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足球运动中涉及的物理知识

足球运动有着“世界第一运动”的美誉,是全球体育界最具影响力的单项体育运动。起源于中国,古代叫蹴鞠。现代足球起源于英国。1863年10月26日,英国人成立了世界上第一个足球协会——英格兰足球协会。1857年,英国谢菲尔德成立了世界上第一个足球俱乐部,足球俱乐部是足球职业化,专业化的标志,是足球运动员以足球谋生时所被聘用的机构。足球运动同样涉及很多物理知识,下面我们一起来看看。

1、摩擦力

足球表面有黑白相间的花纹,目的是为了增大接触面的粗糙程度,从而增大摩擦。

2、力的作用效果

当进球时,球网会变形,是足球给球网的力使球网的形状发生了改变;当球撞击门柱被反弹回来时,是门柱给足球的弹力使足球的运动状态发生了改变,当然,这个力也使足球的形状发生了改变;球最终落向地面,是重力使足球的运动状态发生了改变;球在草坪滚动时,会越滚越慢,终停下来,是草坪对足球的滚动摩擦力使足球的运动状态发生了改变……这些现象都说明:力既可以改变物体的形状,又可以改变物体的运动状态。

3、惯性

踢出去的足球会沿原来的运动方向继续运动,而不会马上停下来,是因为足球具有惯性,要保持原来的运动状态不变;快速奔跑的运动员被对方的脚或身体绊住时,要向前倾倒,是由于运动员具有惯性。运动员原来处于运动状态,当他的下半身被绊住停止了运动,上半身由于惯性仍要保持原来的运动状态不变,继续向前运动,于是出现向前倾倒。

4、冲力

当队员大脚射门时,球速可以高达100km/h。如果守门员用胸部停球,那么胸部所受到的冲力将高达1500N;如果用手接球,冲力可以减少到500N。原因是通过手臂的运动可使球的制动距离延长3倍,增加力的作用时间,减少冲力(这里涉及高中冲量知识)。

拓展:冲量反映的是力对时间的累积效应,对于恒定的作用力,其冲量满足:

I=F·Δt

其中冲量 I 和力 F 均为矢量,二者方向相同。我们在研究像足球碰撞身体那样 碰撞、打击类问题时,由于作用时间极短,冲力很大,且是变力,力的变化情况复杂,不易测量,但由于物体的动量变化比较容易测量,若测得作用时间,便可求出平均冲力。所以我们用动量定理测量平均冲力。即:

F·Δt=mv2-mv1

5、反应速度

守门员扑点球时,扑住的成功率一般只与守门员的判断反应能力有关。因为点球的位置距球门只有9.15米,射门时球速可以高达100km/h,这样球到球门的时间大约是0.32s,而人脑的反映时间大约是0.6s,这样足球到球门的时间就会远远小于人脑的反映时间,所以守门员根本没有时间调整自己的意识。因此,点球的扑住与否跟守门员对进球方向的预先判断直接有关。正是由于这种原因我们在看点球大战时,球明明向球门左边飞去而守门员却扑向右边就不足为奇了。

6、物态变化

在足球比赛中,运动员相互碰撞跌倒后,常看到运动员双手抱腿,在地上翻滚。这时,队医就会迅速进场,从药箱中取出一只瓶子,对着球员的伤痛处喷出一股白雾,一会儿,伤员疼痛消失,就可以重新入场比赛了。实际上这是因为瓶中装的是“冷气雾镇痛”,它是由氟氯甲烷配一些镇痛治伤药组成,这种药液从喷嘴喷到伤处时,迅速汽化成雾状。由于汽化要吸收大量的热量,运动员受伤处温度将急剧下降,血管收缩,神经麻痹,于是痛感就很快消失。

7、伯努利原理

我们在看足球比赛时,经常听到解说员说:足球在空中划出美丽的弧线,直挂球门死角。足球为什么会在空中划出美丽的弧线呢?是因为足球运动员在踢球时,用脚的内侧或外侧摩擦足球使足球在空中旋转着向前运动。根据相对运动,空气流动的方向与足球运动的方向相反。足球旋转的方向与空气流动方向相反的地方,足球对空气流动起阻碍作用,空气流速慢,压强大;足球旋转的方向与空气流动方向一致的地方,足球对空气流动起促进作用,空气流速快,压强小。这样使足球两侧产生了一个压强差,压力差。所以,足球在前进的同时又发生了偏转,从而形成了“美丽的弧线”。这种弧线球又叫“香蕉球”,跟乒乓球中的“弧线球”原理是一样的。

8、能量转化

踢高的足球下落后,再也弹不到原来的高度,并且每次弹起的高度都会比上一次低。原来被踢到高处的足球具有一定的机械能,足球在下落过程中,由于足球克服空气阻力做功,要损失一部分机械能;足球在碰撞地面时,发生形变也要损失一部分机械能,这样足球的机械能就会逐渐减小,所以足球弹起的高度就会越来越低。

足球运动中还涉及很多物理知识,这里就不一一细说了。

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