跳水跳板的力学浅析
跳水跳板的力学浅析

跳水跳板的力学浅析一, 问题背景跳水作为一项传统体育项目,为众人所熟知。
然而跳水这一简单的体育运动的背后却蕴含着复杂的力学原理。
本组从跳水的基本器件跳水跳板出发,以材料力学的基本原理为指导,进行一些基本研究。
二, 解题思路及方法(一),首先对跳板进行简化分析1,研究构件:跳水跳板(起跳过程简化)=简支梁+悬臂梁 (说明:其中力F 模拟运动员起跳时对跳板所施加的力,假设跳板受力瞬间不变形。
)ABlla F F B +=la FF A =Fla图一:跳水跳板受力简化2,分析其中的形变情况:(1),弯曲内力分析:跳板的剪力图和弯矩图图二:跳板的剪力及弯矩备注:挠曲线近似微分方程:EIW``= -M(x)根据最大弯曲正应力公式:62maxmaxbh W W=(二),构件受冲击荷载作用时的动荷载因数计算构件如图四(研究BC 段跳板),假设板最大位移时仍在线弹性范围 内,则达到最大位移时减少的势能p E , 将等于积蓄在板内的应变能d V ε。
即:p dE V =ε (1)最大位移减小的势能为:)(d p h P E ∆+= (2)应变能d d d F V ∆=21ε 而板最大位移与冲击力的关系为EIa F d d 483=∆ (3)所以可以推出: 23)48(21d daEI V ∆⨯=ε (4) 将(2)(5)代入(1)可推出:232321)(48)48(21)(d d d d h EI Pa a EI h P ∆=∆+⇒∆⨯=∆+将EIPa 483用st ∆替代,st ∆为将冲击物的重量P 当作静荷载时,板在被冲击C 处的静挠度。
于是将上式改写为:0222=∆-∆∆-∆h st d st d由此解得d ∆两个根,并取其中大于d ∆的一个,即:st std h∆∆++=∆)211(于是得到动荷载因数:std hK ∆++=211dP图四:构件受物体冲击作用三,例题分析1,跳水板的具体尺寸如图所示,其横截面为矩形,尺寸为b = 0.5m ,h = 0.05m ,跳板的弹性模量E = 70GPa ,比重γ = 25kN/m 3,a = 3.2m ,l =1.6m 。
情景切入 跳板跳水运动员起跳时,弯曲的跳板产生弹力把运动员弹起来

跳板跳水运动员起跳时,弯曲的跳板
产生弹力把动员弹起来
知能点1:认识形变
1、形变 物体在外力作用下,发生形状或体积的改变称形变 2、分类: 形变可分为两类:弹性形变和范性形变 形变的具体形式:多种多样 3、理解说明: (1)、有些形变微小,需用巧妙的实验观察 (2)、无特殊说明,今后提到的均为弹性形变
探究讨论
• 弹簧测力计的示数为什么是均匀的?
知能点3:弹力的大小—胡克定律
• 文字表述:在弹性限度内,弹簧的弹力跟它的形变 量(伸长量)成正比
公式表示:F=KX
• 理解说明 (1)“K”是由弹簧自身的长度、材料、粗细等因
素决定,它是某根弹簧的一种力学性质,与弹簧 形变量无关; (2)弹簧有一定的限度,否则撤去外力后弹簧不 能恢复原状,这个限度称弹性限度。
1、常见几种弹力方向:(表达多样、精神“形变恢复”) 平板的弹力(支持力)垂直板面指向被支持的物体
曲面的弹力(支持力)垂直曲面在该处的切平面,指向 被支持的物体
支承点的弹力(支持力)垂直于他接触的平面(或曲面 在该处的切平面),指向被支持的物体
绳子中的弹力沿绳指向收缩的方向
探究讨论
分析下列各图中棒或球所受的弹力并画出受力示意图,
知能点3:弹力的方向
1、弹力的方向: 总是与使物体发生形变的外力的方向相反 (或总是指向形变恢复的方向) 2、判断步骤: 明确产生弹力的物体(面、板、绳、簧等) ——找出使该物体发生形变的外力方向 ——确定该物体产生的弹力方向 (或明确产生弹力的物体(面、板、绳、簧等) ——找出产生弹力的物体的形变 ——恢复形变的方向即产生的弹力方向) 3、常见的几种弹力方向:
各接触面均光滑(其中a图中地面粗糙).
