Физика в физической культуре

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Физика в физической культуре

Дрягин С.Р. 1
1МАОУ «Лицей 67 г. Челябинска»
Ватутина Е.А. 1
1МАОУ «Лицей 67 г. Челябинска»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Несомненным является факт важности занятий физической культурой для поддержания здорового образа жизни. Увлеченность физической культурой приводит людей в спорт, где целью являются еще и личные достижения. И для здоровья, и для спортивных побед важна техника исполнения упражнений, движений. Тренера, учителя по физической культуре обладают знаниями и навыками безопасных и продуктивных техник, ведь в противном случае можно не только не достичь результатов, но еще и навредить здоровью человека. Здесь на помощь приходит физика – наука о общих законах природы, о материи, её структуре, движении и правилах трансформации (Википедия). Казалось бы, какая связь может существовать между физикой и физической культурой? При этом в мире всё закономерно. Тесные связи образуются между разными дисциплинарными областями, не только пересекаясь, но и образуя одну общую неразрывную цепочку, где несколько компонентов являются неотъемлемой частью целого.

Если быть внимательным, то можно сразу заменить общность корней у обоих терминов: физики и физкультуры. На первый взгляд, что общего между спортом и наукой? Однако если хорошо подумать, мы поймем - физкультура без физики бессильна. Ведь чтобы правильно бегать, высоко и далеко прыгать, хорошо метать, научиться плавать, нужно знать и использовать законы физики.

Если понимать, как связаны две эти науки, то результаты как в профилактике и поддержании здоровья, так и в спортивных достижениях будут выше. Известно,что высококлассные тренера анализируют каждое движение, отрабатывают и совершенствуют техники для достижения лучших результатов. Профессиональные спортсмены используют знания физики, чтобы эффективно расходовать энергию и улучшать выносливость, а человек, который имеет представление о физических законах и закономерностях, может применить полученные знания на практике для повышения своих спортивных достижений.

Актуальность темы физической культуры и здоровья людей на планете всегда была, есть и будет обоснованной, ведь от этого зависит качество жизни каждого человека, возможностей его развития и самосовершенствования. И чтобы этого достичь, мы каждый раз исследуем, ищем новые возможности, открываем перспективы. И в этот раз нам поможет физика.

Каждый из нас знает, какое важное место занимает в жизни человека физическая культура. На пути к хорошему результату стоят преграды тех или иных физических явлений и закономерностей.

Физика помогает достичь высоких результатов, а также она облегчает физические нагрузки на организм, тем самым экономя время, усилия и здоровье учащегося.

Почему я заинтересовался этим вопросом? Являясь учеником 4 класса, я познаю научный мир, исследую его. А также я увлекаюсь профессионально футболом. И передо мной открылась увлекательная возможность объединить науку и спорт, доказать, что спортсмены могут быть юными исследователями и учеными, а маленькие первооткрыватели могут использовать теоретические знания для профилактики и поддержания здоровья, объединить учебу и увлечения, достичь высоких результатов в спорте.

Цель: показать, как знания физики помогают улучшить результаты спортсменов в выполнении физических упражнений.

Задачи:

  1. Изучить понятия по теме исследования;

  2. Рассмотреть законы физики, используемые в физкультуре и отдельных видах спорта;

  3. Рассмотреть применение законов физики в технике выполнения физических упражнений в футболе;

  4. Разработать комплекс физических упражнений для улучшения спортивных результатов;

  5. Создать видеофильм на основе опытов по физике, используемых в разработке техники выполнения физических упражнений.

Проектный продукт – буклет с подборкой физических упражнений и техникой их выполнения для достижения спортивных результатов. Видеофильм на основе опытов по физике, используемых в разработке техники выполнения физических упражнений.

Гипотеза: физическая культура и различные виды спорта опираются на законы физики, умение их применять может улучшить технику и результативность спортивных достижений.

  1. Глава 1.1 Понятия «физика» и «физическая культура», история зарождения дисциплин.

“Каждое тело продолжает находиться в состоянии покоя или в равномерном движении по прямой, пока сила не заставит его изменить свое состояние покоя или движения”

/Первый закон движения Ньютона/

Изменение движения пропорционально приложенной силе и происходит по прямой линии, на которую действует сила”

/Второй закон движения Ньютона/

Физика и физкультура – это понятия, имеющие общий корень, где в переводе с греческого «физио» означает природа или имеющий отношение к природе.

Действительно, физика изучает материальный мир, природные явления, открывает законы, которым эти явления подчиняются. Главная задача физики - познать законы природы, свойства различных веществ и поставить их на службу человеку.

