Способ определения координат прицеливания при бросках с отражением мяча от щита
Владельцы патента RU 2386466:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию" Росздрава (RU)
Изобретение относится к спортивному оборудованию, в частности к оборудованию для баскетбола. Математически моделируют полет мяча и его взаимодействие с плоскостью щита. Определяют плоскость мнимого щита, расположенного на расстоянии радиуса мяча параллельно основному щиту, внутрь площадки относительно которого симметрично расположены основное и мнимое баскетбольные кольца. Координаты прицеливания образуют пересечением вертикальной оси, проходящей через центр мнимого кольца перпендикулярно поверхности площадки с математически рассчитанной линией прицеливания, расположенной на лицевой плоскости щита в виде цветной ленты, координаты которой меняются при изменении координат расположения бросающего на площадке. На поверхности щита расположена математически рассчитанная линия отражения, позволяющая контролировать координаты отражения мяча от щита. Точка выпуска мяча и разборная ось прицеливания создают вертикальную плоскость движения центра мяча, при этом ось является основным зрительным ориентиром. Техническим результатом изобретения является повышение точности контролирования точки прицеливания мяча на щите. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к спортивному оборудованию, в частности к оборудованию для баскетбола.
Известен способ тренировки спортсменов баскетбольным броскам с отражением и без отражения мяча от щита с помощью устройства L-образной формы (Патент США №3825257, кл. А63В 63/08, 1974). Устройство состоит из вертикального щита и горизонтальной полки, имитирующей поражаемую цель (кольцо) и оборудованной электрической схемой оперативной информации о результатах бросков. Недостаточная площадь вертикального щита и предложенная конструкция устройства не воспроизводят стандартное баскетбольное оборудование и не позволяют качественно тренировать броски с отражением мяча от щита, особенно при расположении спортсмена под острым углом к нему.
Известен аттракцион (Патент Великобритания №1006504, кл. А63В 69/00, 1965) для бросков мяча с отражением от щита, состоящий из пульта управления, щита и площадки, оборудованной десятью указателями мест расположения бросающего и соответствующими им десятью «пятнами» отражения на щите, объединенными электрической системой регистрации и оповещения о результатах бросков. В данной игре задействована не вся поверхность щита, отсутствует прицельный прямоугольник и весь комплекс представляется очень сложным и не приспособленным для игры в баскетбол.
Известна конструкция баскетбольного щита с дугообразной верхней кромкой и прицельным ориентиром (вместо прямоугольника), выполненным в виде части кольца. Размеры щита и прицельного ориентира не обоснованы и не могут служить для качественной тренировки бросков с отражением мяча от щита (Патент РФ №2026104, кл. А63В 63/04, 1995).
Наиболее близким способом того же назначения по совокупности признаков являются два изобретения (Патент США №5695415, кл. А63В 69/00, 1997; Патент США №2004192476, кл. А63В 63/08, 2004), в которых для результативных бросков предложены координаты точек отражения мяча от щита в зависимости от координат расположения бросающего на площадке. Но изобретение (Патент США №5695415, кл. А63В 69/00, 1997) требует изготовления довольно сложного трехслойного щита для создания массива точек прицеливания, при этом массив не охватывает всю возможную поверхность стандартного щита. А в изобретении (Патент США №2004192476 кл. А63В 63/08, 2004) предложена единая точка прицеливания в виде шара или стержня высотой 4 дюйма (101,6 мм) над уровнем кольца, закрепляемая специальными приспособлениями с тыльной стороны щита. Точка прицеливания недостаточно хорошо видна с различных мест площадки.
Задачей способа является обучение и совершенствование баскетбольных бросков с отражением мяча от щита с использованием простых зрительных ориентиров и стандартного баскетбольного оборудования.
Техническим результатом изобретения является повышение точности контролирования точки прицеливания мяча на щите. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения координат прицеливания при бросках с отражением мяча от щита математически моделируют полет мяча и его взаимодействие с плоскостью щита, определяют плоскость мнимого щита относительно которого симметрично расположены основное и мнимое баскетбольные кольца, координаты прицеливания образуют пересечением вертикальной оси, проходящей через центр мнимого кольца перпендикулярно поверхности площадки, с математически рассчитанной линией прицеливания, расположенной на лицевой плоскости щита в виде цветной ленты, координаты которой меняются при изменении координат расположения бросающего на площадке.
Кроме линии прицеливания на поверхности щита расположена математически рассчитанная линия отражения, позволяющая контролировать координаты отражения мяча от щита.
Точка выпуска мяча и разборная ось прицеливания создают вертикальную плоскость движения центра мяча, при этом ось является основным зрительным ориентиром.
