在体育运动中的物理学

1、.在体育运动和体育训练中的各种运动器械上，都存在着运动者的举、压、推、拉、跑、蹬、踢、打、击、投、弹跳等力的作用。与力有关的这些运动都包含着丰富而深奥的物理知识，如果运动者懂得这些知识并加以运用，必会提高自己的运动成绩和竞技水平。特别是在提倡素质教育、重视学生能力教学的今天，如果我们教师和教练在课堂上不失时机地讲解有关的这方面知识，必会提高他们参入运动的积极性，使他们感到学有所用、学有所得，便于巩固学到的科学文化知识，还能最终达到完成教育教学任务的目的。下面我们来谈谈物理知识在体育运动中的一些应用。 一、物理中的“速度” 物理学里，速度是用来反映物体运动快慢的物理量。运动场上的各种运动几乎都有

2、一个速度快慢的问题。例如田径运动中所有的径赛及皮划艇和游泳比赛等，都是以计时的多少来确定运动员的快慢和比赛成绩的。计时员根据跑或游相同的路程所用的时间长短来决定快慢；而正在看台上观看比赛的观众则根据在相同的时间内跑或游的路程长短来判断快慢（即看到在前面的运动员快）。另外，在学校运动会上进行的百米赛跑比赛中，计时员一定要看发令枪“冒烟”时开始计时，而不是听发令的“枪声”时开始计时。因为看“冒烟”是以光速传播，声音在空气中的传播速度只有340米/秒，声音传到终点大约需0.29秒的时间，而光传播100 m所需的时间非常短（几乎不需要时间），所以计时员看发令枪“冒烟”计时比听“枪声”计时要准确得多。

3、还有各种球类运动中的“快攻战术”就是利用速度的定义，快速奔跑、快速移动、摆脱对手、寻求空挡，达到完成“快攻”的目的。所谓“快攻”，就是运动员在运动过程中增大运动速度，即进行加速运动。根据牛顿第二定律，运动员进行加速运动，必须用力；如果运动员在运动过程中匀速运动，则不需要用力。 在激烈的比赛中，为了达到目的，某一方队员常常利用这方面的知识来实施战术，俩队员相互配合，采取一队员在运动过程中不断加速，给对方比赛队员施加心理压力，迫使对方队员也加速，消耗对方队员的体力或造成对方队员犯规；而另一队员则进行匀速运动，保存体力，达到最后胜利的目的。例如，2000悉尼奥运会上，我国优秀运动员王丽萍就是靠队友的

4、配合而获得20公理竞走冠军的。二、物理中的“摩擦” 物理学里，摩擦力的大小跟压力的大小和接触面的粗糙程度有关。任何物体在运动过程中都要受到摩擦力的作用，参入各种运动的运动者和运动器械也会受到摩擦力的作用。 有些运动项目，为了提高运动者的成绩，需要增大摩擦力。例如，在百米赛跑中，运动者必须穿着底上带有鞋钉的跑鞋；还有体操运动员和举重运动员在比赛之前，总是要在手上抹些镁粉，这样做的目的都是为了增大摩擦力便于提高运动成绩。采取的方法都是增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力的。特别是体操运动员在杠上做回环动作时，手握杠又不能太紧（即不能增大手对杠的压力来增大摩擦），所以，在手上抹些镁粉来增大摩擦就显得尤为

5、重要。还有球类运动的一些器械，在制造时，都考虑到了增大摩擦的因素。例如，足球守门员戴的手套、篮球表面上的花纹、乒乓球正胶球拍胶皮上的胶粒长短和反胶球拍胶皮上的粘性度、铅球表面铸造得很粗糙等，都是采取增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力的。三、 物理中的“抛体运动” 体育运动中的铅球、标枪、铁饼及足球射门和投篮等运动都属于物理学中的斜上抛运动，为了提高运动成绩和进球门技术，必须掌握好初始速度方向（即投射方向）；另外铅球、标枪和铁饼要尽量增大初始速度的大小，而足球射门和篮球投篮时，又必须控制好初始速度的大小和方向。 抛体运动是一种复杂的机械运动，在理想情况下（即不考虑空气阻力），斜上抛运动物体的初始速

6、度大小一定时，当初始速度方向与水平方向成45度角时，运动物体有最大射程（即抛体的水平方向距离），此距离正是铅球、标枪和铁饼要计算的成绩。由于抛体的初始速度受运动员的体能限制，所以，在一定程度上，运动员的成绩好坏决定于抛体的初始速度方向。实际上，任何运动的物体在空气中均要受到阻力，所以，要提高运动员的成绩，运动员需根据自己的经验，使初始速度的方向与水平方向略大于45度角投射。四、 物理中的“惯性” 任何物体都具有惯性，运动着的物体具有继续保持运动状态的性质。惯性即有利，又有害。运动员在运动场上进行的各种项目的运动，有时要利用惯性，有时又要防止惯性，才能提高运动成绩和竞技水平。例如，跳高、跳远及标

