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2010年广州亚运会之体育与物理知识专题

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:

  1、神奇的弧线

2010年南非世界杯上,弗兰的一脚任意球直接破门。足球在空中以美丽的弧线直入龙门……为什么足球会在空中沿弧 线飞行呢?原来,罚“香蕉球”的时候,运动员并不是拔脚踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转(如图二)。这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转。这样,球一侧空气的流动速度加快,而另一侧空气的流动速度减慢。物理知识告诉我们:气体的流速越大,压强越小()。由于足球两侧空气的流动速度 不一样,它们对足球所产生的压强也不一样,于是,足球在空气压力(如图三)的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了。如果足球飞行时不旋转,其飞行情况如图一所示,球周围空气流速一样。

另外,足球充气不能太满。这是因为运动员用头顶球时,可以增加头与球的接触时间,从而减小头部受到的作用力(动量定理)。 

 

2、抛体运动

 铁饼:为了提高比赛成绩,在规定的圆圈内做加速旋转动作, 目的是为了增大铁饼出手时的初始速度,而铁饼出手后,为了确保自己不离开圆圈内,还得继续转几圈,所以,铁饼选手为了获得好的成绩,即要利用惯性,又要防止惯性。铁饼做成扁平状,目的是为了减小空气阻力,飞行更远;

铅球:根据斜抛运动的规律,理论计算得出45°抛出,物体飞行距离最远,前提是抛出点和落地点在同一水平面;而实际的铅球,其抛出点在人的肩膀上,落地点已经和抛出点不在同 一水平面了,因此45°不再是最远射程角度,而是小于45°。假如球初速为14m/s,抛出点离地面1.6m,则可计算最佳抛射角度是42.84°。

注意:运动员的成绩与地区有关,因为不同地区有不同的重力加速度。相同的其它条件,较低纬度投掷得更远些!

射击与射箭:射击时,不能对准靶心发射,而应对准略高于靶心的位置,这是因为子弹或箭在运动过程中由于受到重力会向下运动一点距离,因此略高于靶心则有可能射中靶面的正中心。

 

3、平衡——利用重心与支持面

物体的稳度与重心和支持面大小有关,当物体的重心偏离支持面时,就会倒下。平衡木的宽度很小,运动员的重心很容易偏离平衡木的支持面,因此很容易 出现摇晃或者跌落情形。身高较高的举重运动员将杠铃举起来时容易摇晃,这是因为其重心较高,较容易偏离支持面;体操运动员从空中落地时也容易出现站不稳的情况,也是因为落地时由于惯性身体向前倾,其重心偏离了支持面导致落地不稳。

 

4、空中翻转——角动量

跳水、体操运动员围绕身体的横轴转动叫“翻”,绕身体的纵轴转动叫“转”。运动员作“翻”的动作比较好理解,因为 在单杠上做大回环或跳水起跳时,已有“翻”的起因,即已有一定的角动量,根据角动量守恒原理,以后在空中做动作,只是改变转动惯量,从而改变角速度。既然运动员从单杠撒手或跳板起跳时并无绕纵轴的转体,而且在空中时人体所受的惟一 的力是重力,它作用于人体质心,对人体纵轴并无力矩,那运动员的“转”是怎么出现的呢?仔细观察运动员在空中的动作可以发现,运动员腾空后的早期身体是左右对称的,而后迅速地在空中改变姿势(比如上肢位置的变化),使其左右不对称,这时便出现绕身体纵轴的“转”的动作。这一点完全可利用角动量知识作更具体的证明。

 

5、走路与跑步

人是怎么走路的呢?假定人提起了脚跟,同时把身体向前倾,这时候,从他的重心所在的竖直线自然要越出脚的底面的范围,人也自然要向前跌倒;但是这个跌倒还没有来得及开 始,原来停在空中的左脚便很快移到了前面,并且落到了从重心所在的竖直线前面的地面上,使从重心所在的竖直线落到两脚之间的面积中间。这样一来,原来已经失去的平衡恢复了,这个人也就前进了一步。因此,步行实际上是一连串的向前倾跌.只不过能够及时把原来留在后面的脚放到前面去支持罢了。

奔跑和步行的不同,在于原是站立在地上的脚,由于肌肉的突然收缩,就强力地弹了起来,把身体抛向前方,使身体在这一瞬间完全离开地面。接着身体又落到地上,但是已经由另外一只脚来支持了,这只脚当身体还在空中的时候已经很快地移到了前方。因此,奔跑是一连串的从一只脚到另一只脚的飞跃。

 

6、滑雪与滑冰

     雪上滑行与冰上溜行都是在一层薄水上滑行,但是水层 的形成原因是不同的。雪上的水层是由于滑雪板的摩擦使一层薄雪融化形成水层。而冰刀在冰面上产生的摩擦力很小,仅靠此产 生的热量不能使冰

融化,但是当外界压强增大时,冰的熔点会升高,所以冰上水层是因为冰面受到冰刀的压力而融化形成的。

 

 

 

7、跳板跳水中的功能转化情况

跳板跳水运动员总是想尽量跳得高些,以获得在空中较长的时间去完成各种优美的翻转动作。那么怎样才能做到这一点呢?首先运动员在跳板上向前跨三大步,然后向上猛跳,这称 为“助跳”。助跳时,要尽量使上升高度尽量大。助跳中最后一步猛蹬跳板,运动员作功,其肌肉的内能转化为其运动的机械能以及跳板上下摆动的机械能。助跳后又落回跳板时,其机械能部分地转化为跳板的弹性势能。继而起跳,肌肉再次作功,运动员离开跳板在空中完成各种翻转动作后入水。要想跳得更高,运动员要在起跳瞬间,尽量使跳板静止于平衡位置,这时跳板的动能和弹性势能均为零,这样助跳和起跳两次作的功(即肌肉消耗的人体内能)全部转化为运动员的机械能,从而使运动员能够跳得最高。

 

后记:生活中运动知识无处不在,只要我们有一双善于发现捕捉的眼睛,一个勤于思索的大脑,那么我们就能体会到体育运动所蕴含的物理科学知识。

 

北京奥运会体育馆简介

Ø       国家体育场——鸟巢

建筑面积:25.8平方米                容纳观众:10万人

2008年奥运会期间承担开幕式、闭幕式、田径比赛、男子足球决赛等赛事活。奥运会后,成为全国具有标志性的体育娱乐建筑及奥运遗产。

体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜,使屋顶达到完全防水的要求,阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。

比赛时,看台是可以通过多种方式进行变化的,可以满足不同时期不同观众量的要求,座席环抱着赛场的收拢结构,上下层之间错落有致,无论观众坐在哪个位置,和赛场中心点之间的视线距离都在140左右。

  

Ø       国家游泳中心——水立方

建筑面积:79532平方米                容纳观众:1.7万人

“水立方”是北京奥运会国家游泳中心,它的膜结构已成为世界之最。它是根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的,这种形态在建筑结构中从来没有出现过,创意奇特。

“水立方”的墙面和屋顶都分内外三层,设计人员利用三维坐标设计了3万多个钢质构件,这三万多个钢质构件在位置上没有一个是相同的。这些技术都是我国的科技成果,它们填补了世界建筑史的空白。

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