回顾小结
跳板跳水“合板”实验研究

跳板跳水“合板”实验研究摘要:本文旨在研究跳板跳水“合板”的特性。
我们以样本为基础,通过观察测试和实验,发现跳板跳水“合板”的速度、感知程度以及影响它的外部因素。
结果表明,跳板跳水的“合板”比跳板跳水的“单板”能够更快地完成任务,并且在感知能力上也得到了显著提升。
关键词:跳板跳水,合板,测试,速度,感知能力正文:一、研究背景跳板跳水,也称为立体跳水,是由体育运动项目引出的一种水上运动竞技项目,它包括悬挂在池顶上3米、5米、7米、10米4种高度的板子,在判断官的口令下,运动员需要从板子上跳水,并完成起跳和技术动作要求,最终以分数进行考核。
二、论文目的本文旨在研究跳板跳水“合板”的特性。
在此基础上,我们研究跳板跳水“合板”的速度和感知程度,以及影响它们的外部因素。
三、研究方法我们以30名随机受试者为样本,进行了实验和观察测试,采用了跳板跳水“合板”和“单板”的双板模式。
实验的步骤包括:受试者熟悉“合板”和“单板”两种模式,然后按照随机方式对板子进行实验,最后在实验结束后以感知能力和分数为指标进行测试并进行数据分析。
四、实验结果结果表明,跳板跳水的“合板”比跳板跳水的“单板”能够更快地完成任务,而在感知能力上也得到了显著提升。
五、总结通过本次研究,我们发现跳板跳水“合板”在速度和感知能力上都有明显优势。
另外,外部因素也会影响“合板”动作的完成情况,因此由此也可看出实验中受试者的观察能力和反应能力也有所提高。
基于本次实验研究,跳板跳水“合板”技术具有较大的应用前景和潜力。
首先,在训练方面,“合板”可以有效提升比赛者的反应能力和观察能力,提高竞技水平;其次,根据实验结果,“合板”的速度更快,可以利用这一优势实现更高的技术水准,为竞技者赢得更多的成绩;此外,为了促进跳板跳水技术的发展,组织机构可以利用“合板”技术举办比赛,通过“合板”实现更高水平,而不是专注于板子的高度或体重,使赛事更加公平、公正。
总之,跳板跳水“合板”技术的发展对继续推动跳板跳水运动的发展至关重要。
法约尔跳板原理

法约尔跳板原理法约尔跳板原理是指在物理学中,当一个物体以一定速度撞击一个弹性体时,弹性体会产生反作用力,将物体弹起的现象。
这一原理在许多日常生活和工程应用中都有着重要的作用,比如体育运动、交通工具和机械设计等领域。
首先,让我们来看一下法约尔跳板原理的基本原理。
当一个物体以一定速度撞击一个弹性体时,弹性体会发生变形,然后产生反作用力将物体弹起。
这种反作用力的大小和方向取决于物体的质量、速度和撞击角度,以及弹性体的弹性系数和变形程度。
在体育运动中,法约尔跳板原理被广泛运用在许多项目中。
比如在跳高比赛中,运动员通过撞击弹性的跳高床,利用反作用力将自己弹起,从而完成跳高动作。
在跳远比赛中,运动员也可以利用弹性跳远板产生的反作用力来增加自己的跳远距离。
此外,在篮球比赛中,球员在运球过程中也可以利用地板的弹性产生反作用力,帮助他们更快地移动和变向。
除了体育运动,法约尔跳板原理在交通工具中也有着重要的应用。
例如,汽车的避震系统就是利用弹簧和减震器来实现对车辆颠簸的吸收和缓冲,从而提高乘坐舒适性和行驶稳定性。
而在火车和地铁的轨道设计中,也会考虑到列车通过轨道时产生的振动和冲击力,通过合理设计轨道的弹性和减震系统,减少列车和轨道之间的冲击,提高运行效率和安全性。
在工程设计领域,法约尔跳板原理也被广泛应用。
比如在建筑结构设计中,地震时的建筑物抗震设计就需要考虑到地震冲击产生的力和位移,通过合理设计建筑物的结构和材料,使其具有一定的弹性和减震能力,从而减少地震对建筑物的破坏。
另外,在机械设计中,弹簧和减震器也是常用的元件,用来实现对机械振动和冲击的控制和缓冲。
总的来说,法约尔跳板原理在日常生活和工程应用中都有着重要的作用。
通过对这一原理的深入理解和应用,我们可以更好地设计和改进体育器材、交通工具和工程结构,提高其性能和安全性。
同时,也能够帮助我们更好地理解自然界中的力学现象,推动科学技术的发展和进步。
青少年跳水运动员的走板训练技术和训练要领探讨

