從物理角度看體育項(xiàng)目若干技巧與現(xiàn)象*

張少朋

(河北大學(xué)體育教學(xué)部 河北 保定 071002)

白英彬

(北京外國(guó)語(yǔ)大學(xué)附屬蘇州灣外語(yǔ)學(xué)校 江蘇 蘇州 215200)

冉俊霞

(河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 河北 保定 071002)

1 引言

體育運(yùn)動(dòng)中包含了物理運(yùn)動(dòng)，知道了這些物理運(yùn)動(dòng)的原理就可以提高體育運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)技巧，提升運(yùn)動(dòng)成績(jī)；也可以解釋體育運(yùn)動(dòng)中的一些奇怪現(xiàn)象．下面以幾項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)為例來(lái)說(shuō)明體育運(yùn)動(dòng)中包含了哪些物理現(xiàn)象．

2 “籃球運(yùn)動(dòng)”中包含的物理知識(shí)

籃球運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)深受大學(xué)生和中學(xué)生喜愛(ài)的體育運(yùn)動(dòng)，也是全民健身運(yùn)動(dòng)中一項(xiàng)十分重要的體育活動(dòng)．籃球運(yùn)動(dòng)本身是對(duì)抗性很強(qiáng)的體育運(yùn)動(dòng)，其比賽節(jié)奏快、 對(duì)抗激烈．其中投籃的命中率是對(duì)比賽結(jié)果影響的關(guān)鍵因素，投籃的基本動(dòng)作中蘊(yùn)含著豐富的物理原理[1]．原地投籃練習(xí)的時(shí)候通過(guò)腳蹬地的操作支持力對(duì)腳產(chǎn)生沖擊力量，由此出現(xiàn)動(dòng)量．在腿伸直的運(yùn)動(dòng)中，動(dòng)量會(huì)從腳傳遞到腿上，之后還會(huì)從腿傳遞到腰腹部上，進(jìn)而通過(guò)手將動(dòng)量傳遞給籃球，完成動(dòng)量的傳遞．即投球前的這一系列動(dòng)作中，其實(shí)包含著動(dòng)量的傳遞．當(dāng)籃球出手后，忽略空氣阻力的影響，籃球從離開(kāi)手到進(jìn)入籃筐所做的是一個(gè)有初始速度的斜拋運(yùn)動(dòng)．

再比如籃球入籃筐時(shí)的最小角度理論上可以是零，但實(shí)際上，籃球入筐時(shí)的角度肯定要大于零，如圖1所示，如果想讓籃球入筐，入筐時(shí)的入射角就不能小于角A，由圖1可知

(1)

將“標(biāo)準(zhǔn)籃球直徑(db) 24.6 cm、籃圈直徑(dr) 45 cm”代入式(1)，可計(jì)算出∠A=33.1°．

圖1 籃球與籃筐的位置關(guān)系分析

但是物理公式中的數(shù)值僅僅能夠表示一個(gè)理想范圍，實(shí)際投籃中還需要反復(fù)訓(xùn)練，不斷地調(diào)整自身運(yùn)動(dòng)軌跡與理想范圍接近來(lái)提升命中率．

籃球投籃技術(shù)動(dòng)作中蘊(yùn)涵的物理原理還有很多，在日常訓(xùn)練和比賽中，如果善于運(yùn)用，會(huì)大大提高投籃的命中率，大幅提高運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技水平和比賽成績(jī)．

3 “足球運(yùn)動(dòng)”中包含的物理知識(shí)

足球運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)風(fēng)靡全世界的運(yùn)動(dòng)，研究足球運(yùn)動(dòng)中的物理學(xué)知識(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練和比賽有著積極的指導(dǎo)作用[2]．比如讓足球運(yùn)動(dòng)中的“停球”和“傳球”都用到了力學(xué)知識(shí)．“停球”時(shí)用到了“緩沖”，而“緩沖”方式的力學(xué)原理就是動(dòng)量定理、功和能的相互轉(zhuǎn)化．運(yùn)動(dòng)員用緩沖的方法停球時(shí)，首先是停球部位向前迎接來(lái)球，當(dāng)停球部位與球接觸后，停球部位以慢于球的速度向后撤， 這里“一迎一撤”的動(dòng)作延長(zhǎng)了球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和距離，使球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為對(duì)迎球部位做的功， 由于做功的距離、作用時(shí)間都被延長(zhǎng)，停球部位受到的沖力也相應(yīng)減小， 可以避免運(yùn)動(dòng)員在接球時(shí)受傷．很多運(yùn)動(dòng)員就是在“一迎一撤”的動(dòng)作上沒(méi)有做到位， 而導(dǎo)致球被反彈出去或者運(yùn)動(dòng)員受傷．“傳球”是運(yùn)動(dòng)員的基本功，有長(zhǎng)傳和短傳之分，短傳主要用到了物理學(xué)中的斜拋運(yùn)動(dòng)．長(zhǎng)傳中非常有名的 “香蕉球”就是指弧線長(zhǎng)傳，此時(shí)球在空中的運(yùn)動(dòng)軌跡是一道弧線．這要求運(yùn)動(dòng)員踢球時(shí)對(duì)球的作用方向不經(jīng)過(guò)球心，對(duì)球產(chǎn)生一個(gè)力矩使球在空中高速旋轉(zhuǎn)飛行， 由于球的旋轉(zhuǎn)會(huì)使相對(duì)于球運(yùn)動(dòng)的空氣流速不同， 而對(duì)球產(chǎn)生“馬格努斯力”．

