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简析投掷类运动中的力学原理

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摘要:投掷类运动是田径运动的一种,是十分常见的一种运动,也深受大众的喜爱。投掷类运动水平的高低,在很大程度上受到力学原理应用水平的影响,探究其中的力学原理,对投掷类运动的发展大有裨益。

关键词投掷类运动I力学原理;田径运动

投掷类运动主要包括标枪、链球、铁饼、铅球等项目,在这些项目中,力学知识都有着重要的应用。所有这些投掷类运动,都是以投掷距离的远近来决定运动成绩,这就意味着力学原理会对投掷类运动产生重要的影响。

一、投掷类运动中的力学原理概述

投掷类运动是田径运动的一个大类,所谓投掷类运动,是指运动员利用自身能力和特定技术,将器材向远处掷出的一种运动,因为涉及身体的运动,所以就会与力学存在一定的联系。在分析该运动中的力学原理时,应该对标枪、链球、铁饼、铅球这几个小项分别进行研究,并从中找出相应的力学规律。通过对这几个典型项目的力学分析,可以对投掷类运动有一个更加全面的认识。下面将分别对这四个部分进行说明。

二、力学原理在投掷类运动中的应用

1.标枪运动中的力学原理在田径比赛中,经常看到标枪在空中飞行了很长时间后才落向地面,这其中就有空气动力学在发挥作用。标枪的前端很尖,大大减小了与迎面而来的空气的接触面积,所受阻力也随之减小,这就使标枪的水平速度下降得比较缓慢,从而可以获得更大的飞行距离。标枪在空中能够继续飞行是因为它具有惯性,而它在空中飞行方向的不断改变,是因为受到了重力和空气阻力的作用。标枪运动的轨迹是一条类似抛物线的曲线,在实际比赛中,因为受到风力的作用,标枪的下落点可能会出现一定的偏移,所以在赛场上,无论是裁判员还是其他工作人员,都要注意观察标枪的运动轨迹,防止被扎伤。除此之外,投掷距离也会随着投掷力作用时间的增加而显著增加,这一点可以用物理学中的动量定理=来解释,对标枪本身进行分析,标枪受到的合外力主要是自身的重力、投掷力以及空气阻力,在投掷力不变的情况下,合外力F基本保持不变,公式中的m表示标枪质量,w表示标枪的初速度,想要增大投掷距离,就要增大投掷的初速度,而根据公式,就要相应地增大投掷力的作用时间t。从以上可以看出,充分了解并掌握力学知识中的投掷力及其作用时间,就可以帮助运动员更好地提高自身的训练水平。

2.链球运动中的力学原理

链球运动中包含的力学原理同样很丰富。在链球投掷的过程中,运动员需要双手握着把手,人与链球一起旋转,旋转的位置要控制在指定的圆圈之内,在经过预摆和几圈的加速之后,将球用力甩出。这一过程中,链球先做圆周运动,然后做离心运动,圆周运动的线速度等于角速度乘以半径,对每个运动员来说,其身体半径是确定的,链球的半径也是无法改变的,因此,要想获得足够的线速度,就要增大身体旋转的速度。统计发现,投掷链球距离超过80m的运动员,他们的出手速度已经达到了27m/S,而出手的角度也基本一致,约为40°,绝大部分运动员的旋转圈数是三到四圈。投掷过程中,运动员的身体一边随链球进行旋转,一边还要向前移动,根据惯性定律,身体重心移动得越快,最终链球飞出的速度就会越大,这对于飞行距离的增加大有裨益。链球运动的一大特点就是投掷距离的远近在很大程度上取决于运动员身体的旋转动作完成的质量,因此,对链球运动的力学分析,要侧重于投掷过程中运动员身体的旋转。旋转是蓄积力量的一个过程,通过旋转,运动员尽可能多地将动量转移到链球上,让链球获得最充足前进动力(如图2)。与其他投掷类运动相比,链球的构成更为复杂,既有球体,也有拉链,这就给链球初速度的获取带来了较大困难。因为有拉链的存在,所以与其他投掷类运动相比,链球有着最大的线速度。在平时的训练中,要利用好惯性定律,增大出手前链球的惯性,同时也要根据离心运动的特点,选择最合适的出手时机,让链球获得最大的切向速度。