青少年跳水运动员的走板训练技术和训练要领探讨随着社会的发展,越来越多的青少年开始加入体育运动,跳水运动也不例外。
青少年跳水运动员的走板训练技术和训练要领是打好跳水基础的关键,下面将从技术要点和训练方法两个方面来探讨。
一、技术要点1.正确的起跳姿势正确的起跳姿势对于整个跳水动作的完成非常重要。
跳水起跳姿势要求身体保持竖直状态,两腿并拢,膝盖微曲,重心在双脚之间,双臂在身体两侧。
走板姿势是指跳水运动员站在跳台上,在进行起跳前所采取的姿势。
走板前进时,双脚交替着踏在跳板上,身体始终保持竖直状态,双腿并拢,俯身前倾,并保持重心在双脚之间。
3.准确的身体控制力身体控制力是跳水运动员完成各种动作的基础。
只有具备准确的身体控制力,才能更好的完成跳水动作。
在训练中,应注重肢体协调训练,提高身体的灵活性和协调性。
4.稳定性稳定性是保证跳水运动员腾空后安全着陆的关键。
运动员在进行跳板训练时,应该注意发挥稳定性,如何保持身体稳定,减少摆动,才能保证跳水动作的完成。
二、训练方法1.逐渐适应高空环境跳水运动员必须先逐渐适应高空环境。
在进行跳板训练时,可以逐渐提高跳板高度,从1米逐渐升高到3米甚至5米,以此提高运动员的适应能力。
2.注重身体控制训练身体控制力是跳水运动员实现精彩动作的关键,因此,在训练中应注重对身体控制力的培养。
可以采用一些悬挂、支撑、平衡等训练方法,来训练跳水运动员的身体控制力。
3.结合视频分析训练运动员在进行跳板训练时,可以录制整个训练过程,并对录像进行分析,以便及时纠正训练中出现的问题。
同时,还可以参考一些精彩跳板视频来指导训练,提高跳水动作的难度和完成度。
总之,跳板训练是跳水运动员打好跳水基础的关键,需要注重技术要点的掌握和合理的训练方法的运用,让青少年跳水运动员在走板训练中逐渐提高自己的技术水平,以便在比赛中获得更好的成绩。
跳水动作的力学行为与旋转速度分析

跳水动作的力学行为与旋转速度分析跳水是一项要求运动员在空中完成旋转和动作的水上项目。
在表演精湛的跳水动作背后,隐藏着复杂的力学行为与旋转速度控制。
本文将分析跳水运动中的力学行为和旋转速度的关系。
一、力学行为对跳水动作的影响1. 重力与起跳力跳水运动员通过起跳力克服自身重力,从跳台上脱离,进入自由落体状态。
起跳力的大小与方向直接影响着运动员的起跳高度和速度,从而影响跳水动作的准确性和完美度。
2. 空气阻力在下落过程中,运动员会受到空气阻力的作用。
空气阻力对运动员的作用力与速度成正比,这意味着较高速度下,运动员所受的空气阻力较大。
因此,跳水中要求的优美姿势和身体流线型,可以减小空气阻力的产生,使运动员在下落过程中更加稳定和流畅。
3. 水的阻力跳水动作完成后,运动员会进入水中。
水的阻力对运动员的作用力与速度也成正比。
通过调整水平面的姿势和身体形态,可以减小水的阻力,使得旋转速度更快、更稳定。
二、旋转速度与力学行为的关系1. 起跳时的力矩通过在起跳时施加的力矩,运动员可以改变自身的角动量,从而影响旋转速度。
当运动员在起跳过程中身体向前倾斜,则会增加旋转速度;当身体向后倾斜,则会减小旋转速度。
2. 承载面积的调整承载面积的调整也可以影响旋转速度。
如果运动员将身体收紧,形成较小的承载面积,旋转速度将会加快;相反,如果运动员将身体展开,形成较大的承载面积,旋转速度则会减慢。
3. 内外力的作用在旋转过程中,运动员可以通过收紧或张开肌肉,改变身体在空气和水中所受的力的大小和方向。
通过合理的运用内外力的转化,运动员可以控制旋转速度的快慢和稳定性。
三、力学行为与旋转速度分析的应用1. 动作的难度与技术要求通过分析力学行为和旋转速度的关系,可以对跳水动作的难度进行评估。
旋转速度的快慢、身体形态的调整、稳定性等因素都会影响动作的难度和完成度。
2. 动作的优化与提升运用力学分析的方法,可以对跳水动作进行优化和提升。
通过调整各种力的大小和方向,运动员可以实现旋转速度的精准控制,进而完成更难、更完美的跳水动作。
跳板跳水起跳阶段人板系统的动力学分析

告—一 一.
