Ученики на Учителя.com


Исследовательская работа "Физика в спорте. Физика в футболе"

1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РС(Я)
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РС(Я)
«РЕГИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ В Г.МИРНОМ»
ФИЛИАЛ «УДАЧНИНСКИЙ»
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
по учебной дисциплине Физика
на тему
«Физика в спорте. Физика в футболе»
Автор: Мустафин Даурен Жомартович
2 курс, Г-19/9У, Горнорабочий на подземных работах
Преподаватель: Кыдрашева Чечек Михайловна,
преподаватель Физики
г.Удачный, 2020г.
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3
1.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1.1. Футбол- командный вид спорта………………………………………….... 4
1.1.1.Удары по мячу………………………………………………………………5
1.1.2. Остановка мяча……………………………………………………………6
1.1.3. Моделирование процессов ……………………………………………….7
2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Использование закона сохранения импульса при взаимодействии двух
мячей………………………………………………………….………………8-9
2.2. Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия других
тел……………………………………………………………………………..10-11
2.3. Зависимость дальности полета от угла……………………………...…12-13
2.4. Упругие и не упругие соударения…………………………………..…….14
2.5. Закон упругой деформации……………………………………………..15-16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………
3
ВВЕДЕНИЕ
Каждый из нас знает, какое место занимает спорт в жизни человека, но
далеко не все размышляли над вопросом, какая связь между спортом и
физикой, как развитие физической науки влияет на совершенствование
спортивных достижений. Ошибаются те, кто считает, что для освоения
спортивных вершин достаточно только одной физической подготовки.
Футбол - для меня любимый вид спорта, а физика предмет, которым я
увлечён, и к этому сочетанию я проявил удвоенную заинтересованность
Объект исследования: Законы механики в спорте
Предмет исследования: Физика в футболе
Методы исследования: Теоретический и практический
Цель работы: Доказать, что знание законов физики поможет достичь игроку
более высоких результатов в футболе.
Задачи исследования:
1.Рассмотреть полёт мяча без вращения
2.Рассмотреть остановку подошвой мяча, катящегося на игрока
3.Как должен играть вратарь. Ловля в прыжке высоко летящего мяча
4
1.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1.1. Футбол - командный вид спорта
1.1.1. Удары по мячу
В современной игре техническое мастерство чрезвычайно необходимо.
Среди различных технических приемов удары по мячу занимают наиболее
важное место, так как большая часть игры ведется при помощи самых
различных ударов ногами или головой.
Стремясь в игре добиться победы, футболисты как бы соревнуются в
умении бить по мячу. Существует понятие— «поставить удар», это значит
научиться из различных положений бить точно и сильно. В физике под
ударом понимают такой тип взаимодействия движущихся тел, при котором
временем взаимодействия можно пренебречь. Линия, проходящая через
точку соприкосновения тел, перпендикулярная к поверхности их
соприкосновения, называется линией удара.
Прямым центральным ударом называют соударение, при котором
скорости тел (шаров) до и после удара направлены по линии удара. В
футбольной практике центральные удары принято называть прямыми, их
направление проходит через центр тяжести мяча. При нецентральном ударе
скорости тел (шаров) до и после столкновения не направлены по одной
прямой, начальные скорости шаров не совпадают по направлению с линией
удара.
Удар, направление которого проходит в стороне от центра тяжести
мяча, называется косой. После нецентрального соударения шары разлетаются
под некоторым углом друг к другу. В футболе такие удары обычно называют
5
резаными, направление такого удара проходит в стороне от центра тяжести
мяча. При резаном ударе его сила, скорость и дальность полета мяча будут
несколько меньшими, чем при прямом ударе.
Такой удар отлично подходит для паса через защитника, для ударов на
дальнее расстояние, угловых, пенальти. Нужно знать: а) мяч, который
ударили в правую часть, полетит влево и будет вращаться влево, б) мяч,
который ударили в левую часть, полетит вправо и будет вращаться вправо. В
каждой игре футболисты много раз пытаются поразить ворота соперников.
