Спорт глазами физика.

Введение.

Актуальность. Все мы не раз слышали высказывание о том, что спорт – это жизнь. И это действительно так. Ведь физические нагрузки необходимы для полноценного развития и здоровья 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. Ученики, которые имеют представление о физических законах и закономерностях, смогут реально применить полученные знания на практике для повышения своих спортивных достижений. Ведь спорт немыслим без стремления к абсолютным достижениям, которые являются эталоном оценки резервных возможностей, как отдельного человека, так и сообщества людей в целом. Поэтому спорт без науки а, в частности, без физики невозможен. Учет вышеизложенных фактов определил тему моего проекта «Спорт глазами физика»!

Цель проекта: показать, как знание законов физики помогает добиться успехов в спортивных играх и упражнениях.

Задачи:

1.Изучить литературу о взаимосвязи физики и спорта;

2.Систематизировать изученный материал;

3.Изучить физические законы и закономерности, которые можно применить в различных видах спорта для улучшения спортивных результатов;

4.Сформулировать рекомендации для учащихся по улучшению основных физических показателей.

5. Создать буклет.

6. Подготовить презентацию.

Объект: законы и закономерности физики.

Предмет: влияние законов и закономерностей физики на спортивные результаты.

Гипотеза: законы физики помогают улучшить спортивные результаты.

В процессе работы я использовал следующие методы исследования:
1.теоретические (моделирование, проведение аналогий, сравнительного анализа, обобщение)

2. эмпирические (проведение эксперимента).

3. математические (метод визуализации данных)

Практическое назначение данного проекта заключается в возможности использования его результатов на уроках физики и физической культуры для формирования у учащихся межпредметных связей, повышения интереса школьников к учению в школе.

Основная часть.

Физика – это наука о природе, область естествознания: наука о простейших и, вместе с тем, наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении. Физическая культура – это сфера социальной деятельности, направленная на сохранение и укрепление здоровья, развитие психофизических способностей человека в процессе осознанной двигательной активности. На первый взгляд, что общего между спортом и наукой? Однако если хорошо подумать, мы поймем - спорт без физики бессилен. Ведь чтобы правильно бегать, высоко и далеко прыгать, хорошо метать, научиться плавать, нужно знать и использовать законы физики. Изучив литературу по теме проекта, я нашел много общего между физикой и физической культурой. Например:

1. во всех видах спорта для достижения лучших результатов необходимо учитывать траекторию движения спортсмена, его тела или используемого снаряда;

2.технику удара, паса, движения спортсмена можно улучшить, если хорошо знать законы прямолинейного и криволинейного движения, законы Ньютона, законы сохранения импульса и энергии, а также законы термодинамики;

3.законы аэродинамики позволяют усовершенствовать одежду спортсмена и увеличить скорость движения;

4.законы равновесия тел помогают спортсменам разрабатывать технику движения.

Таким образом, если правильно использовать знания законов физики, то можно улучшить свои спортивные результаты. А физкультура поможет сохранить здоровье, воспитать выносливость и волю к достижению поставленной цели.

Рассмотрим, как физические законы и закономерности проявляются во время спортивных игр, таких как футбол и баскетбол. Для начала перечислим наиболее важные действия игроков: бег, прыжки, бросок, ловля, передача. Бег. Это главное средство передвижения в игре. Скорость бега может нарастать благодаря мышечным усилиям. Во время бега на игрока действуют также сила трения, сила тяжести, сила сопротивления воздуха.

Прыжки. Для прыжка игрок своими мускулами создает такую силу, которая позволяет ему подпрыгнуть, оторваться от пола, преодолев силу тяготения.

Бросок, передача. При броске и передаче мяча игрок должен оценить силу, приложенную к мячу.

Ловля мяча. В момент, когда ловят мяч, происходит удар, передача энергии и импульса. Энергия летящего мяча передается рукам.

В баскетболе особое внимание уделяют технике передвижения и технике владения мячом. Эти две структуры (кинетическая и динамическая) полностью опираются на законы физики. Кинетическая структура связана с движением игрока в пространстве и времени. В этой спортивной игре следует учитывать скорость и траекторию движения игрока. Динамическая структура связана с бросками мяча: как игрок это делает — одной или двумя руками, снизу, сверху, от груди, вперед, назад, быстро или медленно. Динамическая структура обусловлена силами, создаваемыми игроком, которые действуют в момент выполнения приема передачи или броска. Игрок знает: при правильных действиях инерция позволяет увеличить скорость полета мяча; при неверных же она существенно снижает эффективность приема.

Суть игры в баскетбол — забросить мяч в кольцо. Наблюдая, я увидел, что большое количество мячей забивают не в кольцо, а в щит, стремясь попасть при этом в верхний край нарисованного там «квадрата». Так 99% всех мячей, ударившихся о верхний угол «квадрата», после отражения от щита попадет в кольцо. Таким образом, можно утверждать что «квадрат» облегчает попадание мяча. Такое действие можно объяснить на основе закона физики: угол падения равен углу отражения (при упругом ударе).