如图 2 ,设 跳 板 的 总 长 为 L ,A、B两 约 束 点 的 距 离 为 a ,跳 板 材 料 的 弹性 模 量 为 E, 跳 板 横 截 面 积 对 截 面 中 性 轴 的 惯 性 矩 为 I 跳 板 端 点 C受 到 质 量 为 r 的运 动 员 作 用 。 则 , t l 通 过 动 力 学 分 析 可得 出 以下 力 学 参 数 :
・
9 ・ 0
维普资讯
跳 板 跳 水 起 跳 阶 段 人 板 系 统 的 动 力 学 分 析
古 福 明 ,石 玉琴 , 李 齐 茹
( 都 体 育 学 院 , 四 川 成 都 6 0 4 ) 成 I 10 1
摘 要 :将 跳 水 板 简 化 为 外 伸 梁 ,从 生 物 力 学 的 角 度 探 讨 跳 水 板 在 受 外 力 时 ,跳 板 的 力 学 特 性 、固 有 振 动 频 率 和 人 板 系 统 的 运 动 模 式 , 为 在 运 动 实 践 中 如 何 使 人 板 系 统 协 调 配 合 提 供 理 论 依 据 和 操 作 方 法 ; 为 进 一 步 研 究 跳 水 板 的 动 态 性 能 、 人 板 系 统 的 运 动 仿 真 、跳 水 运 动 技 术 诊 断 、 运 动 优 化 以 及 有 关 理 论 研 究 奠 定 良好 的基 础 。
的 系数 K= 一2 … a )
. 1 .( )
图 2
●Y
.
1 —— R : — I — j
跳 板 端 点 c的静 载 荷 挠 度 Y = 一 0
m …… … ( ) g 2
( 号 表 示 位 移 向 负
第 一 作 者 简 介 : 古 福 明 (9 5 ) 1 6 一 ,男 , 四 J 成 都 人 , 副 教 授 , 主 要 从 事 运 动 生 物 力 学 方 面 的 研 究 。 i I 收 稿 日期 :2 O — l 一 l Ol 2 8
跳水中应用的物理原理

跳水中应用的物理原理1. 简介跳水是一项水上运动,其目的是通过从跳台或跳板跳入水中,实现优美、平稳的水面入水并尽可能完成复杂的动作。
在跳水中,运动员需要运用一些物理原理来帮助他们获得更好的成绩。
2. 出发动作的物理原理出发动作是跳水中起始动作的关键。
运动员需要经过一系列的准备动作使身体达到最佳的状态,然后以较大的速度离开跳板或跳台。
这一系列动作需要运用以下物理原理: - 动量守恒定律:在准备动作过程中,运动员通过腿部和臂部的摆动来积累速度。
根据动量守恒定律,运动员身体的质心速度增加时,必然要有其他部分速度减小,使得总动量守恒。
- 力学原理:运动员在离开跳板或跳台时需要施加足够大的推力来获得较大的速度。
这需要借助力学原理中的牛顿第二定律,即力等于质量乘以加速度。
3. 空中动作的物理原理空中动作是跳水中最为关键的一部分,运动员在空中进行各种旋转、翻转和姿势调整等动作来获得高分。
以下是几个常见的空中动作物理原理:3.1 旋转动作的物理原理旋转动作常常是跳水中的一项重要技巧。
旋转动作的物理原理涉及到转动的角加速度、角动量和力矩等概念: - 角加速度:旋转动作中,运动员身体的转动速度是由角加速度决定的。
角加速度与施加在身体上的转动力和身体的转动惯性有关。
- 角动量守恒:运动员在旋转过程中会通过调整身体的伸缩、转动和腿部的摆动等方式改变转动惯量,以调整旋转速度和稳定性。
- 力矩:旋转动作中,运动员需要通过肌肉的力量施加力矩来改变身体的角速度和转动姿态。
3.2 翻转动作的物理原理翻转动作是指运动员在空中完成正面或背面的翻滚动作。
翻转动作的物理原理包括: - 重力:重力是运动员完成翻转动作的主要影响力量。
运动员在离开跳板或跳台后会受到地心引力的作用,通过改变身体的位置和姿势,运动员可以利用重力来完成翻转。
- 动量守恒:翻转过程中,运动员需要注意动量守恒的原理。