Однако очень часто мяч после их ударов летит мимо ворот.
Это происходит чаще всего потому, что игроки при выполнении ударов
не попадают в нужную точку мяча. Наиболее опытные футболисты
тщательно прицеливаются, стараясь очень точно нанести удар по мячу. Они
хорошо знают, что нужно выбрать определенное место (долю), по которому
надлежит нанести удар. Во время игры футболистам, чаще всего, приходится
наносить удары по движущемуся мячу, которые выполнять гораздо труднее,
чем по неподвижному. Необходимо учитывать направление и скорость
приближения мяча, с тем, чтобы определить, по какой точке мяча, в каком
направлении и с какой силой следует нанести удар.
6
1.1.2. Остановка мяча
В футболе прием (остановка) мяча достигается амортизирующим движением
определенной части тела, а также накрыванием мяча стопой, голенью.
Интенсивность игры, скоростные действия игроков, не позволяют игрокам
при приеме мяча полностью его останавливать.
Основной механизм действия игрока при приеме летящих на различной
высоте и с различной скоростью мячей почти всегда одинаков. При
приближении мяча туловище отводится назад, уступающее движение с
поворотом туловища дает возможность игроку принять мяч и сразу
перевести его в сторону.
7
1.1.3. Моделирование процессов
Реальные явления окружающего мира чрезвычайно сложны. Физика
базируется на моделях объектов материального мира. В процессе изучения и
описания реальных объектов человек вынужден упрощать их свойства,
замещать реальные объекты моделями. «Моделирование - воспроизведение и
исследование на модели процессов, имеющих одинаковую природу с
процессами, происходящими в реальных объектах».
В районе ежегодно проводятся соревнования по футболу. В нашей
школе есть секция футбола, команда школы принимает участие в
соревнованиях. Учитель физкультуры, болельщики ждут от команды
хороших результатов, игроки желают побеждать соперников. Для
достижения высоких результатов нужно не только тренироваться,
отрабатывая необходимые навыки, еще необходима теоретическая
подготовка, понимание сути футбольных приемов и финтов, нужно
посмотреть описание финтов в книгах, в интернете.
8
2. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Использование закона сохранения импульса при
взаимодействии двух мячей
Представим, что футболист бьет по неподвижному мячу.
Оборудование: штатив, желоб, шарики различной массы
Поэтому шарики m
1
и m
2
были неподвижны; шарики m
4
и m
3
поочередно
скатывали с некоторой высоты, чтобы им придать скорость на
горизонтальной поверхности, затем шарики (мячи и футболист)
сталкивались. Каждый опыт проводили 5 раз. Выводы из опытов: иcходя из
законов сохранения импульса
m
1
×v
1
+m
3
×v
3
=m
1
×u
1
+m
3
×u
3
и энергии
m
1
×(v
1
)
2
/2+ m
3
×(v
3
)
2
/2=m
1
×(u
1
)
2
/2+m
3
×(u
3
)
2
/2
получаем, что скорости тел после взаимодействия:
Масса
шарика
m
1(г)
Масса
шарика
m
3(г)
Масса
шарика
m
4 (г)
Скорость
шарика
v
1(м/с)
Скорость
шарика
u
1(м/с).
Скорость
шарика
u
3(м/с)
7
65,2
93
1,2
2,04
0,91
2,23
1,03
Масса
шарика
Масса
шарика
Скорость
шарика
Скорость
шарика
Скорость
шарика
9
m
3(г)
m
4 (г)
v
2(м/с)
u
2(м/с).
u
4(м/с)
65,2
93
1,13
2,14
0,94
2,08
0,84
при столкновении тяжелого шарика с неподвижным шариком меньшей
массы, дальность проката и скорость легкого шарика после удара больше, а
для более тяжелого шарика дальность проката и скорость заметно меньше.
Следовательно: при игре легким мячом мяч может вылететь за пределы поля,
контроль над мячом будет потерян. Если мяч тяжелый для футболиста, то
дальность паса (длина передачи) заметно уменьшается.