4 “鉛球”運(yùn)動(dòng)中的物理知識(shí)

鉛球是體育中考中的一個(gè)項(xiàng)目，也是體育比賽中常見(jiàn)的項(xiàng)目．鉛球運(yùn)動(dòng)中包含著物理學(xué)中的斜拋運(yùn)動(dòng)，因此，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員將“鉛球”扔出瞬間，鉛球做的是一個(gè)有初始速度的斜拋運(yùn)動(dòng)，其扔出去的最遠(yuǎn)距離是由初始速度的角度、初始速度以及初始高度決定的．而初始高度由于身高的限制，變化不大，初始速度是要經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)員的反復(fù)訓(xùn)練以提高其力量，因此，掌握鉛球的最佳拋射角就成為提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)的最好突破口．假設(shè)出手高度為h，出手點(diǎn)為A，鉛球的落地點(diǎn)為C，A到C的水平距離為x，鉛球的初速度大小為v，出手角度為α，可以列出鉛球的運(yùn)動(dòng)方程

x=vtcosα

(2)

(3)

當(dāng)鉛球落地時(shí)，y的值為-h，則根據(jù)式(2)和式(3)可以求得鉛球運(yùn)行的水平距離

(4)

根據(jù)式(4)，可以求出x的極值，就可以獲得最佳投擲角度．平常訓(xùn)練中，以此角度為參考就可以提高投擲成績(jī)．

5 “排球”運(yùn)動(dòng)比賽中的物理知識(shí)

排球運(yùn)動(dòng)也離不開(kāi)物理原理的運(yùn)用[3,4]，從發(fā)球、進(jìn)攻、接球、傳球、防守都離不開(kāi)力的作用，比如發(fā)球時(shí)，運(yùn)動(dòng)員先要將球拋出，然后通過(guò)不同的方式擊球，并將球準(zhǔn)確地發(fā)往對(duì)方場(chǎng)地，在此過(guò)程中涉及到慣性、動(dòng)量以及力的相互作用等力學(xué)原理．再比如接球時(shí)，如果想接球接得穩(wěn)，必須要有一個(gè)緩沖，這就是動(dòng)量定理，即沖量等于動(dòng)量的變化量，當(dāng)作用時(shí)間t越大時(shí),人受到的力F就越小，緩沖動(dòng)作減小了沖擊力并積累了彈性勢(shì)能．

6 “拔河”運(yùn)動(dòng)比賽中的物理原理

拔河運(yùn)動(dòng)是人們非常喜歡的休閑體育運(yùn)動(dòng)，在拔河運(yùn)動(dòng)中，人們主要受到拉力和摩擦力，而比賽的勝負(fù)主要由拉力和摩擦力之間的合力決定．要想贏得比賽就一定要增大自身的摩擦力．而摩擦力的大小主要受摩擦系數(shù)和正壓力的影響， 所以選擇體重大的運(yùn)動(dòng)員，讓其穿摩擦系數(shù)大的運(yùn)動(dòng)鞋進(jìn)行比賽，這樣就可以增大摩擦力，贏得比賽．

7 “概率和統(tǒng)計(jì)”在體育項(xiàng)目比賽中的應(yīng)用

在比賽中，經(jīng)常也會(huì)遇到一些意想不到的現(xiàn)象，本來(lái)實(shí)力懸殊差距較大的兩隊(duì)，大家都認(rèn)為實(shí)力強(qiáng)的肯定能勝過(guò)實(shí)力弱的隊(duì)，而結(jié)果卻是實(shí)力強(qiáng)的隊(duì)輸了．這樣的結(jié)果其實(shí)也是有科學(xué)原因的．因?yàn)椋瑥母怕屎徒y(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)看，統(tǒng)計(jì)漲落(誤差)與統(tǒng)計(jì)對(duì)象的多少有關(guān)，統(tǒng)計(jì)對(duì)象越少，統(tǒng)計(jì)漲落(誤差)越大．比如足球比賽中，由于統(tǒng)計(jì)對(duì)象較少(進(jìn)球的次數(shù)較少)，因此統(tǒng)計(jì)漲落較大．所以說(shuō)，偶然現(xiàn)象也是包含了某些規(guī)律的，這種規(guī)律造成意外結(jié)果．

8 結(jié)束語(yǔ)

體育項(xiàng)目中包含的物理原理還有很多，將物理理論運(yùn)用到實(shí)際的體育訓(xùn)練中，不僅可以指導(dǎo)學(xué)生更加高效的訓(xùn)練，提高體育成績(jī)，還可以避免受到身體上的傷害．