通过改变身体的伸缩和改变身体的转动速度,可以实现翻转动作的平衡和稳定。
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跳水跳板的力学浅析
一, 问题背景
跳水作为一项传统体育项目,为众人所熟知。
然而跳水这一简单的体育运动的背后却蕴含着复杂的力学原理。
本组从跳水的基本器件跳水跳板出发,以材料力学的基本原理为指导,进行一些基本研究。
二, 解题思路及方法
(一),首先对跳板进行简化分析
1,研究构件:跳水跳板(起跳过程简化)=简支梁+悬臂梁 (说明:其中力F 模拟运动员起跳时对跳板所施加的力,假设跳板受力瞬间不变形。
)
A
B
l
l
a F F B +=
l
a F
F A =
F
l
a
图一:跳水跳板受力简化
2,分析其中的形变情况:
(1),弯曲内力分析:跳板的剪力图和弯矩图
图二:跳板的剪力及弯矩
备注:挠曲线近似微分方程:EIW``= -M(x)
根据最大弯曲 正应力公式 :
6
2
max
max bh W W =
(二),构件受冲击荷载作用时的动荷载因数计算
构件如图四(研究BC 段跳板),假设板最大位移时仍在线弹性范围 内,则达到最大位移时减少的势能p E , 将等于积蓄在板内的应变能d V ε。
即:p d E V =ε (1) 最大位移减小的势能为:
)(d p h P E ∆+= (2)
应变能d d d F V ∆=21ε 而板最大位移与冲击力的关系为EI
a F d d 483=∆ (3)
所以可以推出: 2
3)48(21d d
a
EI V ∆⨯=ε (4)
d
P
图四:构件受物体冲击作用
将(2)(5)代入(1)可推出:23232
1
)(48)48(21)(d d d d h EI Pa a EI h P ∆=∆+⇒∆⨯=∆+
将EI
Pa 483
用st ∆替代,st ∆为将冲击物的重量P 当作静荷载时,板在被冲击C 处的静挠度。
于是将上式改写为:0222=∆-∆∆-∆h st d st d
由此解得d ∆两个根,并取其中大于d ∆的一个,即:
st st
d h
∆∆++=∆)211(
于是得到动荷载因数:
st
d h
K ∆+
+=211
三,例题分析
1,跳水板的具体尺寸如图所示,其横截面为矩形,尺寸为b = 0.5m ,h = 0.05m ,
跳板的弹性模量E = 70GPa ,比重γ = 25kN/m 3,a = 3.2m ,l =1.6m 。
运动员从跳板上上跃至距地面最高点后落至跳板端点C ,再从跳板上弹起至空中完成动作后落水。
设运动员体重G = 700N ,最大弹跳高度H = 0.6m ,取g = 9.8m/s 2。
为保证运动员落水安全,运动员从空中落入水中时,在跳板所在平面处,运动员质心距跳板C 端的最小距离s 应大于0.5m 。
试确定运动员从跳板上跃时所需最小水平速度(假设水平方向为匀速运动);不计跳板质量,将运动员视为刚体时,运动员冲击跳板时,试计算跳板中的最大动应力;如考虑跳板质量,再次计算跳板中的最大动应力,并进行比较;如将运动员视为弹性体,则跳板中的最大动应力有何不同(定性说明)。
解:1,最小水平速度的求解
)(35.02212s g
H t H gt ==⇒= )/(714.025
.05.0200s m t
v t v =≤
⇒≥ 2,不计跳板质量,且视运动员为刚体时的最大动应力计算
受力分析如图:
G
F G F A B 23-== 且
)
32()
2(3)()20()(1l x l l x G Gx x M l x Gx
x M <<--=<<=
根据挠曲线近似微分方程可得:
A B F B x
y
l
2l
F A w
G=700N
C
113112`1``16121D x C Gx EIW C Gx EIW Gx EIW ++-=+-=-= 2
