體育運(yùn)動(dòng)中的物理知識(shí)

陳敬艷 陳慶豐 齊海燕 陳紅君

（1.長(zhǎng)春師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130032；2.東北師范大學(xué)附屬中學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130117）

0 引言

很多人都喜歡體育運(yùn)動(dòng)，但是有很多人不懂其中運(yùn)用到的物理知識(shí)。目前的物理教學(xué)中缺乏與體育運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，使得很多學(xué)過物理的人不懂得體育運(yùn)動(dòng)中的物理知識(shí)。隨著人們生活水平的提高和社會(huì)的發(fā)展，體育運(yùn)動(dòng)越來越流行，越來越被重視。體育運(yùn)動(dòng)中蘊(yùn)涵許多物理知識(shí)，體育工作者和教練為了提高體育比賽中的成績(jī)，總結(jié)出來很多物理學(xué)知識(shí)運(yùn)用到體育賽事中，達(dá)到最省力、最高效的目的。[1]乒乓球，籃球，足球，網(wǎng)球，滑冰，拔河，跳高，等運(yùn)動(dòng)在我們?nèi)粘Ｉ詈艹Ｒ?，這些運(yùn)動(dòng)的普及和提高，關(guān)系到全民的身體素質(zhì)，也關(guān)系到國(guó)家的榮譽(yù)。[2]

1 乒乓球中的物理知識(shí)

乒乓球是中國(guó)的國(guó)球，也是世界流行的球類體育項(xiàng)目，我國(guó)在乒乓球歷史上占有很高的地位。在乒乓球運(yùn)動(dòng)中用到了很多物理知識(shí)，譬如，將一踩癟的乒乓球，放在熱水里，里面的氣體由于溫度升高，體積膨脹，會(huì)使乒乓球復(fù)原。這一現(xiàn)象充分體現(xiàn)了氣體的熱脹冷縮的特點(diǎn)，使得同學(xué)對(duì)熱學(xué)知識(shí)充分理解，更為運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練中充分使用乒乓球提供了理念依據(jù)。在乒乓球比賽中發(fā)球的好壞，是運(yùn)動(dòng)員取得勝利的必要條件，運(yùn)動(dòng)員發(fā)球過程中乒乓球的運(yùn)動(dòng)分為四個(gè)階段：

第一階段：將乒乓球豎直上拋后，到達(dá)一定高度，運(yùn)動(dòng)過程中乒乓球的動(dòng)能在減小，重力勢(shì)能在增加，最高點(diǎn)處動(dòng)能為零，重力勢(shì)能最大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。

第二階段：乒乓球由最高點(diǎn)處?kù)o止下落直到接觸球拍的瞬間，球的高度越來越小，速度越來越大，這個(gè)過程中乒乓球重力勢(shì)能逐漸變小，動(dòng)能逐漸變大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

第三階段：乒乓球由接觸到球拍發(fā)生彈性形變的最大時(shí)刻這個(gè)過程中乒乓球的速度越來越小，而它的彈性形變?cè)絹碓酱?，?dòng)能逐漸變小，彈性勢(shì)能逐漸變大，因此是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能。

第四階段：由彈性形變最大至恢復(fù)原狀。這個(gè)過程中乒乓球的彈性形變?cè)絹碓叫?，它的速度越來越大。?dòng)能逐漸變大彈性勢(shì)能逐漸變小，因此，它是彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。同時(shí)，球拍給乒乓球施加了外力的作用使球飛速的運(yùn)動(dòng)出去。探討了能量的相互轉(zhuǎn)化，通過發(fā)球的高度，球的彈性變形的狀況改變球的速度變換發(fā)球技術(shù)，學(xué)會(huì)了物理知識(shí)，提高了發(fā)球不平。

2 舉重中的物理知識(shí)

在舉重比賽中，運(yùn)動(dòng)員上場(chǎng)前總要在手上擦些“白粉”。這種白色粉末叫“碳酸鎂”，通常又稱為“鎂粉”。碳酸鎂的質(zhì)量很輕，具有很強(qiáng)的吸濕作用。運(yùn)動(dòng)員在比賽中，手掌經(jīng)常會(huì)出汗，這對(duì)體操和舉重運(yùn)動(dòng)員來說是個(gè)非常不利的因素，因?yàn)闈窕恼菩臅?huì)使摩擦力減小，使運(yùn)動(dòng)員握不住器械，不僅影響動(dòng)作的質(zhì)量，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)使運(yùn)動(dòng)員造成失誤，甚至受傷。碳酸鎂的作用就是吸去掌心的汗水，同時(shí)增加掌心與器械之間的摩擦力。這樣，運(yùn)動(dòng)員就能握緊器械，有利于提高動(dòng)作的質(zhì)量。