На плоскости прозрачного щита созданы зрительные ориентиры - точки прицеливания, которые образуются пересечением математически рассчитанной линии, расположенной на лицевой плоскости щита в виде цветной липкой ленты шириной 10 мм, с разборной красной вертикальной осью прицеливания длиной 1300 мм и наружным диаметром 17,3 мм, закрепленной кронштейном и струбциной к тыльной стороне щита на расстоянии 131 мм от лицевой плоскости щита, и перпендикулярной поверхности площадки.
При перемещении спортсмена от 90° до 15° (менее 15° можно выполнять броски только прямо в кольцо) к плоскости щита по радиусам 2-5 м, проведенным из проекции центра мнимого кольца на поверхность площадки, точки прицеливания нелинейно повышают свои горизонтальные и вертикальные координаты от центра щита к его боковой стороне.
Точка выпуска центра баскетбольного мяча и вертикальная ось прицеливания образуют плоскость полета центра мяча до контакта наружной поверхности мяча с лицевой плоскостью щита, что является надежным ориентиром для спортсмена и способствует повышению результативности бросков с отражением мяча от щита.
На лицевой плоскости щита кроме линии прицеливания расположена математически рассчитанная линия отражения другого цвета по отношению к линии прицеливания, которая позволяет контролировать точки отражения мяча от щита. Точки прицеливания и отражения не совпадают.
Зрительные ориентиры - точки прицеливания и линия отражения - позволяют спортсмену качественно и быстро определять, зрительно запоминать и надежно контролировать точки прицеливания и отражения мяча на щите в зависимости от координат расположения бросающего на площадке с целью попадания мяча в кольцо.
Предлагаемый способ поясняется фигурами 1-7.
На фигуре 1 показана ось прицеливания в сборе и ее крепление к тыльной стороне щита кронштейном и струбциной. На фигуре 2 изображена траектория движения баскетбольного мяча и его взаимодействие с лицевой плоскостью щита - вид сбоку, а на фигуре 3 - вид сверху. На фигуре 4 показаны зрительные ориентиры для спортсмена: линии прицеливания и отражения, центр мнимого кольца, точка прицеливания и отражения на лицевой поверхности щита и ось прицеливания. На фигуре 5 изображена вертикальная плоскость полета центра мяча. На фигуре 6 предложен пример перемещения спортсмена при тренировке бросков с отражением мяча от щита. На фигуре 7 показаны основные параметры траектории полета мяча, которые используют при математическом моделировании.
Обозначения и наименования сборочных единиц, деталей, крепежных изделий, монтажных элементов и зрительных ориентиров на фигурах следующие: 1 - кронштейн; 2 - струбцина; 3 - планка; 4, 5 - палец; 6 - соединитель; 7 - пробка; 8 - трубка ⌀ 17,3 мм; 9 - шланг полиуретановый ⌀ 18×3,5; L=250 мм; 10 - гайка барашек М8; 11 - шайба гровера 8; 12 - шайба С8; 13 - болт М8×30; 14 - гайка барашек М10;
15 - шайба гровера 10; 16 - шайба С8; 17 - хомут тросовый Д10; 18 - зажим тросовый Д10; 19 - щит баскетбольный; 20 - кольцо баскетбольное; 21 - вертикальная, разборная ось прицеливания; т.21 - центр мнимого кольца; 22 - плоскость мнимого щита - совокупность точек, в которых происходят изменения направления движения центра баскетбольного мяча после его отражения от щита; 23 - баскетбольный мяч; 24 - точка выпуска центра мяча; 25 - траектория движения центра мяча; 26 - точка прицеливания; 27 - точка отражения мяча от щита; 28 - мнимое баскетбольное кольцо; 29 - точка отражения центра мяча от мнимого щита; 30 - линия прицеливания; 31 - линия отражения; 32 - вертикальная плоскость полета центра мяча; 33 - центр баскетбольного щита на уровне кольца; - угол падения в проекции на поверхность площадки; 
- угол отражения в проекции на поверхность площадки; 
- расстояние между точками прицеливания и отражения; Ra - возможный радиус расположения спортсмена от проекции центра мнимого кольца на поверхность площадки; Rмяча - радиус баскетбольного мяча; F - площадь цели, лежащая в плоскости кольца, гарантирующая попадание мяча в кольцо при проходе его центра в любую точку этой цели; α - угол атаки (входа в кольцо); L - длина траектории полета мяча, попадающая в центр площади F; Ω - целевая функция, или угловой размер цели, от которого зависит точность попадания. Размеры F, L и Ω показаны условно; αвып - угол выпуска мяча; Vo - начальная скорость полета мяча; Vк - конечная скорость полета мяча; Н - высота от точки выпуска центра мяча до уровня кольца.
