Новые футбольные правила повысили эффективность вратарей

Специалисты по биомеханике провели серию экспериментов с действующими голкиперами, чтобы понять, насколько недавно принятые изменения в футбольных правилах, касающихся пенальти, влияют на эффективность защиты. Оказалось, что возможность вынести стопу за линию ворот помогает вратарям лучше прыгать, а вот выбор ступни почти не влияет на результаты. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

Пенальти или одиннадцатиметровый назначают в футболе в качестве наказания для обороняющейся команды, если нарушение совершено в пределах штрафной площади, либо как способ определить победителя в отдельных типах соревнований. Во время пенальти вратарь остается единственным защитником ворот. Вместе с тем гол засчитывается только тогда, когда удар выполнен по правилам.

Правила пенальти менялись довольно часто. Впервые процедуру их выполнения сформулировал Международный совет футбольных ассоциаций в 1891 году. Изначально пенальти можно было пробивать с любой точки на расстоянии 11 метров от линии ворот, а вратарь мог оставаться в любом месте в пределах 5,5 метра от ворот. В 1902 году была введена штрафная площадь и точка, откуда должен быть произведен удар, а через три года положение вратарей в момент удара ограничили линией ворот. Последнее правило ужесточилось в 1930 году запретом на перемещение ступней, который был отменен лишь в 1997 году.

Текущую редакцию правил футбола Международный совет футбольных ассоциаций утвердил весной 2019 года. Согласно им вратарям разрешается оставлять на линии ворот лишь одну ступню или даже только ее часть. Такое положение тела привносит латеральность (асимметрию) в кинематику движения голкиперов, роль которой до конца не ясна специалистам по биомеханике.

Чтобы понять, насколько новые правила меняют работу вратарей с точки зрения физики, Рафаэль Луис Мартинс Монтейро (Rafael Luiz Martins Monteiro) из Университета Сан-Паулу и его коллеги из Бразилии, Германии и Норвегии провели серию экспериментов с шестью вратарями, выполняющими боковые прыжки. Двое из шести голкиперов играли в командах, участвующих в Кубке Бразилии по футболу среди молодежных команд, остальные четверо выступали в любительских или университетских соревнованиях.

Средний возраст участников составил 23,68 ± 3,81 года, масса — 81,6 ± 13,02 килограмма, рост — 1,85 ± 0,05 метра. В среднем участники эксперимента играли на вратарской позиции 15 ± 4,32 лет, тренируясь 4,17 ± 2,24 раза в неделю. Ученые также собирали с помощью опросника информацию о том, какая из ног участников преобладающая. Левшой оказался всего один из испытуемых.

Авторы исследования прикрепляли к вратарям 39 круглых маркеров диаметром 24 миллиметра, положение которых считывало десять инфракрасных камер с частотой 400 герц. Маркеры были расположены таким образом, чтобы алгоритм смог строить модель человеческого тела согласно протоколу, разработанному фирмой Vicon. Лабораторный эксперимент пытался воспроизвести условия пенальти с помощью телеэкрана, на котором транслировалась запись удара, снятая из глаз вратаря. Мяч на видеозаписи летел в точку ворот, расположенную на высоте 1,6 метра и на расстоянии 3,5 метра от середины ворот, однако направление полета мяча разнилось.

Всего каждый вратарь сделал 20 прыжков. Половина из них была выполнена по старой редакции правил, где ступни должны находиться на линии ворот, половина — по новой, согласно которой одна ступня может быть выдвинута за нее. Прыжки также поровну приходились на правую и на левую сторону в случайном порядке. Для измерения силы и импульса прыжков ноги голкиперов в начальный момент пенальти стояли на двух динамометрических пластинах. Безопасность эксперимента обеспечивали два больших матраса.

Всего ученым удалось обработать 104 из 120 прыжков. Статистический анализ их параметров (высота, дальность, скорость и так далее) показал, что в среднем вратари действуют эффективнее по новым правилам, поскольку в этом случае им помогает фронтальная проекция выдвинутой стопы. Вместе с тем латеральность игроков слегка влияла лишь на медиолатеральное смещение. Явное отсутствие асимметрии авторы объяснили тем, что типичные упражнения, с помощью которых тренируют голкиперов, одинаково нагружают мышцы на обеих ногах.

Ученые считают, что результаты их исследования могут нести практическую пользу для тренеров, готовящих вратарей. Вместе с тем они отмечают, что лабораторные эксперименты могут отличаться от работы футболистов в поле. В качестве решения этой проблемы авторы предлагают использовать технологию компьютерного зрения, которая сможет строить модели тела на основе видеозаписей прыжков.

Такие системы уже справляются с более простой задачей определения футболистов на поле с помощью точки в двумерном пространстве. Мы уже рассказывали, как эти данные помогли предсказать успешность пасов и построить модель опеки. Вместе с тем датчиками планируют снабжать и болельщиков с помощью умных фанатских шарфов.