舉重的基本原理是應(yīng)用經(jīng)典力學(xué)方法建立搬舉動(dòng)作的力學(xué)模型，定義下肢與地面夾角θ 為廣義坐標(biāo)，考慮均勻舉重方式，假定重物提升y1 和軀干角α 與θ 的微分約束關(guān)系，通過對(duì)多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程求解，求得髖角β 的加速度曲線及髖部的內(nèi)力和內(nèi)力矩，并求得便于深入討論力學(xué)及理解析表達(dá)式。通過分析表明，舉重動(dòng)作髖部?jī)?nèi)力、內(nèi)力矩大小主要和舉重時(shí)角加速度有關(guān)，盡量控制以均勻方式舉重方式是舉重的理想方式。

3 拔河中的物理知識(shí)

在拔河比賽中是不是哪一隊(duì)的力氣就一定能勝利呢？這并不是個(gè)簡(jiǎn)單的力量相加的問題。根據(jù)作用力與反作用力原理，參加拔河的兩個(gè)隊(duì)伍中A 對(duì)B 施加了多大拉力，B 對(duì)A 也同樣也產(chǎn)生一樣大小的反作用力?？梢?，雙方之間的拉力并不是決定勝負(fù)的因素。通過受力分析，當(dāng)所受的拉力小于與地面的最大靜摩擦力就不會(huì)被拉動(dòng)。所以如何增大與地面的摩擦力是勝負(fù)的關(guān)鍵。大家知道，靜摩擦力與兩個(gè)值是成正比，一是摩擦系數(shù)，二是對(duì)接觸面的壓力。于是要設(shè)法增大上述兩項(xiàng)值才能贏得比賽，首先，隊(duì)員的體重越重對(duì)地面的壓力就越大，靜摩擦力也會(huì)隨之增大。其次，要穿上鞋底花紋較深較大的鞋子，也可以增大摩擦系，使摩擦力增大。

4 跳高中的物理知識(shí)

跳高的姿勢(shì)經(jīng)歷了由滾式、跨越式、剪式、背越式的演變。這一次又一次的演變，是向著“能量最低原理”方向努力的。每一次的演變都使人體重心降低了，由于機(jī)械能守恒定律，一定量的動(dòng)能只能轉(zhuǎn)化成一定量的勢(shì)能，所以要用同樣的動(dòng)能跳過更高的桿，唯有降低運(yùn)動(dòng)員過桿時(shí)的重心，所以人們一次次的找出使人體重心降低的方法。這就是人們更好地應(yīng)用物理知識(shí)的結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)

除了這些運(yùn)動(dòng)之外，還有很多體育運(yùn)動(dòng)中都運(yùn)用到了物理知識(shí)。物理學(xué)既是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，又是一門應(yīng)用科學(xué)，體育運(yùn)動(dòng)不僅是以身體練習(xí)為基本手段，以增強(qiáng)人的體質(zhì)，促進(jìn)人的全面發(fā)展有組織的社會(huì)活動(dòng)群眾體育，還是競(jìng)技體育，代表著國(guó)家。因此，體育運(yùn)動(dòng)中蘊(yùn)涵著許多物理知識(shí)，了解和掌握物理學(xué)知識(shí)，進(jìn)而將其運(yùn)用到體育運(yùn)動(dòng)中，在生活中學(xué)習(xí)知識(shí)，在運(yùn)動(dòng)中體驗(yàn)知識(shí)，在比賽中發(fā)揮知識(shí)，不但會(huì)讓物理貼近學(xué)生，讓學(xué)生更加喜歡體育運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)體育運(yùn)動(dòng)的發(fā)展具有重要意義。

［1］王則珊.學(xué)校體育理論與研究[M].北京：北京體育大學(xué)出版社，1995.

［2］喬際平，劉甲岷.物理創(chuàng)造思維能力的培養(yǎng)[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，1998.