При теоретическом обосновании способа мяч 23 представляют как материальную точку его центра и рассматривают траекторию ее движения 25 при бросках с отражением мяча от щита 19 первоначально в проекции на поверхность площадки - фиг.3.
При геометрических построениях установлено, что изменение направления движения центра мяча происходит на плоскости мнимого щита 22, который расположен на расстоянии радиуса мяча, равного 122 мм (без учета деформации мяча при ударе), внутрь площадки параллельно основному щиту 19. Поражение цели обеспечивают равенством углов падения и отражения в проекции на поверхность площадки.
После проведения вышеописанных построений для различных углов падения к плоскости щита 19 выявлено:
- при продлении траекторий 25 полета центра мяча 23 за плоскость основного щита 19 получают их пересечение в одной точке т.21 - фиг.3, что позволяет установить центр воображаемого баскетбольного кольца, симметрично расположенного основному кольцу 20 относительно мнимого щита 22;
- горизонтальное расстояние между центрами колец составляет 0,5 м или центр мнимого кольца т.21 находится на 131 мм за плоскостью основного щита 19;
- точка отражения мяча 27 от плоскости основного щита 19 не совпадает с точкой прицеливания 26, и горизонтальное расстояние 
между ними возрастает с увеличением угла падения к баскетбольному щиту 19;
- проведя через центр мнимого кольца т.21 перпендикуляр к поверхности площадки, равный 1300 мм, что на 250 мм больше вертикального размера основного щита 19, получают вертикальную ось прицеливания 21 - фиг.2, которая вместе с точкой выпуска мяча 24 создает вертикальную плоскость перемещения 32 центра мяча - фиг.5 для обеспечения результативного броска. Отмеченное увеличение оси прицеливания на 250 мм над верхним краем щита позволяет спортсмену качественно определять ее положение в пространстве с различных мест площадки и в случае их перекрытия конструктивными элементами щита;
- горизонтальную координату точек прицеливания 26 определяют расстоянием от центра щита 33 на уровне кольца 20 до точек пересечения траектории 25 полета центра баскетбольного мяча 23 в воображаемое кольцо 28 с плоскостью основного щита 19;
- для получения горизонтальной координаты точки отражения 27 сначала определяют точку пересечения 29 траектории полета центра мяча с плоскостью мнимого щита 22 в воображаемое кольцо 28, а затем из данной точки 29 проводят перпендикуляр на плоскость основного щита 19 и получают искомую точку отражения 27 на щите 19.
Для вычисления вертикальной координаты точки прицеливания 26 (фиг.2.) используют разработанный алгоритм определения параметров траектории полета центра баскетбольного мяча (Определение оптимальных траекторий полета мяча и характеристик цели в баскетболе при бросках по кольцу со средних и дальних дистанций / В.Н.Притыкин, В.А.Лесуков, А.А.Гераськин, А.В.Родионов // Теория и практика физической культуры. - 1996. - №10. - С.48.-54.). В основе алгоритма с целью оптимизации параметров полета баскетбольного мяча используют математическую зависимость:
Ω=Fsinα/L2.
Учет сопротивления воздуха и коэффициента восстановления при ударе мяча о щит обеспечивает сведение до минимума ошибки в недолете или перелете, смещение вправо или влево мяча относительно центра поражаемой цели.
Параметры траектории в воображаемое (мнимое) кольцо рассчитывают для каждой дистанции отдельно с равномерным изменением на 10° угла подлета центра мяча к плоскости щита - фиг.6.
Вертикальную координату точки прицеливания 26 определяют точкой пересечения траектории движения мяча с баскетбольным щитом только в проекции на вертикальную плоскость перемещения центра мяча (фиг.2.), и ее величину замеряют от уровня кольца. Угол выпуска αвып. мяча выбирают 60° к горизонту как рекомендуемый специалистами баскетбола для обеспечения максимального процента попадания мяча в кольцо при бросках без отражения, в нашем случае, в центр мнимого кольца.
Координату пересечения 29 траектории с плоскостью мнимого щита переносят перпендикулярно на плоскость основного щита, тем самым устанавливают вертикальное значение точек отражения 27.
По полученным значениям горизонтальных и вертикальных координат точек прицеливания 26 и точек отражения 27 строят кривые 30 и 31 в зависимости от координат расположения спортсмена на площадке - фиг.6. Они имеют нелинейный характер и при перемещении баскетболиста от 90° до 15° к плоскости щита на одинаковом расстоянии до центра мнимого кольца Ra значения горизонтальных и вертикальных координат плавно увеличиваются от центра щита к его боковой стороне.
При тренировке бросков с отражением мяча от щита спортсмен сосредоточивается на точке прицеливания 26, а контроль правильности выполнения бросков осуществляют по координатам точек отражения 27 самим спортсменом, партнером или тренером команды.
