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体育运动中的物理知识

来源:  作者:陈辉 [字体: ]

体育运动中的物理知识

生活处处皆物理,体育项目更与物理有着不解之缘,在体育训练、比赛过程中,从体育成绩的测量、裁判,到技术动作的达成等各个方面,物理知识都有重要的应用.
  1 测量、裁判方面
  1.1 百米跑为何“看烟”记时
  众所周知,百米跑竞赛时,终点计时员,是看到发令枪的“烟”,开始记时的.这是因为光速C=3×108 m/s,光传播100 m所用时间完全可忽略,而声速一般取340 m/s,传播100 m则需用一定时间.如果记时员“听枪声”计时,运动员成绩会差多少呢?(v声=340 m/s),由v=st得t=sv,所以t=100 m340 m/s=0.294 s.竟然差0.294 s之多.
  1.2 击剑运动员的“宝剑”是电路开关
  击剑运动员的剑法快如闪电,比赛时极易发生误判.1955年开始使用电子裁判器,运动员的“击剑服”连一导线,与电子裁判器相连,其实质是把两运动员,连入一个并联电路,运动员的“宝剑”是电路开关,击中对方有效部位,等于把对方电路接通,电子仪器显示得分、剑尖发光.
  2 技术动作方面
  2.1 蹦床表演是能量转化实验
  运动员下落过程,重力势能转化为动能,所以当运动员下落时要迅速曲腿,使自身的重心下移;运动员与蹦床接触,动能转化为弹性势能;运动员被弹起,弹性势能转化为动能;运动员上升过程,动能转化为重力势能,所以运动员上升时,要用力蹬蹦床,借助反作用力,增大身体的动能.如此反复,才能越蹦越高.
  2.2 花样滑冰运动员旋转速度的控制?
  花样滑冰运动员旋转过程中,其转动惯量:I=mr2(m是质量、r是质点到转动轴的距离).当运动员想加快旋转时,就向上举起双臂,且尽量收拢,同时双腿也尽量收拢,这样减小了R值,使得转动惯量I变小,由于角动量守恒,旋转角速度加快.反之,当运动员舒展手臂时旋转变慢.
  3 提高成绩方面
  3.1 伯努利帮你克敌制胜
  乒乓球比赛中,利用球拍与乒乓球的摩擦,向上用力“削”球:打出“上旋球”,从发球者右侧观察,乒乓球顺时针旋转,根据伯努利原理可知:球上方空气,相对球的流速大、压强小,球下方空气,相对球的流速小、压强大.压强差产生的升力,使乒乓球运动轨迹高于正常弧线;反之打出“下旋球”,球的运动轨迹低于标准抛物线.从而迷惑对手,克敌取胜;同理,足球运动员,踢出的“香蕉球”,能画弧线破门,也是伯努利原理的巧妙应用.
  3.2 拔河比赛胜在“摩擦力”,“合力”帮大忙
  拔河比赛中,甲乙两队作用在“大绳”上的力,大小相等、方向相反、是一对相互作用力.哪个队与地面的摩擦力大,则取得胜利.由于每个队由多人组成,同队里所有人,与地面的摩擦力方向,也不尽相同,根据合力范围公式:|F1-F2|≤F≤F1+F2可知,只有当同队里每个人与地面的摩擦力方向,都尽可能相同时,合力(F)最大.所以比赛时,要尽力保持队形成一直线,不晃动.
  3.3 投掷项目选择最佳投掷角度
  标枪、铁饼等投掷项目,在环境、投掷器械的速度、人身高不计等条件相同的情况下,以45°角投出者,成绩领先.设投掷速度为v,投掷角为α,则vx=vcosα、vy=vsinα在竖直方向上t=2vsinα/g ,水平投掷距离=vcosα· t=vcosα ·2vsinα/g=v22sinαcosα/g=v2sin2α/g ,所以当2α=90°时,即α=45°时,sin2α有最大值,所以α=45°时,投掷距离最远.
  3.4 百米接力赛中用好“相对静止”
  根据平时训练经验,“接棒”运动员,看见“交棒”运动员到达某一位置时,立刻从接力区起点起跑,逐渐加速,当接近接力区终止线时,恰好被“交棒”运动员追上,这时两运动员速度相同,以任何一位做参照物,另一位是静止的,这样不但交接棒平稳,而且有利于提高运动成绩.
  3.5 竞走比赛是公式v=λf的演义
  竞走运动员“腿长”占优势,“腿长”的运动员步幅大,即波长 (λ)长,训练运动员尽可能提高1 s内迈动脚步的次数,即最大限度地提高运动频率,在不违反“总有一脚着地”的规则下,尽力迈大步伐,即增大波长(λ)数值,根据公式c=λf,显然运动员的竞走速度(v)变大.
  3.6 “背越势”的优势
  跳高运动员,在助跑时最大限度地积聚动能:E动=12mv2,起跳后,动能转化为重力势能:E势=mgh ,h为运动员的重心高度,E动=E势,即12mv2=mgh,所以v2=2gh,显然当起跳速度v一定时,运动员重心高度越低,跨越高度越高,采取“背越势”时,运动员的重心最低,所以“背越势”是跳高运动员的首选姿势.
  4 器材制作方面
  4.1 硕大的拳击手套有助于“保护”对手
  拳击运动员的显著特点是:有一副硕大的手套.激烈的比赛中,组合拳,雨点般打在对手的面门、肋下……,别太担心,公式p=FS告诉我们:在打击力(F)一定时,正是硕大的拳击手套,增大了受力面(S),从而大幅度地减小了打击力产生的压强(p),硕大、肥厚的拳击手套,对运动员起到了保护作用.
  4.2 冲量公式在跳高、跳远器材中的应用
  根据冲量公式:I=Ft可知,在冲量I一定时,作用时间t越长,作用力F越小;为了减小对运动员的冲击,跳高场地运动员落地一侧,放有厚厚的海绵垫,本文由论文联盟http://wWw.LWlM.COm收集整理,跳远场地设有沙坑,都是为了延缓作用时间,从而减小作用力.
  4.3 高尔夫球表面布满分布均匀的小坑
  高尔夫球运动时,表面的小凹坑,可使空气形成一层紧贴球表面的、薄薄的紊流边界层,使得平滑气流顺着球形向球后运动一些,从而减小了尾流范围,大大地减小了空气阻力.
  每一项体育运动都与物理密不可分,充分发挥物理的作用,正确运用物理知识,无论是体育比赛,还是体育训练,都是非常重要的.

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