При подаче мяча в игре важным моментом оказывается угол полета по отношению к горизонту. Знания законов баллистического движения позволяют утверждать, что максимальная дальность достигается при угле вылета в 45°. Я решил проверить данное утверждение. Действительно ли максимальная дальность полета мяча достигается при угле бросания в 45°. Испытуемые ученики 11 класса, выполняли метание мяча под разным углом (приблизительно 90°, 0°, 45°).

Таблица № 1 (юноша, рост 180см)

Таблица № 2 (юноша, рост 170см)

Из таблицы № 1, №2 видно, что максимальная дальность достигается при угле 45°. Если сравнить результаты из таблицы №1 и №2, то надо отметить, что метание мяча на дальность не зависит от роста и длины конечностей спортсмена. На первый взгляд кажется, что чем выше легкоатлет, и чем длиннее у него руки, тем дальше полетит мяч. На практике же мы сталкиваемся с тем, что рост влияет только на высоту точки вылета, но при правильном броске эта характеристика существенно не повлияет на конечный результат. Таким образом, мы подтвердили, что максимальная дальность броска достигается при угле бросания в 45°.

В каждой игре спортсмены пытаются попасть в цель. Однако очень часто мяч после их ударов летит мимо. Выясним, как зависит дальность полета мяча от силы удара. А что значит удар? 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. Это происходит чаще всего потому, что игроки при выполнении ударов не попадают в нужную точку мяча. 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.

Таблица№3

​​​​​​​ Из таблицы №3 можно увидеть, что дальность полета мяча зависит от силы удара.

На уроках физической культуры я провел исследование зависимости высоты отскока мяча от температуры окружающей среды. Я опускал мяч с высоты 1,5 м, он отскакивал, я измерял высоту отскока. Затем я менял температурный режим. Мяч выносил в коридор, на улицу.

Анализируя результаты эксперимента, я увидел, что с понижением температуры, высота отскока уменьшалась. Это связано с тем, что температура воздуха внутри мяча понижается, поэтому скорость молекул уменьшается, что приводит к уменьшению числа соударений их со стенками мяча, тем самым давление в мяче уменьшается. В помещение, где выполняются спортивные, силовые и аэробные тренировки температура не должна быть ниже 16-18°С.

Много профессиональных команд играет в футбол, «гоняют» мяч во дворах, на школьных площадках, в спортзалах. На первый взгляд это простая игра, целью которой является забить мяч в ворота соперника. На самом деле, футболисту нужно владеть большим числом навыков. Постановка удара по мячу – один из них. 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. 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. 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.

Истинные болельщики наверняка помнят штрафной удар бразильца Роберто Карлоса на турнире во Франции летом 1997 года. Мяч был установлен примерно в 30 м от ворот соперников, ближе к правому краю поля. После удара Карлоса мяч полетел далеко в правую сторону, облетел «стенку» в метре от нее. После этого чудесным образом мяч повернул влево и влетел в правый угол ворот – к изумлению игроков, вратаря и представителей СМИ.

Как объяснить этот трюк с точки зрения физики? Карлос ударил по мячу внешней стороной левой ноги, чтобы придать мячу вращение против часовой стрелки. Поле было сухим, поэтому скорость вращения оказалась большой, возможно, более 10 оборотов в секунду. Сильный удар внешней стороной ноги позволил придать мячу значительную скорость - свыше 30 м/с. Поток воздуха над поверхностью мяча был турбулентным, что привело к относительно низкому уровню лобового сопротивления. Где-то через 10 м полета (т.е. недалеко от стенки соперников) скорость мяча снизилась настолько, что он перешел в ламинарный поток. Это существенно увеличило силу сопротивления, которая еще больше замедлила полет мяча и, в свою очередь, увеличила боковую силу Магнуса, «загибающую» траекторию мяча в направлении ворот.

Предположим, что скорость мяча составляет 25-30 м/с, а скорость вращения - 8-10 об/с. Тогда подъемная сила оказывается равной примерно 3,5 Н. Поскольку согласно правилам ФИФА масса мяча должна быть равной 410-450 г, его ускорение составляет 8 м/с2. А так как мяч за секунду пролетит 30 метров, то подъемная сила может заставить его отклониться на целых 4 м от обычной прямой линии – вполне достаточно, чтобы вратарю стало не по себе! Так что лучшим вратарям приходится понимать в физике гораздо больше, чем кажется, на первый взгляд!

Ещё один знаменитый удар, связанный с эффектом Магнуса, получил название «сухой лист». Исполняя его, футболист сообщает мячу вращение вокруг наклонной оси, что приводит к движению мяча по сложной траектории. Как правило, его использовали при подаче угловых, когда забить гол прямым ударом невозможно. При подаче углового «сухим листом» мяч сначала уходит вверх, перелетая игроков, и в сторону от ворот, а потом возвращается и в самом конце резко падает вниз за спину вратарю.

