В работе дается описание устройства для измерения отскока мячей, применяемых в различных видах спорта. Сравнительный анализ устройства и других методов определения отскока мячей. Приводятся примеры конкретного применения устройства как для исследования спортивного инвентаря, так и применения его в соревновательной деятельности.
Ключевые слова: отскок мяча, мини-гольф, футбол, настольный теннис.
The paper describes a device for measuring the bounce of balls used in various sports. Comparative analysis of the device and other methods for determining the bounce of balls. Examples of specific applications of the device are given both for the study of sports equipment and its application in competitive activities.
Keywords: ball bounce, mini Golf, soccer, table tennis.
Для прохождения дорожки в мини-гольфе с одного удара необходимо выбрать мяч с определенными характеристиками. Основные характеристики мяча для мини-гольфа — это отскок, диаметр, жесткость, масса, покрытие поверхности мяча. Отскок по правилам должен быть от 0 до 85 сантиметров при падении мяча с высоты 1 метр на гладкую бетонную поверхность. Диаметр от 38 до 43 мм, масса не оговаривается. Жесткость может равняться 100 и быть менее 30. Поверхность может быть покрыта лаком, морщинистым лаком, а может быть без покрытия. Существует более десяти тысяч мячей с разным сочетанием свойств. Большинство мячей изготавливаются из резины, отскок которой очень зависит от температуры (таблица 1, рис. 1).
Таблица 1
Зависимость жесткости иотскока мяча 3D 153 от температуры
|
Температура (C°) |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
|
Жесткость (Шор) |
53 |
51,5 |
48,5 |
49 |
48 |
47,5 |
|
Отскок (см) |
1,5 |
1 |
3,5 |
9 |
20 |
31,5 |
Рис. 1. Зависимость отскока мяча 3D 153 от температуры [1].
Из таблицы видно, что изменение температуры у мяча 3D 153 в диапазоне от 25 до 35 градусов отскок меняется более чем на 21 см. Экспериментально установлено, что для прохождения дорожки «молния» на одном из этернитовых полей с одного удара, отскок должен быть от 4 до 4,6 мм. Если отскок будет меньше указанного минимума, то мяч после отскока от дальнего борта не докатится до лунки, а если он будет более 4,6 см, то мяч пройдя по самому краю лунки покатится дальше. На крупных соревнованиях по мини-гольфу таких как Чемпионаты Мира, Европы, Первенства Мира и Европы мячи для спортсменов перед ударом готовит тренер. Подготовить оптимальный отскок мяча большое искусство. Тренеры полагаются на свои ощущения и опыт, который приобретают десятилетиями. Тренеры, обычно поднимают руку с мячом вверх и бросают его на твердое покрытие и смотрят на какую высоту он подскочил. Спортсмены располагают клюшку шафтом на опоре вертикально, приставляют к головке клюшки мяч. Мяч отпускают, и он падает на твердую поверхность. По высоте отскока и насечкам на шафте определяют высоту отскока мяча. В обоих случаях отскок определяется визуально, что весьма субъективно, а значит неточно. Определив отскок, тренер или спортсмен подгоняют его нагреванием или охлаждением к оптимальному, определенному на тренировке так же визуально.
В футболе отскок мяча определяется по методике еще менее точно. Методика измерений отскока футбольных и мини-футбольных мячей по применяемой методике заключается в следующем [2]:
С помощью шаблона высоты и мяча необходимо установить высоту верхнего упора таким образом, чтобы нижняя точка мяча находилась на высоте 2 м от уровня стальной плиты. Лаборант должен измерить высоту глаз. Для этого на эталоне должна быть шкала от 120 до 190 см. Необходимо встать на отмеченные места для ног, установить вертикально (не придерживая) шаблон высоты и по шкале считать высоту глаз по их отражению в шаблоне. Помощник лаборанта встаёт на лестницу. Лаборант встает на отмеченные места для ног в 3-х метрах от шкалы, стоит прямо. Помощник лаборанта устанавливает мяч в упор и отпускает так, чтобы не создать отклонений вертикальному падению. Помощник лаборанта ловит мяч после достижения им наивысшей точки примерно в 20 см ниже. Лаборант зрительно определяет отскок по верхней границе мяча и записывает показания, если есть сомнение в определении результата, то он не фиксируется. Измерения проводятся 14 раз. Выкидываются максимальные и минимальные значения из 14 (или меньшего количества — только нормально зафиксированных), а максимальные и минимальные из оставшихся заносятся в таблицу (Рис. 2).
