожній конкретній ситуації тріумфувала справедливість на полі».

Крім «суддівської» складової тут є й інший важливий момент. Так після обробки зібраної з датчиків інформації виходять унікальні статистичні дані, про які тренери й спортивні коментатори могли тільки мріяти. Сила удару, швидкість польоту м'яча, відстань до воріт, а крім цього - швидкість гравця, його активність на полі, результативність. Це вже - тренерові на замітку.

Ще в 2002 році Майк Райт і Нобуйоші Хіроцу з Університету Ланкастера розробили нові методи математичного моделювання футбольних матчів. Зібравши статистику по іграх команд британської вищої ліги, учені прийшли до висновку, що більшість тренерів занадто пізно заміняють гравців, а виходить, упускають можливість позитивно вплинути на хід гри. Ученим вдалося обчислити, який вплив може зробити своєчасна заміна гравця. Прийняти правильні рішення може допомогти комп'ютер, оснащений спеціальною статистикою, про яку ми згадували вище.

Ця розробка не залишилася непоміченою. Через кілька років на службі у ведучих збірних і клубів Європи з'явилися подібні комп'ютери. Вся система виходить доволі громіздкою, проте цінність інформації це компенсує. Матч знімають 12 операторів, їх відеоматеріали миттєво надходять у єдиний центр, де команда людей безперервно сортує й розкладає зображення потрібним чином. В результаті у тренера на екрані є динамічна статистика на кожного гравця: швидкість, "пробіг", точні/неточні паси й так далі. Уже до кінця першого тайму у тренера є готові викладення по результативності кожного гравця, і тому він може скорегувати гру своїх підопічних, зробивши необхідні заміни. Вартість подібної програми в різних варіантах виконання становить від 100 тисяч до мільйона євро. На жаль, у клубів СНД поки таких грошей немає, але прогрес дійшов і сюди. У московському «Спартаку» використовують норвезьку програму Interplay. Зображення надходить від одного оператора, й одна людина обробляє результати. Відеозапис усього матчу розбивається на епізоди: штрафні, кутові, аути, спірні ситуації, гольові моменти. Тренерові доступні добірки відсортованих епізодів, і він може швидко подивитися їх. Оперативна інформація, нехай і не в повному обсязі, все одно є непоганою підмогою для тренерів.

Нова технологія допоможе суддям знайти відповідь в спірній ситуації .

Англійський футбол вирішив випробувати систему "Яструбине око", що використовується в крикеті і тенісі. За допомогою електроніки футболісти сподівається скоротити число спірних моментів.

Тривимірна комп'ютерна система стеження дозволяє безпомилково визначити місцезнаходження м'яча у будь-який момент часу.

У останні роки "Яструбине око" офіційно застосовувалося в ході відкритого чемпіонату Англії по тенісу. У кожного із спортсменів, що виступали на центральному і першому кортах Уїмблдону, було право зажадати активувати систему, коли рішення судді їм здавалося неправильним. Коли таке відбувалося, комп'ютер відтворював на великому екрані траекторію руху м'яча - і глядачі завжди супроводжували цей процес захопленими звуками.

Винахідник "Ока" - британський інженер Пів Хокинс, що назвав пристрій по власному імені (hawk - по-англійськи «яструб»). Тільки що замовлення на розробку аналогічної системи він отримав від керівництва англійського футболу.

"Ми уклали контракт з Прем'єром, - сказав Хокинс в інтерв'ю Б-б-си. - Але ця система буде виняткова для суддів, не для телебачення".

Аналогічна система діє на Уїмблдоні

"Спочатку вона буде випробувана Лігою, а потім ФІФА, - додав винахідник. - Якщо нам вдасться подолати всі складнощі, вона поступово почне упроваджуватися в ігри і, можливо, врешті-решт буде встановлена на всіх стадіонах Ліги".

Хокинс вважає, що англійський футбол звикне до нової системи в найближчі два роки - в тому випадку, якщо випробування будуть успішними. "У тенісі пройшла пара років з моменту початку тестування, - говорить він, - і, видно, у футболі можна розраховувати приблизно на ті ж терміни".

У березні цього року, ознайомившись з можливостями застосування цієї технології на презентації англійського Ліги, представники Міжнародної ради футбольних асоціацій (IFAB) погодилися на розробку системи, яка визначала б, чи перетнув м'яч лінію воріт.

При цьому, проте IFAB підкреслив: ця технологія використовуватиметься тільки при ухваленні рішень, пов'язаних з лінією воріт, і доступ до неї матимуть тільки фахівці, обслуговуючі ігри, і то за умови 100-відсоткової точності

У переддень попереднього Чемпіонату світу з футболу обчислювальні центри двох провідних британських університетів (Ольстера й Уорвіка) спробували спрогнозувати переможців. Обидві програми, крім футбольної статистики (світових рейтингів, результатів матчів, зіграних останнім часом, і т.п.), ураховували безліч інших параметрів, таких як витрати на переїзди команд із Кореї в Японію і навіть фінансові ризики. Результати центрів сильно розійшлися один з одним. Хоча команда з Ольстера й назвала переможця правильно, пояснити, як явні аутсайдери Туреччина й Корея змогли зайняти 3-4-і місця, не зуміли жодна комп'ютерна програма й жоден уболівальник. Тут, можливо, і криється відповідь на питання: чому футбол існує стільки сторіч і чому люди любили його, навіть коли він перебував під найсуворішою забороною. У цьому виді спорту, безсумнівно, є щось таке, що змушує вболівальників вірити в чудо й із завмиранням серця стежити за баталією, що розгортається на полі, й сумніватися у, здавалося б, вирішеному результаті. І нехай тренер робить абсолютно правильні й своєчасні заміни, і нехай бездоганний м'яч летить тільки туди, куди його направляють ідеальні бутси. Однаково футбол залишиться грою, у якій головне - імпровізація, а будь-які технічні нововведення так і залишаться назавжди лише додатковими «аксесуарами».

На фото: ці дівчата, випускниці шкіл Умані і Уманського району, довели, що можна вправно і у футбол грати і на «відмінно» вивчати фізику ! ( більшість гравців команди «Ятрань-Надія» з відзнаками та медалями закінчили школу і при цьому неодноразово здобували нагороди всеукраїнських змагань)

ВИСНОВОК

Футбол – гра не лише атлетична а і інтелектуальна. Для розуміння того, що відбувається на полі під час матчу або тренування потрібно знати і розуміти фізичні явища, закони тощо. На перший погляд фізика в футболі непомітна, але якщо заглибитися в гру (стрибки, біг, кидки і удари м'яча і так далі), то її використання стане неспростовним фактом.

Проблему популяризації фізики серед молоді в значній мірі можна вирішити шляхом розуміння інтересів саме цього покоління. А те, що футбол більше ніж популярний сьогодні – факт незаперечний. Тому вказуючи на звя’зок великої Гри і великої Науки можна привернути увагу до фізики серед учнів.

З іношо боку футбол не може залишатись осторонь розвитку сучасного світу. А технології сьогодення не могли б реалізуватись без розвитку фізики. А відтак більш ніж очевидний взаємний зв’язок І шанувальникам гри потрібно це усвідомлювати.