В свою очередь физическая культура – это наука о природе человека, его возможностях в сохранении и поддержании здоровья в организованной подвижной активности.

Связь этих двух дисциплин и по происхождению понятий, и по направленности содержания очевидна, не смотря на то, что многие даже не задумываются о существующей схожести и не предполагают её наличия.

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. Если хорошо подумать, мы поймем, что физическая культура и спорт без физики бессильны. Чтобы быстро 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. 

Физика как наука зародилась очень давно. Попытки объяснить явления природы были в Китае, в Древней Греции и Индии. Первоначально физикой занимались философы, богословы, астрономы, мореплаватели, врачи. В IV веке до н.э. Аристотель ввел понятие «физика» (от греческого слова «фюзис» - природа) (5). В русском языке слово «физика» появилось в XVIII веке, благодаря Михаилу Васильевичу Ломоносову, ученому-энциклопедисту, основоположнику отечественной науки, философу-материалисту, поэту, заложившему основы современного русского языка, выдающемуся деятелю просвещения, который сделал перевод с немецкого первого учебника по физике. Именно тогда в России и стали серьезно заниматься этой наукой.

А что же такое физкультура? Это занятия физическими упражнениями для укрепления здоровья и улучшения физического развития.

Физическая активность всегда была основой ежедневной деятельности человека. Если древние люди ничего не знали о физической культуре, они все равно много двигались, разминали плечи, совершали повороты головы после пробуждения, перед охотой. Хоть и теоретически они не могли обосновать своих действий, они обращались к своей природе, используя возможности тела для достижения ежедневных результатов в выполнении дел.

С древнейших времён, когда люди жили в пещерах, им приходилось охотиться на  диких животных, чтобы не погибнуть от голода. Поймать зверя мог только очень  сильный и ловкий человек, умеющий быстро бегать, далеко прыгать, лазать по деревьям, плавать, бросать камни, метать копья. Постепенно люди стали замечать, что результат тех или иных движений зависит от определённых приёмов. Например, палка или камень летит дальше, если перед броском сделать замах. Человек будет бежать быстрее, если немного наклонит туловище вперёд; прыгнет дальше, если разбежится, и т. д. Подметив эти приёмы, люди начали их использовать во время охоты и в труде. Этому они учили и своих детей. Так постепенно накапливались элементы культуры движений, которые в дальнейшем составили важную часть физической культуры и спорта.

В дальнейшем понятие «физическая культура» стало включать в себя охрану здоровья, режимы питания, сна и отдыха, личную и общественную гигиену, использование естественных природных факторов (солнца, воздуха и воды), физические упражнения и физический труд.

Так, уже в древности люди интуитивно начали применять физические законы для достижения физических показателей активности человека. Физика помогает понять основы движений, силы и энергии, которые задействуются в различных спортивных дисциплинах. Знание законов физики, таких как законы Ньютона, позволяет спортсменам улучшать свои результаты, например, оптимизируя технику прыжков или бросков. Понимание механики движений позволяет тренерам и спортсменам разрабатывать эффективные тренировочные программы, которые учитывают механические аспекты выполнения упражнений и снижают риск травм. Кроме того, в современном спорте активно используют технологические достижения, основанные на физических принципах. Таким образом, физика предоставляет теоретическую основу для понимания процессов, происходящих в спорте и физической культуре, а практическое применение этих знаний способствует достижению высоких результатов и улучшению здоровья.

    1. Законы физики в физической культуре В физике много явлений, наиболее проявляющиеся в физической культуре – это механические явления (5). Так, например, при метании мяча важным моментом оказывается угол полета по отношению к горизонту. Знания элементарной геометрии и законов физики позволяют утверждать, что максимальная дальность достигается при угле вылета в 45° (1). 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 или граната. 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.

В лыжном спорте всё зависит от площади опоры. Человек во время ходьбы опирается на обувь, и вся его тяжесть вдавливает в снег узкие подошвы. А лыжник надавливает на большую, длинную лыжу. Его тяжесть распределяется на снег по всей поверхности лыжи (2). Потому снег и выдерживает тяжесть лыжника. Если подсчитать, с какой силой давят на снег пешеход и лыжник, то окажется, что первый давит на снег сильнее второго. Для того, чтобы меньше проваливаться в снег, нужно выбирать лыжи с большей площадью, но при этом учитывая массу тела.

На уроках физической культуры мы заметили, что баскетбольный мяч во время ведения отскакивает с разной высотой, особенно когда становиться прохладно. 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 помещении, где выполняются спортивные, силовые и аэробные тренировки температура не должна быть ниже 16-18°С.