Определение отскока мяча данным способом выполняется не точно, т. к. возможно внесение субъективных ошибок лаборанта, связанных с определением верхнего положения мяча, ошибка его фиксации в верхнем положении, непроизвольное перемещение рук во время считывания показаний. Метод не может быть использован в полевых условиях.
Рис. 2. Метод измерения отскока футбольных мячей
В Российском государственном университете физической культуры, спорта, молодежи и туризма, на кафедре теории и методики индивидуально-игровых и интеллектуальных видов спорта разработано устройство для определения отскока мячей как для гольфа, тенниса так и для мячей диаметром до 30 см. Футбольные, баскетбольные мячи имеют несколько меньший диаметр и их отскок может быть измерен предлагаемым устройством. Точность измерения отскока мячей 1 мм [3].
Предлагаемое устройство содержит основание 1 с установленном на нем тремя телескопическими стержнями 2 (рис.3). На верхних концах телескопических стержней 2 закреплена площадка 3. На площадке 3 установлено приспособление 4 для удержания мяча 5 (в данном случае приводится пример для определения отскока мячей для гольфа, настольного тенниса). Основание 1 может быть выполнено в виде прямоугольника (рис. 4). Внутри одной из сторон основания 1 расположены светодиоды 6 направленные на противоположную сторону основания 1, внутри которой размещены фотодиоды 7. На основании 1 расположен выключатель устройства 8 и индикатор показаний 9. Внутри основания 1 расположены блок питания с аккумулятором и электронные блоки.
Приспособление для удержания мяча 4 состоит из эластичной полусферы 10, радиус которой близок к радиусу мяча 5, соединенной с резиновой грушей 11. Для измерения основание 1 располагают на поверхности дорожки 12. По правилам Всемирной федерации спортивного мини-гольфа для определения отскока мяча высота сбрасывания равняется 1 м, поверхность должна быть ровной, и выполнена из бетона. Телескопические опоры 2 крепятся к основанию 1 в точках 13. При включении рамки от светодиодов 6 к фотодиодам 7 идет инфракрасный луч 14.
Устройство работает следующим образом: основание 1 размещается на поверхности дорожки 12. Телескопические ножки 2 закрепляются на основании 1 в точках 13 и выставляются таким образом, чтобы расстояние от поверхности дорожки 12 до нижней точки мяча 5 составляло 1 м.
Рис. 3. Общий вид устройства сбоку
Рис. 4. Основание устройства. Вид сверх и сбоку
После включения питания выключателем 8 происходит тестирование всех электронных блоков устройства, включая свето- (6) и фотодиоды (7). В случае корректной работы на экране индикаторе показаний 9 появляется соответствующее сообщение. Устройство готово к измерению. Для закрепления мяча 5 деформируется резиновая груша 11. К полусфере 10 снизу, прижимается мяч 5. Резиновую грушу 11 освобождают от деформации, и она, восстанавливая свою форму, увеличивает внутренний объем. Так как проникновению воздуха во внутреннюю полость резиновой груши 11 препятствует мяч 5, то внутри нее и полусферы 10 создается пониженное давление воздуха. Давление атмосферного воздуха, воздействуя на мяч 5, прижимает его к полусфере 10, удерживает его от падения (рис. 5 а). Деформируя резиновую грушу 11, повышается давление воздуха внутри нее. При достижении давления внутри резиновой груши 11, при котором атмосферное давление не может удерживать мяч 5, он начинает падать (рис. 6 b). Достигая поверхности, на которой находится основание 1, мяч 5 перекрывает поток инфракрасного излучения 14 от одного или нескольких светодиодов 6 к фотодиодам 7 (рис. 5 c). При отскоке вверх мяч 5 открывает инфракрасный поток 14 светодиодов 7 (рис. 5 d).
Рис. 5. Положение мяча, при котором ведется отсчет времени
Как только это происходит, начинается отсчет времени пребывания мяча 5 в воздухе. После достижения верхней точки мяч 5 начинает движение вниз (рис. 6 е). Мяч, достигая поверхности, перекрывает инфракрасный поток 14 от светодиодов 6 к фотодиодам 7, отсчет времени прекращается (рис. 5 f) и происходит его пересчет в высоту отскока мяча 5. На экране индикаторе данных 9 высвечивается значение высоты отскока. Дальнейшее движение мяча 5 (рис. 5 g) не регистрируется.
Предлагаемое устройство выгодно отличается от других устройств тем, что, имея большую площадь, на которую падает мяч, пересекая инфракрасный поток, отпадает необходимость в его выставление по уровню. Это экономит время, что, учитывая ограничение подготовки спортсмена к удару, является существенным преимуществом. Также у устройства отсутствует поверхность для отскока мяча, что при большой площади, на которую падает мяч, пересекая инфракрасный поток, сделала бы его массу настолько большой, что его можно было бы использовать только в стационарных условиях. Устройство при измерении размещается на той же самой поверхности, на которой тренеры и спортсмены проверяют отскок мяча. Для тестирования мячей большого диаметра используют только блок свето- и фото диодов отставляя их на расстояние 1 метр друг от друга. Мяч сбрасывается с высоты 2 метра.
