投掷项目技术的力学分析   

作者:◆赵宝林 王立松   时间:2022-08-09 16:54:22  来源:  阅读次数:191次 ]

 (北京电子科技职业学院)

  关键词:技术、力学、曲线。

  田径运动是由走、跑、跳跃、投掷等运动项目所组成,用以锻炼身体和组织赛事的运动项目。田径运动历史悠久,原始人类在同大自然的搏斗中,逐渐形成了走、跑、跳跃、投掷、攀登,这种人类最基本的活动技能世代相传,逐步发展成为娱乐活动,教育手段和体育竞赛项目。

  田径的这些运动项目,在运动过程中,从生物力学、理论力学的角度来看其实是物体改变运动状态的过程。根据牛顿第二定律 a∝F,

  a M F =

  ?

  ?

  ,a∝

  M

  1

  ,因此力是物体改变运动状态根本

  原因 也是物体获得加速度原因,物体的质量是惯性的量度,质量越大的物体惯性越大,改变其运动状态就越难,需要作用在该物体上的力就越大,力从性质分类可分为重力、弹力,摩擦力即(mg、kx、μN)根据牛顿万有引力定律

  2

  r

  m M

  G F =

  人体受到地球

  施给的吸力称重力,人体是重力的受力者、重力的方向竖直向下,重力的大小称为人体的重量。从理论上讲,同一物体的重量在地球表面的不同位置会有很微小的变化,在一般情况下,可忽略不计,这个变化是重力加速度ɡ的变化而产生的 G=mɡ,用人体静力学研究人体从事体育运动的平衡问题,分析人体处于平衡状态时所受个作用力之间的关系,静平衡动作的力学条件是 1、重心位置不变,重力作用线通过支撑面 2、物体所受外力的合力为零,不通过物体重心的各力所产生的力矩之合为零 3、运动学物理量——速度、加速度、角速度、角加速度都为零。评定体育动作,分析技术或纠正错误动作都离不开分析人体重心的位置及其变化,人体运动力学应用时间和空间概念,定性或定量地描述动作的特点,探讨物体位置的变化和时间的关系。研究物体平动和转动中的位移、角位移、速度、角速度、加速度、角加速度随时间变化的规律。

  在田径运动中人体和物体的运动曲线可分为直线运动和曲线运动,有时同时参与直线运动和曲线运动,如跳远、三级跳远,那么物体在什么情况下产生直线运动,在什么情况下产生曲线运动哪?我们知道在物理学中速度υ力F加速度a都是矢量即有大小又有方向,当力 F 的方向和速度υ的方向夹角为 00 或 180 0 时

  物体将做支线运动,当力 F 的方向和速度υ的方向不为 00 或 180 0

  时物体将做曲线运动,当力 F 的方向和速度υ方向的夹角始终垂直即 90

  0 时物体将做圆周运动,在田径运动中研究曲线的特点就要研究力 F 和速度υ的夹角关系,这就是问题关键。

  现以链球及铁饼为例用生物力学及动力学的观点分析其影响运动成绩的几个物理量,链球及铁饼是田径项目中的投掷项目,成绩的好坏决定于物体的飞行速度,先以链球和铁饼为例,链球和铁饼在整个运动过程中参与了两个运动,为获得物体的初速度,首先参与的是一个圆周运动,当链球和铁饼达到一定初速度后会将链球铁饼抛出。此时链球和铁饼的运动轨迹是斜上抛运动,那么影响链球和铁饼飞行距离有哪些因素哪?我们先从运动场地说起,链球和铁饼的场地是 R=2.135m 的圆形场地,这就给物体的运动形式带来了一定的局限性,使物体直线加速成为不可能,要使物体获得一定初速度,物体要有一定的运动时间运动距离,为此我们必须在圆形场地内,人和链球铁饼一起做圆周运动,只有这样链球才能得到充分加速下面介绍几个物理的公式,斜抛运动的运动方程式 H =v 0 tSInɑ-ɡt

  2 、

  x=v 0 t cosα斜抛运动其实

  事由竖直上抛运动和 X 方向的匀速直线叠加而成的。从运动方程来看影响物体距离物理量有初速度,物体飞行的时间,出手的角度。根据二次函数的极値当,t=υsinα/ɡ时 物体飞行距离有极大值 X=υcosαυsinα/ɡ=υ

  2 sinαcosα/ɡ=υ 2 2sinαcosα/2

  ɡ=υ

  2 sin2α/2ɡ,当 sin2α=1 时即 2α=90 0 ,α=45 0 ,有极大值X max =υ

  2 /2ɡ.当然这是理论状态.由于地斜角的作用在实际抛投的角度在 38

  0 左右,在时间 t 和出手角度α锁定后,影响运动成绩只有初速度υ,而且υ和χ的关系是平方关系。要求链球和铁饼出手时获得一个较大初速度υ,就要有一个加速过程需要一个加速距离和时间,由于场地的局限性,作直线运动的距离很短,不能是链球和铁饼获得理想的初速度υ 0 因此在链球和铁饼技术都采用旋转加速的方法,为链球和铁饼的加速提供了足够的运动距离和时间。要使物体做圆周运动就要提供足够的向心力F=mυ

  2 /R=mω 2 R (υ线速度ω角速度υ=ωR)提供链球和铁饼做圆周运动的向心力是人体与地面的

  摩擦力所提供的 f=μN=Mɡμ, M

  ɡμ=mω

  2 R,

  R

  M

  m

  g m

  w =

  (M、m 分别代表人体的质量和链球、

  铁饼的质量)因此链球和铁饼运动员要求要有一定的身高和体重,要使链球和铁饼获得大的角速度,就要提供大的向心力,这就要求运动员要有较大的体重和地面产生较大的摩擦力。在旋转开始阶段运动员要尽量使身体团紧手臂弯曲就是要减小链球和铁饼旋转的半径,使练球和铁饼获得更大的角速度。因为角速度ω与旋转半径 R 是成反比的,当链球和铁饼获得了足够大的角速度后,也就是链球铁饼即将出手的时候,链球和铁饼的运动将由圆周运动改变为斜抛运动,链球和铁饼将按圆周的斜线方向飞行,角速度将转化成线速度。要使链球和铁饼在一定角速度的情况下获得更大线速度,要求运动员此时打开身体,伸直双臂增大旋转的半径。因为在角速度一定的情况下线速度与旋转半径成正比的υ=ωR.以上用力学及运动学的观点对练球和铁饼的技术要领进行分析,队链球和铁饼的技术要领提供了一些理论依据,当然链球和铁饼的运动成绩还受到运动员的心理因素,空气动力学的影响,再此就不作近一步的探讨了,在以后的研究中再作研究。


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