Инерция – явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел. Это явление необходимо учитывать при прыжках. При разбеге у человека уже есть скорость, а при прыжке с места скорости нет. Прыжок с разбега увеличивается. Для высокого результата прыжка важен хороший разбег.

Физика в футболе: наблюдения и опыты показывают, что скорость тела сама по себе измениться не может. Футбольный мяч лежит на поле (1). Ударом ноги футболист приводит его в движение. Но сам мяч не изменит свою скорость и не начнёт двигаться, пока на него не подействует другие тела. Футбольный мяч, катящийся по земле, останавливается из-за трения о землю. Под действием другого тела происходит также изменение направления скорости. При игре в футбол действует явление инерции. Явление, сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией. Чем меньше действие другого тела на мяч, тем дольше сохраняется скорость его движения и тем ближе оно к равномерному. В учебнике физики (7 класс) А.В. Пёрышкина об инерции говорится в §18. В 1997 году на матче Франции и Бразилии молодой бразильский футболист Роберто Карлос готовился к штрафному удару с 45 метров. Так как ворота защищала стенка, Карлос попытался осуществить, казалось бы, невозможный удар. Мяч пролетел в стороне от стенки, повернул влево и влетел в ворота. Как же получился этот удар? Футболист придал направление мячу, но какая сила заставила мяч повернуться и влететь в ворота. Дело во вращении мяча. Карлос ударил по мячу в правом нижнем углу, из-за чего он взлетел вверх и вправо, вращаясь вокруг своей оси (2). Сначала мяч двигался как будто по прямой траектории. Перепад давления воздушных потоков заставил траекторию мяча повернуть влево. Так и произошёл один из самых великолепных голов в истории футбола.

Физика в хоккее: силовые приёмы – составная значимая часть хоккея. Они направлены на отбор шайбы у соперника. В результате силовых приёмов игроки сталкиваются друг с другом и отскакивают в стороны в результате контакта. Спортсмен прикладывает силу своего тела к другому игроку и заставляет соперника двигаться в направлении приложенной силы. Когда игрок ударяется о бортик, он отлетает о него обратно. Иногда игроки сталкиваются на льду на большой скорости и разлетаются в противоположные стороны. За счёт специальной техники выполнения броска хоккеисты используют силу упругой деформации клюшки для придания шайбе дополнительного ускорения. Здесь действует закон Гука (об упругой деформации). Сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходной положение, называется силой упругости. Изменение длины тела при растяжении (или сжатии) прямо пропорционально модулю силы упругости. В учебнике физики (7класс) А.В. Пёрышкина закон Гука рассматривается в §26. Победу в хоккее легко завоевать, если на службе у игроков и тренеров стоит знание законов физики и наиболее правильное использование этих законов.

Физика в баскетболе: Бег – это главное средство передвижение игроков в баскетболе. Во время бега на игрока действуют сила трения и сила тяжести. В учебнике физики (7 класс) А.В. Пёрышкина сила трения рассматривается в §32, а сила тяжести в §25. При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называют трением (4). А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения. При прыжке игрок мускулами создаёт такую «силу выталкивания», которая позволяет ему подпрыгнуть и преодолеть силу тяготения. Притяжение всех тел Вселенной друг к другу называется всемирным тяготением. Английский учёный Исаак Ньютон первым установил закон всемирного тяготения.

Самбо. На механическом явлении основаны тактики айкидо, элементы которого широко применяются в рукопашном бою. Приведём примеры: при нападении противника можно не только увернуться, но и использовать против него его же энергию. Например, он нападает на Вас спереди. Вы уворачиваетесь и при этом сообщаете ему дополнительную скорость ударом или толчком в том же направлении, в котором он двигался. Происходит сложение скоростей, при котором противник остаётся в проигрыше.При нападении спереди данное явление можно использовать при выполнении бросков через себя (через плечо, спину или голову).

Изучив литературу по теме проекта, я нашел много общего между физикой и физической культурой. Например: во всех видах спорта для достижения лучших результатов необходимо учитывать траекторию движения спортсмена, его тела или используемого снаряда; 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; законы аэродинамики позволяют усовершенствовать одежду спортсмена и увеличить скорость движения; законы равновесия тел помогают спортсменам разрабатывать технику движения.

Таким образом, мы наблюдаем неразрывную связь двух дисциплин: физики и физической культуры.