3.铁饼运动中的力学原理

与链球运动类似,铁饼运动也与物体的旋转紧密相关,在旋转的过程中掷出铁饼,铁饼会做离心运动,利用离心现象,可以将铁饼掷得更远,从而取得更好的运动成绩。铁饼运动中,铁饼自身的旋转是个值得研究的现象。从力学角度看,铁饼的旋转有利于铁饼平稳地飞行,这是因为转动让铁饼具有了角动量,可以让铁饼绕其中心轴稳定旋转,在这一点上,铁饼与陀螺相似。铁饼在空中飞行的过程可以分为两个阶段,即上升阶段和下降阶段。铁饼在空中飞行时只受到重力和空气阻力的作用,在铁饼上升的时候,它的侧面面对迎面来的气流,可以大大减小空气阻力,增加上升的时间。而在铁饼下降时,它的底面正对着空气,受力面积的增大意味着作用力的增大,铁饼受到的空气阻力增加,就可以让它在空中停留更长的时间,从而增大飞行距离。从能量角度来进行分析,在铁饼处于上升阶段的过程中,动能逐渐减小,并转化为铁饼的重力势能,而铁饼下落的过程中,重力势能逐渐减小,并转化为动能,在整个飞行过程中,因为空气阻力的作用,有部分能量转化为热能散失掉了。运动员在掷铁饼的过程中要注意控制身体的平衡。身体的平衡可以让运动员获得最大的投掷力,让铁饼获得更大的动量,从而尽可能地增大铁饼运动的距离。掷铁饼训练的就是各阶段动作中身体的平衡训练,上半身和下半身、四肢和躯干都要保证受力的平衡。身体的平衡最终会转化为铁饼运动的稳定。运动越稳定,受到的空气阻力就越稳定,相同时间内能量的损失就越小,因而就可以获得更远的投掷距离。力学原理在铁饼运动的多个方面都有所应用,有了力学原理的帮助,再加上科学的训练,运动员就可以用相同的力获得更远的投掷距离,提高运动成绩。

4.铅球运动中的力学原理

铅球是投掷类运动中最为常见的一种,它的掷出方式有滑步式和旋转式。铅球运动中应用力学原理,其目的是为了更好地利用身体力量,增大投掷距离。铅球对爆发力的要求较髙,需要全身力量的配合,从脚部发力开始,一直到手臂发力,都需要进行合理的应用。滑步式与旋转式孰优孰劣,一直是铅球运动研究的课题。滑步式需要运动员有一个强壮的身体,借助有力的臂膀,利用地面的支持力和自身的力量将铅球掷出,这种方式较为直接,加速较少,可以在很短时间内让铅球获得最大的掷出速度。从力学角度来看,旋转式推球对于身体条件不突出的运动员更为有利,利用旋转可以让运动员身体更多的肌肉群发挥作用,增大铅球获得的能量。旋转可以让铅球与运动员的接触时间增加,在整个推球过程中,运动员都在对铅球做功,接触时间增长的同时,做功的距离也在加大,因此,铅球最终获得的能量也得以增加。身体条件不是特别突出的运动员,利用旋转技术和自己相对灵活的身体,可以在很大程度上增大铅球的投掷距离。而身体较为强壮的运动员,则更加适合滑步式推球方式。由此可见,仅仅是铅球投掷方式中,就包含了如此丰富的力学原理,这足以说明,力学原理对铅球运动水平的提高是至关重要的。

三、结语

以上的分析充分说明,力学原理在投掷运动中发挥了极为重要的作用。可以说,正是因为力学原理的作用,才让投掷类运动充满了魅力,才让运动员能够不断挑战自我,并突破自我。

参考文献

[1]柳利芳,包美红.谈铅球运动中的物理原理[J].中学物理教学参考,2007,36(11),15-16.

[2]贺楠.投掷类运动项目的物理原理研究[J].中学物理教学参考,2017,46(18):66-67.

[3]喻丽霞.投掷项目专项力量素质训练中核心力量训练研究[J].新课程学习(下),2012(5):68-69.

[4]姚宪国.试述核心力量对田径投掷的意义[J].体育世界(下旬刊),2014(1):63-64.

[5]樊浩,钟广清.投掷运动中最佳起投角与出手角分析[J]?武陵学刊,1998(6):58-59.

作者:李红伟 单位:河南警察学院

实验力学杂志责任编辑:陈老师    阅读:人次
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