體育運動中的物理知識

陳敬艷 陳慶豐 齊海燕 陳紅君

（1.長春師范大學物理學院，吉林 長春 130032；2.東北師范大學附屬中學，吉林 長春 130117）

0 引言

很多人都喜歡體育運動，但是有很多人不懂其中運用到的物理知識。目前的物理教學中缺乏與體育運動相結(jié)合，使得很多學過物理的人不懂得體育運動中的物理知識。隨著人們生活水平的提高和社會的發(fā)展，體育運動越來越流行，越來越被重視。體育運動中蘊涵許多物理知識，體育工作者和教練為了提高體育比賽中的成績，總結(jié)出來很多物理學知識運用到體育賽事中，達到最省力、最高效的目的。[1]乒乓球，籃球，足球，網(wǎng)球，滑冰，拔河，跳高，等運動在我們?nèi)粘Ｉ詈艹Ｒ?，這些運動的普及和提高，關(guān)系到全民的身體素質(zhì)，也關(guān)系到國家的榮譽。[2]

1 乒乓球中的物理知識

乒乓球是中國的國球，也是世界流行的球類體育項目，我國在乒乓球歷史上占有很高的地位。在乒乓球運動中用到了很多物理知識，譬如，將一踩癟的乒乓球，放在熱水里，里面的氣體由于溫度升高，體積膨脹，會使乒乓球復原。這一現(xiàn)象充分體現(xiàn)了氣體的熱脹冷縮的特點，使得同學對熱學知識充分理解，更為運動員在訓練中充分使用乒乓球提供了理念依據(jù)。在乒乓球比賽中發(fā)球的好壞，是運動員取得勝利的必要條件，運動員發(fā)球過程中乒乓球的運動分為四個階段：

第一階段：將乒乓球豎直上拋后，到達一定高度，運動過程中乒乓球的動能在減小，重力勢能在增加，最高點處動能為零，重力勢能最大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。

第二階段：乒乓球由最高點處靜止下落直到接觸球拍的瞬間，球的高度越來越小，速度越來越大，這個過程中乒乓球重力勢能逐漸變小，動能逐漸變大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。

第三階段：乒乓球由接觸到球拍發(fā)生彈性形變的最大時刻這個過程中乒乓球的速度越來越小，而它的彈性形變越來越大，動能逐漸變小，彈性勢能逐漸變大，因此是動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。

第四階段：由彈性形變最大至恢復原狀。這個過程中乒乓球的彈性形變越來越小，它的速度越來越大。動能逐漸變大彈性勢能逐漸變小，因此，它是彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能。同時，球拍給乒乓球施加了外力的作用使球飛速的運動出去。探討了能量的相互轉(zhuǎn)化，通過發(fā)球的高度，球的彈性變形的狀況改變球的速度變換發(fā)球技術(shù)，學會了物理知識，提高了發(fā)球不平。

2 舉重中的物理知識

在舉重比賽中，運動員上場前總要在手上擦些“白粉”。這種白色粉末叫“碳酸鎂”，通常又稱為“鎂粉”。碳酸鎂的質(zhì)量很輕，具有很強的吸濕作用。運動員在比賽中，手掌經(jīng)常會出汗，這對體操和舉重運動員來說是個非常不利的因素，因為濕滑的掌心會使摩擦力減小，使運動員握不住器械，不僅影響動作的質(zhì)量，嚴重的時候還會使運動員造成失誤，甚至受傷。碳酸鎂的作用就是吸去掌心的汗水，同時增加掌心與器械之間的摩擦力。這樣，運動員就能握緊器械，有利于提高動作的質(zhì)量。

舉重的基本原理是應用經(jīng)典力學方法建立搬舉動作的力學模型，定義下肢與地面夾角θ 為廣義坐標，考慮均勻舉重方式，假定重物提升y1 和軀干角α 與θ 的微分約束關(guān)系，通過對多剛體系統(tǒng)動力學方程求解，求得髖角β 的加速度曲線及髖部的內(nèi)力和內(nèi)力矩，并求得便于深入討論力學及理解析表達式。通過分析表明，舉重動作髖部內(nèi)力、內(nèi)力矩大小主要和舉重時角加速度有關(guān)，盡量控制以均勻方式舉重方式是舉重的理想方式。

3 拔河中的物理知識

在拔河比賽中是不是哪一隊的力氣就一定能勝利呢？這并不是個簡單的力量相加的問題。根據(jù)作用力與反作用力原理，參加拔河的兩個隊伍中A 對B 施加了多大拉力，B 對A 也同樣也產(chǎn)生一樣大小的反作用力。可見，雙方之間的拉力并不是決定勝負的因素。通過受力分析，當所受的拉力小于與地面的最大靜摩擦力就不會被拉動。所以如何增大與地面的摩擦力是勝負的關(guān)鍵。大家知道，靜摩擦力與兩個值是成正比，一是摩擦系數(shù)，二是對接觸面的壓力。于是要設(shè)法增大上述兩項值才能贏得比賽，首先，隊員的體重越重對地面的壓力就越大，靜摩擦力也會隨之增大。其次，要穿上鞋底花紋較深較大的鞋子，也可以增大摩擦系，使摩擦力增大。

4 跳高中的物理知識

跳高的姿勢經(jīng)歷了由滾式、跨越式、剪式、背越式的演變。這一次又一次的演變，是向著“能量最低原理”方向努力的。每一次的演變都使人體重心降低了，由于機械能守恒定律，一定量的動能只能轉(zhuǎn)化成一定量的勢能，所以要用同樣的動能跳過更高的桿，唯有降低運動員過桿時的重心，所以人們一次次的找出使人體重心降低的方法。這就是人們更好地應用物理知識的結(jié)果。

5 結(jié)束語

除了這些運動之外，還有很多體育運動中都運用到了物理知識。物理學既是一門實驗科學，又是一門應用科學，體育運動不僅是以身體練習為基本手段，以增強人的體質(zhì)，促進人的全面發(fā)展有組織的社會活動群眾體育，還是競技體育，代表著國家。因此，體育運動中蘊涵著許多物理知識，了解和掌握物理學知識，進而將其運用到體育運動中，在生活中學習知識，在運動中體驗知識，在比賽中發(fā)揮知識，不但會讓物理貼近學生，讓學生更加喜歡體育運動，而且對體育運動的發(fā)展具有重要意義。

［1］王則珊.學校體育理論與研究[M].北京：北京體育大學出版社，1995.

［2］喬際平，劉甲岷.物理創(chuàng)造思維能力的培養(yǎng)[M].北京：首都師范大學出版社，1998.