Глава 2 2.1. Комплекс упражнений для улучшения спортивных результатов, разработанных с учетом физических законов

Изучив важность применения физических законов при занятиях физической культурой, мною был подготовлен комплекс упражнений, положительно влияющих на процесс тренировки и её результат (4). Поскольку я являюсь фанатом футбола и тренируюсь в футбольной команде, то и эффективные техники с точки зрения применения к ним законов физики, я решил рассмотреть и составить на примере данного вида спорта, используя следующие законы.Закон инерции. Этот закон говорит о том, что тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не действует внешняя сила. В контексте футбольного матча это означает, что мяч будет оставаться на месте или двигаться в одном направлении, пока его не остановит, не изменит направление или скорость игрок, другой мяч или препятствие (например, ворота или поле).

Сила упругости. Это сила, которая возникает, когда деформированное тело возвращается в свое первоначальное состояние. В футболе важна упругость мячей, особенно при ударах. Например, когда игрок ударяет по мячу, он сжимается и затем восстанавливает свою форму, что создает силу, способствующую дальнейшему движению мяча. Также упругость происходит при столкновении мяча с поверхностью поля, что влияет на его отскок. Колебательные движения. В футболе колебательные движения могут проявляться в различных аспектах, например, при том, как мяч отскакивает от поверхности. Также полезно рассмотреть колебания при игре на газоне (например, при беге игроков или колебаниям тела при прыжках). Изучая эти механические явления, можно лучше понять физику игры, что поможет как игрокам, так и тренерам оптимизировать свою технику и тактику. Например, понимание инерции может помочь в расчетах для приема мяча, а знание о силе упругости поможет лучше оценить силу удара по мячу. А дальше был определен сам комплекс упражнений, который стал основой содержания брошюры. Каждое занятие должно начинаться с разминки и подготовки организма к предстоящей работе. Увеличивать нагрузку следует постепенно, упражнения должны воздействовать на основные группы мышц рук, ног, туловища. Начинают занятия с упражнений требующих точности движений, повышенной скорости, ловкости и лишь затем приступают к упражнениям, которые требуют максимальной силы и выносливости. 1 упражнение – растяжка. В данном упражнении работает физический закон - сила упругости (3). Данное упражнение позволяет мышцам и связкам приобрести гибкость и эластичность,сохраняет подвижность суставов, увеличивает силу мышц, ускоряет приток крови к мышцам, улучшая обменные процессы в клетках, убирая отечность, снижает риски травм и развития заболеваний суставов.

Важно соблюдать некоторые правила безопасности при растяжке:

  1. Не следует слишком сильно растягивать мышцы до боли. Растяжение должно быть комфортным и постепенным.

  1. Не спешите. Уделите достаточное время каждому упражнению, чтобы мышцы могли полностью расслабиться и растянуться.

  1. Избегайте резких и сильных движений во время растяжки. Постепенные и контролируемые движения наиболее безопасны и эффективны.

2 упражнение: равновесие (планка). В данном упражнении работает физический закон равновесия (3).  Туловище должно представлять собой прямую линию, без прогибов.

  • стопы на ширине плеч;

  • локти строго под плечевым суставом;

  • взгляд вниз – на пальцы рук, а шея прямая;

  • живот втянут, а поясница не прогибается;

  • держим в напряжении ноги, руки и мышцы пресса.

Выполнение планки положительно сказывается на всем организме, но особенно благотворно влияет:

  • на спину — осанка становится правильной, а живот подтянутым. Уходят боли, особенно при остеохондрозе, и снижается вероятность получения травм, так как мышцы становятся крепкими и гибкими;

  • ноги — бедра и ягодицы становятся подтянутыми и стройными, улучшается микроциркуляция и уменьшается проявление целлюлита;

  • живот — сильный пресс служит защитным корсетом для всех органов и надежной опорой позвоночника за счет правильного распределения нагрузки.

К тому же упражнение не требует длительного времени на выполнение, заниматься можно дома и даже после еды. Оно улучшает общее самочувствие и координацию движений.

3 упражнение: повороты и вращения. В данном упражнении присутствует физический закон - Колебательное движение (3). Повороты и вращения головой - базовые движения, с которых начинается разминка учеников на уроках физической культуры. Повернув голову в одну или другую сторону, мы активизируем не только шейные мышцы, но и стимулируем работу головного мозга, что способствуют улучшению кровообращения и повышению концентрации. Когда мы поворачиваем голову, мы активируем шейные мышцы, которые обеспечивают подвижность шеи и головы. Это помогает укрепить эти мышцы, предотвращая зажимы и напряжение в шее. Повороты головы также способствуют улучшению гибкости позвоночника, что очень важно для поддержания правильной осанки.

