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2010年广州亚运会之体育与物理科技专题

文章来源:本站原创作者:郑扬威 发布时间:2010年10月11日 点击数: 字体:

  百年奥运史,也是百年来科技应用于奥运展示成就的历史。奥运因科技的推动不断超越极限,创造新纪录;科技也因奥运的需要不断深入研究,屡获新成果。

l       科技让奥运更高更快更强

——新材料如猛虎添翼

撑杆:1930年代,各国运动员使用的撑杆是竹子,跳跃高度不超过4。二战后,出现了铝合金金属杆,成绩提高到4.7760年代,运动员改用尼龙撑杆,不久又换为碳纤维杆。从此,世界纪录屡屡被刷新。成绩提高的原因就在于撑杆的力学特性。与竹竿和铝合金杆相比,玻璃纤维杆和碳纤维杆在受到冲力时能产生大幅度的形变,这种形变可将接受的动能迅速转化为势能,而当撑杆恢复原来的形状时,其势能又以弹力的形式作用于运动员,将人体“弹”起。

   跑道:塑胶跑道清洁美观,易于维护,不受气候影响,而 可增加运动员蹬地时的反弹力量,确保膝的高抬位置,从而导致步幅加大。塑胶跑道还不容易“打滑”,所以就能使运动员顺利加快步频。测试表明,与传统跑道相比,百米跑一般运动员可提高成绩0.20.4秒,优秀运动员则更高一些。

    泳衣:泳衣的质料和制作对成绩的影响极为显著。流体力学的研究表明,阻力若减少1%,速度可提高0.3。以百米游泳为例,若两名运动员水平相当,穿新式低阻力泳衣的运动员速度可提高0.5秒。随着新材料的研制,许多特种纤维用于制作泳衣,如聚酰胺纤维、低密度聚乙纤维、轻级的涤胺织物等。泳衣的设计主要解决三种阻力:漩涡阻力、传波阻力和表面摩擦阻力。表面摩擦阻力是水流与泳衣表面形成的阻力,减小阻力的办法就是使用“比皮肤还光滑”的衣料来做泳衣。

跑鞋:对跑步的动态测试表明,当以3/秒的速度跑动时,脚掌要承受身体自身重量2倍的冲击力,若速度提高到6/秒,脚掌就要承受人体体重4倍的冲击力,因此长跑运动员和经常跑弯道的运动员还会感到小腿疼。为了解决上述问题,科研人员在整个鞋底选择适宜部位并做出吸能 材料与弹性材料的最佳配合,以保证既能消除冲击力又能保证运动员能够获得足够的反弹力1980年,加盟耐克公司的鲁迪(F. Rudy)开发出一种聚氨酯囊,可以让气体在不同气室间互相转移,以缓和运动时的冲击力。此技术被称为“扩散式充气”。耐克公司最终研制成富有弹性、不外漏的气垫,并采用一种大分子结构的气体来充填。

 

 

l       科技让奥运更精准

                                 ——“明察秋毫”的计时器

2009年世界田径锦标赛中,在举世瞩目的男子100决赛中,牙买加名将博尔特以958的成绩夺冠,刷新了自己969原世界纪录;美国人盖伊以971屈居亚军。比赛成绩如此接近,没有现代科技作为“裁判员”,这些微小的差距恐怕就成为“漏网之鱼”了。

奥运许多比赛项目都需要计时,今天,许多以分秒计算的纪录都在小数点后精确到两位。从1秒到1/10秒,再到1/100 秒,甚至1/1000秒,体现着科技的进步。终点线处安装激光传感器,运动员达到终点瞬间停止计时,可精确到0.001s

裁判员手中的发号枪安装有传感器,一发号计时器自动计时。据医学测定,人类对刺激的反应约为0.1秒,因此哪怕运动员起跑确实在枪响以后,但只要时间少于0.1秒便可认定为抢跑。这是一个安装在起跑器上和发令枪联动的传感装置,当压力达到男子29 斤,女子27公斤时便会被触发,并显示出运动员起跑反应的时间。96年亚特兰大奥运会上,克里斯蒂第二次抢跑时仅仅快了0.015秒,凭肉眼是无法识别的,但是却没有逃过监视仪器的电子眼。中国运动员刘翔在2004雅典奥运会上以1291的成绩平110跨栏世界纪录,还要归功于他0.13秒的完美起跑时间。

游泳池里的冠军和第八名之差也常常取决于零点几秒。1968年墨西哥奥运会上,终点电子触摸屏首次登场亮相。这是 一块90厘米高,2.4宽的平板,三分之二浸没在水中,能够灵敏感受运动员手指轻微的触摸却对波浪的拍击不作反应,计时精度达到千分之一秒。1988年,加勒比海小国苏里南全国放假一天,庆祝他的运动员内斯蒂在汉城奥运会上获得男子100蝶泳金牌,这位“浪里黑条”仅以0.01秒的优势战胜了美国名将比昂迪。

游泳池的出发台和田径赛的起跑器一样装有压力传感器,防止运动员提前入水犯规。1991年澳大利亚世界游泳锦标赛上,计时系统无情显示美国女子接力运动员抢先百分之一秒跳入水中,使得正在拥抱欢呼夺得冠军的姑娘们转而失声痛哭。这样的悲喜剧在人工计时的年代是不可想象的。

l       科技让奥运更公平

                                     ——“铁面无私”的传感器

击剑:1924年巴黎奥运会上,匈牙利裁判科瓦克斯和意大利击剑队发生激烈争执,此后引起两场决斗并喋血荒郊。科技不发达,仅凭一双肉眼如何能“明察秋毫”?1934年布达佩斯举行的欧洲锦标赛上,重剑比赛首次使用电动计分。1955 罗马世界击剑锦标赛,花剑比赛的电子裁判系统正式登场。而佩剑的电动计分直到1985年法国世界杯赛才姗姗来迟。

运动员的剑内有三根电线,相当于火线、零线和地线,通过手线、身后电缆、拖线盘,和裁判器之间连接成一个电流回路。花剑的“电动剑头”是一个圆柱形的弹簧“按钮”,启动压力为500,当剑头击中对方有效部位即“金属背心”后“按钮”被压缩,从而使原来“流通的电路断开”,导致指示 灯亮起。对于击中有 效部位,电子裁判器一侧显示红色信号,另一侧显示绿色信号。当击中无效部位时,两侧信号均为白色。当剑的不绝缘部分接触到导电背心的时候,裁判器显示黄色信号。

射击:二战期间横扫欧洲的巴顿将军曾参加过1912年斯德哥尔摩奥运会,25手枪射击“脱靶”而屈居五项全能比赛第 5名。今天先进的电子报靶系统不但能立即确定运动员的成绩并精确到十分之一环,还能将结果直观展现在电视屏幕上,让观众“一枪一枪”欣赏射手的技艺。这是一个电子技术和声学技术完美结合的发明,紧靠靶位背面安放了一个几厘米厚的双层密封“测声室”,如同一只薄薄的方形“板鼓”,下端框架设置了3个灵敏的麦克风。当子弹穿过靶面击中橡胶“鼓皮”时,由于弹着点到3个麦克风的距离不 同,计算机便能通过接收声波的时间差确定射击的环数,并能通过和发射区的联动来识别其它选手发射的“乌龙枪”。

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