Способ применяют следующим образом: первоначально осуществляют сборку оси прицеливания 21 - фиг.1. Соединитель 6 с двух сторон плотно стыкуют с трубками 8, которые образуют основой вертикальный размер оси прицеливания. В верхнее отверстие трубки 8 вставляют палец 4, а в нижнее - палец 5. Посредством тросовых хомутов 17 и зажимов 18 пальцы 4 и 5 крепят к планкам 3, которые имеют прорези, позволяющие устанавливать горизонтальный размер расположения оси прицеливания, равный 131 мм от лицевой плоскости основного щита. Для удобства установки горизонтального размера 131 мм необходимо знать толщину щита и тогда производить установку оси прицеливания от тыльной стороны щита, уменьшая расчетный размер 131 мм на толщину щита. Нижнюю планку 3 с помощью болтов 13, плоских шайб 12, шайб гровера 11 и гаек барашек 10 закрепляют на кронштейне 1, который предварительно монтируют на нижние болты крепления баскетбольного кольца к щиту, используя шайбы 15,16 и гайки 14.
Верхнюю планку 3 с помощью аналогичных крепежных изделий 10, 11, 12, 13 устанавливают на корпус струбцины 2. Струбцину посредством своего винта закрепляют за верхний габаритный прямоугольный профиль основного щита. В корпусах кронштейна 1 и струбцины 2 выполнены по два отверстия под болты 13, которые обеспечивают горизонтальное расположение прорезей планок 3.
Для качественного визуального определения пространственного расположения оси на верхний палец 4 устанавливают полиуретановый шланг 9 с пробкой 7. Сборка и монтаж оси прицеливания на стандартное баскетбольное оборудование занимает не более 3 минут.
Следующий этап подготовки оборудования к работе - это нанесение липкой цветной ленты на лицевую плоскость щита - фиг.4.
При расчетах координат точек прицеливания и отражения учитывают рост спортсменов, т.е. высоту выпуска центра баскетбольного мяча.
Теоретические расчеты и практический опыт позволяют установить диапазон изменения высоты выпуска мяча, определяемый до горизонтальной плоскости кольца - фиг.7:
1) Н=0 м - точка выпуска на уровне кольца;
2) Н=0,5 м - точка выпуска на 0,5 м ниже уровня кольца;
3) Н=1 м - точка выпуска на 1 м ниже уровня кольца.
Тренеру не составляет труда разделить команду баскетболистов на соответствующие группы в зависимости от высоты выпуска центра мяча при броске.
Учитывая вышесказанное, достаточно на трех боковых щитах (прозрачных и по размерам соответствующим правилам - 1050х1800) установить оси прицеливания 21 и различные по координатам линии прицеливания 30 и отражения 31 для того, чтобы спортсмены имели возможность тренировать броски с отражением мяча от щита в зависимости от высоты выпуска мяча и дистанции Ra до центра мнимого кольца - фиг.6.
Установку липкой ленты осуществляют по лекалам, выполненным согласно вышеописанному математическому моделированию полета баскетбольного мяча.
Из центра мнимого кольца посредством отвеса на поверхности площадки определяют его проекцию, из которой радиусом Ra=2÷5 м и через 100 от перпендикуляра к плоскости щита обозначают координаты расположения спортсмена.
Перемещаясь с 1 по 8 точки (фиг.6.) вправо и влево от перпендикуляра к плоскости щита и меняя расстояние Ra, спортсмен постепенно зрительно запоминает точки прицеливания 26 и отражения 27 и использует вертикальную ось 21 как основной зрительный ориентир.
На боковых щитах в тренировочном зале предложенное оборудование устанавливается и может оставаться в рабочем состоянии постоянно, а также использоваться совместно с другими техническими средствами.
1. Способ определения координат прицеливания при бросках с отражением мяча от щита, характеризующийся тем, что математически моделируют полет мяча и его взаимодействие с плоскостью щита, определяют плоскость мнимого щита, относительно которого симметрично расположены основное и мнимое баскетбольные кольца, координаты прицеливания образуют пересечением вертикальной оси, проходящей через центр мнимого кольца перпендикулярно поверхности площадки, с математически рассчитанной линией прицеливания, расположенной на лицевой плоскости щита в виде цветной ленты, координаты которой меняются при изменении координат расположения бросающего на площадке.
2. Способ по п.1, в котором кроме линии прицеливания на поверхности щита расположена математически рассчитанная линия отражения, позволяющая контролировать координаты отражения мяча от щита.
3. Способ по п.1, в котором точка выпуска мяча и разборная ось прицеливания создают вертикальную плоскость движения центра мяча, при этом ось является основным зрительным ориентиром.