И напоследок один маленький парадокс. Я доказал в своей работе, что тело, брошенное под углом к горизонту, пролетит наибольшее расстояние, если угол равен 45° или близким к нему при учёте сопротивления воздуха. Однако наблюдения за футболистами показывает, что у них наибольшая дальность полёта мяча достигается при углах от 20 до 35 градусов. Неужели физика ошибается? Вовсе нет! Всё дело, оказывается, в том, что анатомия человека не позволяет ему нанести сильный удар так, чтобы мяч полетел с земли под углом 45°. Техника удара футболиста по мячу такова, что самый сильный удар, сообщающий мячу наибольшую скорость при достаточно большом угле вылета, как раз и приходится на указанный интервал углов. Несмотря на меньший угол, такая скорость обеспечивает большую дальность полёта мяча, чем слабый удар, но под углом 45°.

Таким образом, футбол и баскетбол – это игры не только атлетические, но и интеллектуальные, требующие больших знаний в области физики. Предлагаю вашему вниманию несколько советов и рекомендации любителям спортивных игр.

Наиболее часто встречающимися ошибками при ловле мяча, которые нужно обязательно исправлять или лучше не допускать, являются:

1.руки согнуты в локтях, а не выпрямлены;

2.кисти не раскрыты для соприкосновения с мячом;

3.баскетболист ловит мяч без движения к мячу и стоит на прямых ногах;

4.мяч прижимается к груди;

5.голова опущена;

Выполняя передачу двумя руками от груди, нужно помнить:

1.не следует разводить локти в стороны при замахе, они должны быть опущены;

2.движения рук и ног должны быть согласованы.

3.разгибать колени нужно активно, мяч кистями выпускать хлестко;

4.ловлю мяча и последующую передачу нужно делать слитно, без паузы, без лишних движений.

5. ловя тяжелый мяч, притягивают руки к себе, прокатывают его по рукам от пальцев до груди;

6. ловя мяч, расслабляйте руки и слегка сдвигайтесь назад вместе с мячом

Техника нанесения удара по мячу.

1. Еще до удара вы должны представлять, какая нога у вас ударная.

2. Встать в нескольких метрах позади мяча и примерно на метр вбок от него, чтобы разбежаться.

3.В момент перед ударом опорную ногу вам необходимо поставить таким образом, чтобы она оказалась немного сбоку от мяча. А в это время ваша бьющая нога замахивается назад, попутно сгибаясь в колене.

4.Затем она резко вылетает вперед, теперь уже разгибаясь обратно.

5.Мяч при этом должен оказаться ровно впереди вашей ступни.

6.При этом, если вы бьете правой ногой, левую руку нужно выставить вбок и слегка назад для поддержания равновесия.

Рекомендации юным спортсменам.

1.При беге на дистанции 100 метров и 200 метров используй максимальную скорость.

2.При беге на дистанцию более 300 метров скорость распределяй равномерно, чтобы не наступило кислородное голодание.

3.Чем длиннее дистанция, тем меньше должна быть скорость, чтобы кислорода хватило на весь забег.

4.При прыжках в длину скорость разбега должна быть максимальной и максимальной - мощность отталкивания.

5.Длина разбега не должна быть меньше 36 метров и больше 46 метров.

6.Центр тяжести при вертикальном положении находится на уровне второго крестцового позвонка.

7.Условия равновесия учитывай при выполнении спортивных упражнений (чем ниже центр тяжести или шире площадь опоры, тем устойчивее тело).

8.Во время бега держи туловище прямо, иначе тебя опрокинет (силы отталкивания проходят через центр тяжести)

9.Приземляясь после прыжка - сгибай колени, чтобы уменьшить напряжение в голени.

10.Расслабляй мышцы при ловле мяча и подайся назад вместе с ним – это уменьшит силу удара и предотвратит неудачу.

11.Нервное напряжение перед выполнением упражнения напрягает мышцы, мускулы и делают жесткими руки и все тело. Не допускай этого.

12.При прыжках в высоту важна скорость разбега, а не длина разбега.

Заключение.

Каждый из нас знает, какое важное место занимает в жизни человека спорт. Но на пути к хорошему результату стоят преграды тех или иных физических явлений и закономерностей. Физика помогает достичь высоких результатов, а так же она облегчает физические нагрузки на организм, тем самым экономя время, усилия и здоровье спортсмена.

Занимайтесь спортом и хорошо учитесь в школе, и тогда про вас обязательно скажут - он талантливый человек! Желаю всем успехов и здоровья!

Библиография.

1. https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434142/Prichudlivyy_polyot_myacha

2. https://www.sovsport.ru/articles/812082-kak-pravilno-bit-po-mjachu-v-futbole

3. https://studopedia.ru/8_77952_vrashchenie-myacha.html

4.https://nsportal.ru/detskiy-sad/fizkultura/2014/11/21/lovlya-i-peredacha-myacha-sekrety-obucheniya

5.http://dmee.ru/docs/100/index-27813.html