|
Футбол глазами физика
Футбол —. одна из наиболее популярных спортивных игр на нашей планете.
Среди ученых больше других увлекались этой игрой физики. Достаточно упомянуть
таких корифеев науки, как англичане Ф. Астон и Э. Резерфорд, датчанин Н. Бор (в
свое время он был даже запасным вратарем сборной Дании по футболу) и француз Ф.
Жолио-Кюри. Все они - нобелевские лауреаты.
Почему среди ученых футбол больше всего привлекал внимание именно физиков?
Прежде всего потому, что для этой игры нужно иметь высокую быстроту реакции и.
мышления, К тому же футбол представляет собой яркую и многовариантную
демонстрацию такого распространенного в природе явления как удар, законы
которого объясняет физика.
С развитием общества спортивные игры совершенствуются, в том числе и за счет
лучшего использования возможностей человеческого организма. Резерв развития
футбола - использование в игровых ситуациях достижений
биофизики и других
естественных наук. Рассмотрим имеющиеся для этого предпосылки.
Человеческий организм располагает 639 различными мускулами. Учитывая
возможности перемещения корпуса тела, головы и конечностей, человек с помощью
мускулов мог бы совершить 107 различных движений, т. е. имел бы, как говорят,
107 степеней свободы движения. Однако реализовать одновременно все степени
свободы нельзя; космонавт, например, в условиях невесомости и без скафандра
может распорядиться 39 степенями свободы, в то время как в скафандре -лишь 36.
От числа степеней свободы, которые человек может реализовать, зависит ловкость,
с которой он управляет своим телом.
Тренируясь с целью овладения большим количеством степеней свободы движения,
футболист приобретает техническое преимущество над менее подготовленным
противником.
Поскольку, в мускулах человека происходит прямое преобразование химической
энергии в механическую (без стадии превращения химической энергии в тепло - этот
процесс протекает в желудке), мускулы имеют высокий КПД — порядка 80-90 %, что
значительно выше КПД тепловых машин. Но КПД всего организма
составляет лишь 20 %, поскольку его величину снижают малоэффективные процессы в
желудке. Если же человек повысит до максимального предела целесообразность,
четкость и быстроту движений (это хорошо делают животные-хищники при нападении
на жертву), КПД может быть поднят до 25 % Отметим, что при высокой четкости и
быстроте движений человек в течение нескольких секунд может развивать с
помощью мускулов мощность, превышающую среднюю мощность лошади, однако при
длительной работе мускулы устают и уменьшают отдачу. В итоге за полный рабочий
день мощность человека может составить примерно лишь 1/12 лошадиной силы. Ясно,
что футболисты должны учитывать в игре эти возможности человеческого организма.
Для совершенствования техники обращения игроков с мячом, повышения силы и
точности удара применяется скоростная киносъемка процесса взаимодействия
футболиста и мяча; она выявляет такие его фазы, которые не фиксирует глаз,
но которые могут оказаться полезными, чтобы сделать это взаимодействие более
эффективным, например для успешного выполнения такого сложного удара, как "сухой
лист" (навесной удар с вращением мяча и с искривлением траектории его движения в
горизонтальной или вертикальной
плоскости в результате вращения).
Особо следует сказать о важности быстроты реакции в футболе. В первую очередь
это относится к игре вратаря. Оценить быстроту его реакции можно, зная, что для
людей и многих животных верхним пределом быстроты реагирования служит время,
необходимое нервной клетке для приема информации, которое составляет 0,01 с;
когда объект зафиксирован глазом, мозг распознает его за время " 0,05 с.
Известно также, что один из главных биоритмов мозга (а-ритм) приходится на
диапазон частот 8-13 Гц/или среднюю частоту ~ 10 Гц, которой соответствует
период, равный 0,1 с; он характеризует бодрствование мозга -такое его состояние,
когда он еще не вступил в работу, но полностью к ней подготовлен. Таким образом,
быстрота
реакции вратаря может находиться в пределах 0,1-0,05 с. А поскольку мигание глаз
осуществляется с частотой 0,2—0,5 Гц (это медленный процесс в сравнении с
быстротой реакции нервных клеток), вратарь не
должен мигать при пробивании ему пенальти.
И еще: обычно, чем талантливее человек, тем быстрее он мыслит; это качество
важно и в футболе: от быстроты реализации возникшей у футболистов в ходе игры
идеи нередко зависит исход состязания. Быстрота игрового мышления участников
футбольной встречи - одно из важных условий успешного ее развития и завершения.
Таким образом, футбол - игра не только атлетическая, но и
интеллектуальная.
В. И. АРАБАДЖИ (г. Нижний Новгород)
Источник. ж. Физика в школе. 5,94. с.40