体育运动中的力学

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1、体育运动中的力学PB05000809施成浩一．乒乓球运动是我们喜爱的一种体育活动，其中包含许多力学知识，用力学知识来指导乒乓球运动，可以使我们对物理知识会有更深的理解，对乒乓球运动会更加热爱，在乒乓球运动中主要有以下几方面与力学知识有关。1、力矩与球的旋转在乒乓球运动中，旋转球是克敌制胜的法宝，那么如何使球能在前进中旋转呢？如图1所示:给物体施加一个过质心“O”点的推力，该物体就只能沿力的方向平动。FF图1图2如图2所示;给物体施加一个偏离质心“O”点的作用力，物体就可在F的作用下既平动又产生旋转，其转动效果由F对O点产生的

2、力矩的大小决定。由以上分析可知，要使乒乓球旋转起来，则要求给球施加一个不通过其球心的力的作用。2摩擦力与球的转动使球转动的关键在于作用在球上的力不通过球心，而这个力来源于球拍对球的摩擦力。如图所示，在拍击球的同时，使拍球对球有相对运动就能产生摩擦力。F摩如图，拍击球的瞬间向上拉动球拍，则球受F弹和F摩两个力的作用，F弹过球心不产生力矩，球在F弹作用下向前飞行的同时，F摩与球相切，产生使球逆时针旋转的效果，这即是乒乓球运动中的上旋球。F弹实际上在乒乓球运动中的:切、削、搓、拉、带、提等技术动作都是指拍与球接触瞬间使拍与球产生侧

3、向相对运动，从而使球受到侧向摩擦力作用，而产生旋转。3、动量定理与接发球乒乓球运动中，对付高速、强旋球是非常困难的，如果对动量定理有深刻的理解，加上平时的刻苦训练，对付起来也会容易一些。动量定理告诉我们，冲量等于物体动量的改变，可用以下公式说明:F·t=△(mv)当接高速强旋转球时，要对球进行减力，必须延长球与板拍间的作用时间，而延长作用时间的万法，可以从选择球拍上着手，球拍选择软质的球拍，可延长作用时间t，从而减小作用力F。而在球拍选好的情况下，要减力，则要求运动员握拍要松弛，这样也能对来球起到缓冲作用，从而减小球与拍间的

4、作用，而不至于使回球出界。4、速度、加速度与攻防乒乓球运动中，运动员在进攻时，要收到较好的进攻效果就必须使球偶高速的运动和较强的旋转。如何使球产生更大的速度呢?主耍是增大拍对球的打击力。从而使球产生较大的加速度，在瞬间使球产生一个较大的速度。例如，设乒乓球质量为m，拍对球的打击力为F，则在这种打击力作用下产生的加速度为a(即a=F/m)，如果作用时间为t，则有球速v=at=F/m·t，可见球速的大小主要取决于拍对球的作用力。而在防守时，则必须首先判断来球的速度、旋转和落点等，做好应对准备以争取反应时间，提高防守能力。5、物理

5、知识与球拍的选择选择一适合自己的球拍能更快的提高运动水平，在运动中不同的人对球有不同的打法和不同的理解，技术动作也个不相同。对快攻型选手，要求争取时间使打出的球速度快，具有较大的威胁，这样就要求选择能产生强弹力的较硬的球拍。对削球型选手和以弧线球取胜的选手，主要是使球在运行过程中产生高速自转来增强攻击能力，这时选择的球拍要有较大的动摩擦因素，且拍质较软的球拍，让球可在拍面上产生较长的时间接触，便摩擦力对球的作用时间能更长，从而产生更强的旋转。而对于初学者来说，选择的球拍要求质地松软，且拍面较光滑，这时就不会因为技术动作的不熟

6、练和经验不足导致接球失误。当然要选择好球拍还要对不同球拍的性能以及能发挥的作用有一个清楚的认识。二．篮球运动也是一项很流行的运动。在打篮球的的投篮问题就是一个力学问题。假如一个篮球运动员站在三分线处投篮，三分线离篮的距离是6.25米。篮圈离地面的高度是3.05米。运动员投篮时出手点的高度是2.23米。如果你是那个运动员，你应该怎样出手才能使命中率最高。可能有很多人喜欢打篮球但也许很少人想过这个有趣的问题。应该怎样出手才能使命中率最高呢？这个问题可能有点复杂，是斜抛运动的问题，但是我们可以做一点假设，使这个问题简化：设篮球是一

7、个质点，且忽略空气的阻力。三分线处立定投篮是出手点到篮圈的距离是常数。我们可以选择如下坐标系；取出手点O和篮圈中心点A的连线方向为x轴，y轴和x轴在同一铅垂面内且垂直于x轴指向斜上方。出手速度v与x轴的夹角为a.显然x轴与水平线的夹角为b为常量如图：yxvab篮球出手后在x,y方向均为匀减速运动，方程为：（1）x=vcosa*t-1/2*gsint2（2）y=vsina*t-1/2*gcost2对与A点，以y=0代入式（2）得，篮球自出手点O到达篮圈中心A点需时间为（3）t=2vsina/gcosb求出射程x，出手角度c（c

8、=a+b）和出手速度v之间的关系为（4）其中，x和a为常量，故v是c的函数v(c),式子（4）决定的运动员的出手速度和角度，可使篮球入篮。然而即使是训练有素的运动员也不可能严格的按照式（4）决定的v,c投篮球。为此要寻找一个出手角度c0（将c0代入式（4）可求得相应的出手速度v0）,使得c