7、枪运动中的助跑过程，且标枪运动员在投标枪之前，手臂要尽量向后伸摆，这些必要的动作都是为了利用惯性。而运动员在跑到百米冲刺的终点时，不能及时停下来，还得逐渐减速地跑一段距离；篮球运动员在进行三步上篮时，投篮的一瞬间不能正对篮环中心，否则由于惯性，反而投不中，而是要落后篮环中心一点投球，这些都是为了防止惯性。还有投掷铁饼的选手，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。五、物理中的“功能原理”及“机械能守恒” 所谓功能原理，就是外力对物体做的

8、功等于物体机械能的增加。当没有外力对物体做功时，物体机械能不变，即机械能守恒。机械能又包括动能、重力势能和弹性势能，且物体在运动过程中，动能、重力势能和弹性势能可以相互转化。例如，跳水运动员为了获得足够的高度，在起跳前，必须用力向下蹬跳板，将跳板的弹性势能最终转化为自己的重力势能，便于在空中做旋转动作。在举重运动中，运动员对杠铃做的功等于增加杠铃的重力势能与增加自己的重力势能之和。由于杠铃比较重，运动员要想获得成功，一般要经过三个阶段。在第二个阶段中，由于杠铃增加的高度最大，运动员需做的功也最多，难度当然最大。所以，我们经常看到，运动员在完成第二个阶段的瞬间，都要将双脚前后分开，这样做的目的是

9、为了降低一点高度，减少一点重力势能的增量，便于杠铃能举过自己的头顶。为了顺利地完成第三个阶段，双脚也不能分得太开，否则会增加最后阶段的难度。还有跳高、跳远以及各种投掷体的运动等都含有此方面的知识内容。六、 物理中的“冲量”及“转动惯量” 物理学里的冲量等于作用在物体上的力与力的作用时间的乘积，作用在物体上的冲量等于动量的改变量。当动量的改变量一定时，如果力的作用时间越长，则作用在物体上的力越小。冲量定律的这种特例在各种体育器械及运动中的应用非常普遍。例如，供跳高运动员着地用的海绵垫、供跳远运动员着地用的沙坑，都是为了延长力的作用时间，从而减小运动员着地时受到的作用力，确保运动员着地时不受损伤。

10、还有在篮球运动中，运动员在接已方队员传过来的篮球时，双手往往要伸前顺着来球的运动方向后移接球。这样做的目的也是为了延长篮球对手的作用力时间，从而减小篮球对手的作用力大小，便于稳稳地接住飞来的篮球。我们还经常看到，在比赛场上，有经验的运动员在场地上摔倒时，会顺势翻滚来延长着地的时间，从而减小地面对人体的作用力。在羽毛球、乒乓球、网球、排球等运动中，选手们在击球的瞬间，球的运动情况都含有冲量定律的内容。 如果物体受到某一力矩的作用，此物体就会围绕某一固定轴旋转。当转动惯量一定时，力矩越大，则旋转越强烈。例如，乒乓球选手拉的弧圈球，都是设法引用球拍给乒乓球以摩擦，对乒乓球施一力矩的作用而产生的。现在

11、，国际乒联决定，改“小球”为“大球”后，由于“大球”的转动惯量比“小球”的转动惯量大，所以，球的旋转没有以前强烈。还有足球运动员射门和排球运动员发球时，为了造成对方球员接球的难度，都会适当地给球一力矩的作用，使球产生旋转。还有铁饼选手在投掷的一瞬间，也要给铁饼一力矩的作用，使铁饼在空中加速旋转，从而提高比赛成绩。 如果正在旋转着的物体，不受力矩的作用，则转动惯量与角加速度的乘积是一恒量。当旋转着的物体转动惯量增大时，物体的旋转就会减慢。跳水运动员落水和体操运动员着地时，都要利用到这方面的知识。因为，他们在空中都要进行旋转动作，跳水运动员要获得最佳的落水效果，落水时，必须尽量避免旋转；而体操运动员要保证着地时立稳，也要避免旋转，所以，他们在入水和着地的瞬间，都采用伸长四肢的办法来增大身体的转动惯量，从而减小旋转速度。确保顺利完成比赛。 在现代的教育、教学观念中，要求学生掌握科学文化知识的同时，特别重视培养学生对知识的应用能力，将单一型人材的培养转化为复合型人材的培养，使得教学中注重了学科之间的渗透。在近年来的高考、中考命题当中，也经常出现各学科之间相联系的试题，物理与各