4 упражнение: бег (по прямой, с поворотом, змейкой). В данном упражнении действует физический закон инерции (3). Бег оказывает воздействие почти на все мышцы тела, но в первую очередь на ноги. Икры, ступни, бедра – получают максимальную нагрузку. Бег укрепляет сердечную мышцу, развивает дыхательные пути и объём легких. Повышается выносливость организма, стимулирует работу печени, улучшая отток желчи, закаляет организм. А также, бег способствует очищению организма от шлаков и токсинов, которые выделяются с потом, лучшее лекарство от головных болей и бессонницы, замедляет процессы старения организма, повышает работоспособность и улучшает умственную работу, бег на длинные дистанции развивает выносливость организма, бег формирует личные качества: самоконтроль, силу воли, целеустремленность.

Разработанный комплекс упражнений был оформлен в брошюру для распространения в среде сверстников.

2.2 Создание видеофильма

В процессе работы над проектом нами был создан видеофильм, в котором можно наглядно проследить через физические опыты связь физики и физической культуры. Как мы пришли к тому, что необходимо создать фильм? Физика – это очень сложная наука и понимает её не каждый. Заинтересовать данной наукой возможно, если показать опыты, ведь это настоящее волшебство, но, конечно, объяснимое. Нами были проведены 4 опыта на разные физические законы:

  1. Закон инерции. Опыт «Сбей фишку». Вывод: чем выше скорость направления движения, тем выше значение силы инерции.

  2. Сила упругости «Туда-сюда»; Вывод: благодаря своей силе упругости резинка возвращается к своей первоначальной форме.

  3. Закон равновесия «Волшебные вилки». Вывод: если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, производить какое-либо внешнее воздействие, то в системе усилится то из направлений процесса, которое ослабляет эффект этого воздействия, и положение равновесия сместится в том же направлении. 

  4. Колебательные движения «Поймай момент». Вывод: при колебательном движении тело за время, равное периоду, проходит путь, равный 4 амплитудам. При этом тело возвращается в исходную точку, то есть перемещение тела будет равно нулю. 

Физика – это очень сложная наука и понимает её не каждый. Заинтересовать данной наукой возможно, если показать опыты, ведь это настоящее волшебство, но, конечно, объяснимое. В видеофильме можно наглядно проследить через физические опыты связь физики и физической культуры. Таким образом, показав фильм своим знакомым, они пришли в восторг, с большим интересом смотрели видео фильм и вернувшись домой повторили опыты. А некоторые дети ещё и начали смотреть фильмы и мультфильмы для младшего школьного возраста, где идёт подробное изучение физики.

Заключение

Физика и физическая культура, а для тех, кто готов к достижениям и соревнованиям, еще и спорт, - неотъемлемые части друг друга. Чтобы научиться бегать, прыгать, плавать используют законы физики. Для меня было открытием, что применение законов физики поможет мне улучшить достижения в спорте. Я поделился с одноклассникам информацией о том, что знание физических законов играет большую роль в совершенствовании спортивных результатов. Мы пришли к выводу, что необходимо умело использовать законы физики и достижения физической науки спортсменам и любителям ЗОЖ как для высокого показания результатов, так и для собственной безопасности. Со всеми желающими я поделюсь комплексом упражнений, который мы составили, а также оставлю ссылку на видеофильм, в котором законы физики наглядно демонстрируют их связь с физической активностью человека.

Закончив работу, мы пришли к выводу, что она выполнена в полном объёме, задачи решены, цель достигнута. Умения, полученные в процессе работы, несомненно, пригодятся мне в дальнейшей учебной и спортивной деятельности.

Использованная литература:

  1. Гришин В.Г. Игры с мячом и ракеткой. - М.: Просвещение, 2019.

  2. Занимательная физика:/ Сост. П.Е. Медведев. - Минск: Гос. учеб.-педагог. изд. М-во. просвещения БССР, 2017.

  3. Майоров А.Н. Физика для любознательных, или о чем не узнаешь на уроке . - Ярославль: Академия развития; Академия, К, 2019.

  4. Ланина И.Я. Не уроком единым.: развитие интереса к физике/ Ланина И.Я. - М.: Просвещение, 2021.

  5. Ливанов Д.А. Спорт глазами физика. - МЦНМО, 2023.

  6. Физика в физической культуре – М.: Просвещение, 2021.

  7. Эссе по философии на тему «Связь Между Спортом и Физикой».

  8. https://rosuchebnik.ru/material/fizika-v-sporte-7484/

  9. https://www.ngpedia.ru/id28619p1.html

  10. https://pandia.ru/text/80/575/15486.php

Просмотров работы: 45