2.2. Явление сохранения скорости тела при отсутствии
действия других тел
Представим, что футболист неподвижен, навстречу ему по полю катится мяч
с некоторой скоростью.
Оборудование: штатив, желоб, шарики различной массы.
Для этого скатывали шарики m
2
и m
1
( мячи) с определенной высоты, чтобы
им придать скорость, затем шарики сталкивались с футболистом, (шариками
m
4
и m
3
). Шарики разлетаются в разные стороны после столкновения.
Летящий мяч обычно всегда обладает большей скоростью, чем катящийся по
полю мяч. Для увеличения скорости шариков увеличили высоту скатывания,
вновь измеряли расстояние, на которое откатывались шарики после
столкновения.
10
Выводы из
опыта: при
большей массе
m
2 (
мяча)
смещение
шарика
m
3
(футболиста)
увеличивается.
Следовательно,
если масса и
скорость мяча
значительны, то
футболист после
удара может
потерять
равновесие,
сместится из начального положения, контроль над мячом будет потерян,
особенно при меньшей массе футболиста и тяжелом мяче. Игроку
необходимо учитывать скорость приближения мяча, чтобы определить, с
какой силой следует нанести удар по мячу и контролировать ситуацию на
поле.
Выводы из опытов: после удара по мячу «с разбега» футболист не может
мгновенно остановиться, продолжает двигаться в прежнем направлении
какое-то время, (шарики двигаются в одну сторону, «футболист» толкает
перед собой «мяч»). Анализ полученных результатов согласуется с
требованиями использовать в игре мяч нормированной массы. Для успешной
игры в футбол необходимо прокачивать ноги, наращивать мышечную массу
голени и бедра. Наиболее сильные удары получаются в тех случаях, когда
они наносятся по движущемуся навстречу мячу.
Масса
шарика
m
1(г)
Масса
шарика
m
3(г)
Масса
шарика
m
4 (г)
Скорость
шарика
v
1(м/с)
Скорость
шарика
u
1(м/с).
Скорость
шарика
u
3(м/с)
7
65,2
93
2,8
-1,72
0,28
-1,52
0,4
Масса
шарика
m
2(г)
Масса
шарика
m
3(г)
Масса
шарика
m
4 (г)
Скорость
шарика
v
1(м/с)
Скорость
шарика
u
2(м/с).
Скорость
шарика
u
40(м/с)
11,2
65,2
93
2,8
-1,6
0,43
-1,98
0,82
11
2.3. Зависимость дальности полета от угла.
Исследуем, от чего зависит дальность полета шарика.
Оборудование: штатив, баллистический пистолет, линейка.
Смоделируем процесс удара по мячу под разными углами. Для этой цели
закрепим пистолет и будем изменять угол наклона ствола пистолета к
горизонту, использовать для выстрела шарики разной массы. Измерим
дальность полета шарика при различных углах наклона. Если подобрать
диаметр шарика, примерно равный диаметру ствола, то направление удара
пройдет через центр тяжести шарика, удар будет центральным или как
принято говорить в футболе, прямым.
Угол выстрела α,°
Дальность полета шарика, м
15
0,69
30
1,12
45
1,5
60
1,15
75
0,72
Вывод из опыта: наибольшая дальность полета шарика при угле α=45
0
. При
меньшей массе шарика дальность полета увеличивается в каждом опыте,
наибольшая дальность так же при угле вылета α= 45
0
. Следовательно: при
необходимости выполнить длинную передачу мяча угол вылета должен быть
40—50°, результаты опыта согласуются с теоретическими утверждениями о
наибольшей дальности полета.
12
3.3.Резаный удар - это удар, направление которого проходит в стороне от
центра тяжести мяча.
13
2.4. Упругие и не упругие соударения.
Смоделируем резаный удар на другом опыте.
Оборудование: штатив, желоб, шарики различной массы
Возьмем шарики m
1
и m
4
, шарик m
1
(мяч) установим на краю лотка таким
образам, чтобы линия удара шарика m
4
(ноги футболиста) была направлена
мимо центра первого шарика. Затем будем скатывать больший шарик с
некоторой высоты, отмечая на столе траекторию шарика m
1
, измеряя
величину отклонения L
1
от линии прямолинейного полета.