Устройство для измерения отскока используется российскими мини-гольфистами как на соревнованиях внутри страны, так и за рубежом. В 2019 году на чемпионате Мира по мини-гольфу проходившему в Китае в городе Жоужуанг (Zhouzhuang-China) с 18 по 27 октября. Российские тренеры, применяли устройство при подготовке мячей для спортсменов. Особенности проведения турниров по мини-гольфу состоят в том, что крупные соревнования, такие как Чемпионаты и Первенства Мира и Европы проводятся на двух видах полей. Стандартное поле для мини-гольфа состоит их 18 дорожек. Чемпионат Мира 2019 года проходил на бетонном поле и поле с фетровым покрытием.
Дорожки бетонного поля гольфе имеют следующие размеры:
Длина: 12 м
Ширина: 1,25 м
Диаметр зоны лунки: 2,50 м
Общая площадь поля может колебаться: от 1400 до 2000 кв.м
Дорожки для поля с фетровым покрытием имеют следующие размеры:
Длина: 9,00–18,00 м
Ширина: 0,90 м
Диаметр зоны лунки: 1,80 или 2,40 м
Общая площадь поля может колебаться: от 700 до 1400 кв.м.
На бетонном поле необходимо было готовить мячи для семи дорожек десять мячей т. к. спортсмены могут использовать на одних и тех же дорожках разные мячи. На поле с фетровым покрытием необходимо было готовить одиннадцать мячей для восьми дорожек. Отклонения отскока от оптимального была. Как правило, не хуже трех миллиметров. В основном это происходило из-за близости флайтов в которых выступали наши спортсмены. Время, в течение которого мяч находится у играющего спортсмена, может достигать нескольких минут после первого удара. Это может произойти после ошибки, совершенной при старте. За это время мяч может существенно изменить температуру и возникает дефицит времени для подготовки мяча для второго спортсмена, который стартует первым в следующем флайте.
По окончанию соревнований все без исключения тренеры и спортсмены сборной команды России заявили об эффективности устройства и целесообразности его применения в процессе подготовки и выступления в соревнованиях. Несколько спортсменов и главный тренер одной из сильнейшей сборной команды обратились с предложением о приобретении устройства.
Проведены эксперименты, направленные на определении высоты отскока мячей для мини-гольфа известных производителей и сравнении полученных данных со справочными данными размещенные в каталогах этих производителей. В ходе эксперимента выявилось достоверное различие между высотой отскока мячей, полученных в эксперименте и данными в каталоге у мячей с высотой отскока до восьми сантиметров.
Устройство было использовано для оценки качества мячей для настольного тенниса. Определялся отскок мячей из различных партий. Результаты испытаний показали высокое качество исследуемых мячей. Отскок мячей достоверно не отличался как в одной, так и в разных партиях. Проверялось так же качество столов для настольного тенниса. Регистрировался отскок одного и того же мяча при сбрасывании с одного метра двадцать раз в разных точках стола. Достоверность среднеарифметических отклонений отскока в разных точках стола не выявлена, что говорит о их хорошем качестве.
По просьбе представителей сборной команды России по футболу проводились сравнительные исследования модели мяча, используемого в играх 2019 года и новой модели мяча для игр в 2020 году. Для тестирования футбольного мяча были удалены стороны рамки устройства, соединяющие расположенные напротив друг друга блоки свето- и фотодиодов. Блоки были размещены на расстоянии одного метра, что позволило исследовать отскок мяча большого диаметра. Мячи сбрасывались с высоты двух метров на гладкий бетонный пол. Эксперимент не показал достоверных различий высоты отскока мячей. У новой модели мяча обнаружено небольшое отличие высоты отскока в зависимости от положения ниппеля во время контакта с опорой (внизу, вверху, в стороне от вертикальной линии). (Т. к. измерялись и другие параметры мячей, результаты исследований будут изложены в следующей статье).
Выводы.
- Устройство для определения отскока мячей может быть использовано в различных видах спорта для определения характеристик спортивного инвентаря.
- Устройство может быть использовано в соревновательной деятельности мини-гольфистов.
Литература:
- http://www.3d-minigolf.at/english/haupt_frame_english.htm
- http://nlml.ru/dir.php?id=17
- https://edrid.ru/rid/219.017.52c6.html