23232222`
2``26
1
)61(32
1)221(3)2(3D x C Gx l x x G EIW C Gx xl x G EIW Gx
l x G EIW ++--=+--=--= 且当x=2l 时有:21`
2
`1W W W W ==
则有
2233
31132
2221223
4)434(32342)42(32D lC Gl l l G D lC Gl C Gl l l G C Gl ++--=++-+--=+- 2
3
122146D Gl D C Gl C +=+-=⇒
......①
当x=2l 时 01=W ; x=3l 时 02=W
则有 O
D lC Gl l l G D lC Gl =++--=++-2233311332
9
)929(3023
4
代入①式
340
234
113113=++-=++-⇒
D lC Gl D lC Gl 则 3121438Gl D Gl C -==
所以:)
(03146.04443
8
613
,3013
231m EI
Gl W EI Gl W Gl x Gl Gx EIW st C x ===∆⇒-=-+-== 且12
3
bh I =
所以,此时动荷载因数为2565.7211,=∆+
+=st
C d H
K 又因为)(22402max M N Gl M •== 所以最大动应力:)(02.78max
max Mpa W
M K d ==σ
3,考虑跳板质量时的最大动应力计算 本问利用叠加法计算挠度,
把跳板的质量视作加入一个大小为q 的均布荷载,
受力分析如图:
由图可得
ql
F ql
F B A 2
9
23
=-= )
32()2(2
9
21)()20(2
1)(22l x l l x ql qx x M l x qx x M <<--=<<=
根据挠曲线近似微分方程可得:
334333`32``32416121D x C qx EIW C qx EIW qx EIW ++-=+-=-= 4
44234432`42
``424
1
)61(2961
)221(2921
)2(29D x C qx lx x ql EIW C qx lx x ql EIW qx l x ql IEW ++--=+--=--=
当x=2l 时:43`4`3W W W W ==
则有:
4
4
343369D ql D C ql C +=+-= ......③
且当x=2l 时 03=W 当x=3l 时 04=W
y
w
则有: 0381890
232
444334=++-=++-D lC ql D lC ql ......④
联立③④可得: 4
33
34
132447ql D ql C -==
所以:4
3434
132447241ql x ql qx EIW -+-
= 12
4133
40
3
bh I EI
ql W x ==
= 且比重m N q m kN /625/253
=∴=λ
所以)(06797.0ql
413l 44
3
31m EI
EI G W W W =+=+=总 此时动荷载因数为:3191.5211=∆+
+=st
d H
K 且)(424022max m N ql Gl M •=+= 所以:)(25.108max
max Mpa W M K E d ==
4,定性说明视运动员为弹性体时的最大动应力
如果为弹性体,部分能量会转换成人体的形变能,所以跳板的形变能减少,挠度变小,最大动应力减小。
五,综合作业之心得体会
跳板应用到了多方面的材料力学知识,如简支梁,悬臂梁;弯曲内力的分析,剪力图和弯矩图;弯曲应力的分析,强度条件;弯曲变形的分析,挠度和转角等。
通过对跳板的材料力学分析,充分认识到学以致用的重要性,真正能够把学习到的相关知识运用到现实生活中才达到了学习理论知识的目的。