Вывод из опыта: отклонение шарика m
1
от прямолинейного движения
заметно, результаты опыта подтверждают отклонение мяча при косом ударе.
14
2.5. Закон упругой деформации. Демонстрация остановки мяча.
Оборудование: штатив, желоб, шарики различной массы, пружины
различной жёсткости
Шарик скатывался по желобу с некоторой высоты, затем на горизонтальном
участке желоба сталкивался с пружиной. В ходе эксперимента
использовались пружины разной массы и жесткости. В ходе опыта пытались
пронаблюдать и замерить сжатие пружины, замерить расстояние отката
шарика и пружины после столкновения. После столкновения с тяжелой
пружиной у шарика резко уменьшалась скорость, шарик проталкивал
пружину вперед на 2см (на 3,5см более легкую пружину), отталкивался от
пружины, откатывался назад на несколько см. При использовании пружины
меньшей массы шарик проталкивал ее вперед и останавливался. В теории
футбола по остановке мяча говорится, что при приближении мяча туловище
отводится назад, совершается уступающее движение туловища.
Определяем жесткость пружин:
F
тяжести
=m×g ; F
упр.
=k×∆x Силы равны получаем
формулу для жесткости: k= m×g/∆x
Для 1пружины m=2кг ; ∆x=7см ; k=280Н/м.
Для 2 пружины m=0.2кг; ∆x=2.5см; k=78.4Н/м.
Рассчитаем скорость и деформацию пружин при взаимодействии с шариком.
Из закона сохранения энергии k×∆x
2
/2=m×v
2
/2 получаем формулу для
деформации:
∆x=v
k
m
v
15
Для 1 пружины: k=280Н/м; m=93г=0,093. ; v=2,4м/с ;
∆ x=0,044м.
Для 2 пружины: k=78,4Н/м; m=93г=0,093кг; v=2,4м/с ;
∆ x=0,083м.
Вывод из практической части работы: в процессе подготовки и проведении
опытов было выполнено много измерений, футбольные ситуации
смоделировать удалось. В опытах проводились измерения; есть фотографии
выполнения части опытов. На опытах подтвердились многие теоретические
утверждения по постановки ударов по мячу.
16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Нужна ли физика футболисту? Нужно ли учитывать физические законы
и правила при постановки удара по мячу? Выводы из опытов убеждают, что
это необходимо. Эксперименты по изучению дальности полета шарика в
зависимости от угла наклона ствола пистолета показали, что наибольшая
дальность полета шарика достигается при угле 45
0
, этот вывод многократно
подтвердился на тренировках. Выполняя упражнения для совершенствования
силы и точности ударов, на тренировках футболист должен попасть мячом в
определенную цель, отрабатывать навык поднятия мяча на определенный
угол, в футбольной практике дальность полета мяча наиболее актуальна. В
дальнейших исследованиях можно рассчитать высоту подъема шарика в
зависимости от угла вылета. На тренировках футболисты учатся выполнять
отдельные приемы и их сочетания, уровень технической подготовки игроков
определяется той легкостью, непринужденностью, быстротой и точностью, с
которой игроки выполняют всевозможные приемы в игре. Нередко исход
матча может быть решен грубой технической ошибкой или, наоборот,
точным завершающим ударом по воротам соперника. В современной игре, по
какому бы тактическому плану не играли команды, техническое мастерство
чрезвычайно необходимо, понимание существа приема, учет теоретических
обоснований ускоряет процесс его освоения и во многих случаях позволяет
избежать различных ошибок.[8].Техническое мастерство совершенствуется
тренировками, теоретические обоснования изложены в учебниках по физике.
Поэтому знание законов механики (физики) футболисту необходимо. В ходе
исследования было проделано много опытов, совершенствовались навыки
физического эксперимента, это пригодится на уроках, приобретенные знания
будут применяться при игре в футбол.
17
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: