体育运动中的力学知识(一)——体育力学初探

理 想 流 体做稳 定
:
同 一 流 管 中 的 流 体遵 循 伯 努利定 律
, ,
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. 吐 )一 。。
.
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才怕 电
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“
;
+
p g
n
+
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“
妄+
p g
n
Z
+
p
Z
人
.
( 1 )
这里 度
,
p
为 流休 的 密 度
,
g
为 重力 加速 度
,
h:
、
h Z 为 流管 中不 同位置
。 ;
、
两点对 同一水 平 参考面 的高 处 为 相 应 于 上述 两 点的 速 今 p 卜 九 为
ē
如
果 力 的作 用线通 过 球心
能 使 球 获 得 前 进 的 动 量夕
。。 ;
。
如 果 力 的 作 用 点在 球前 进
,
,夕 反 。 卿 衡 户
.
( ,
方 向的 左 侧
方 向动 量 P
则 球 在 获 得前 进
=
。
v
。
的同时
,
还
能 获 得 顺 时 针 方 向绕 球 心 的 动 量矩 j 旋转
,
二
I 〕w 这 时 球就 一 边 「
,
在 表演 中
,
我 们 经 常可 以 看
运 动 员把 圆 环 向前 推 出之 后 这 是为 什 么 呢 ? 原 来 我 们 知道
:
。
,
过一 会儿
,
,
这 个 圆 环又 奇迹 般 地 回 到 了 该 运 动 员 的 身
。
,
、 这 是 运 动 员 巧 妙 地 运 用 了 刚 休 平 面 平 行 运 动 知 识 的结 果
圆 形 刚体 ( 例 如 车轮
体 操运 动 手 中 的 圆 环 ) 在 粗糙 地 面 上 沿 一 直 线 的
,
、
滚 动 是 平面 平 行运 动
,
刚体 滚 动时
, ,
,
若 接触 点 的 速 度 恒 为 零
则是 无 滑滚 动
。
,
这 时地 面
对 刚 体的 摩擦 力是 静摩 擦力 度不 为零
则 为 有滑滚 动
其压 强小
,
而 流速 小 (流线稀 疏 ) 的 地 方
,
如 果在 静止 的 空 气 中运 动
。
根 据 运 动 的 相 对性
,
那 么 就可 以 看成 球静 止 不
,
而 空 气 相 对于 球 运 动 这时
,
当球 在 图 二 中 沿 A B 方 向做 平 动 时
则 相 当 于 空 气沿 B 刁 方
,
向对称 地 流 过 球
其 大小和 方 向是 维持 刚 侠 继 续 做 无 滑滚 动
, 。
若 接 触点 的 速
这时 地 面 对 刚 体 的摩擦 力是滑 动 摩擦 力
,
滑 动 摩擦 力 的 方 向
与 刚 体在 接触 点的 速度 方 向相反 时 力
, ,
。
例 如 在 水 平 面 内 一边 顺 时 针 方 那 么 当 球 旋 转时
,
向旋转
一 边沿
,
A B 方 向前 进
,
由 于球 表 面 不 光 滑
就 要带 着 附 在球 上 面 的 空 气和
,
球一 起 旋 转
而 空 气 的 内摩擦
,
又 将 带 动它 附 近 的
.
}
A
,
“
空 气 按 同一方 向旋 转 于 球 的 流 速为
委底 师专学报
一九八七年 自然科 学版
体 育 运 动 中 的 力 学 知 识 (一
’
)
一体
育
力 学
刘 腊 梅
初
探
休育运 动 中几乎 处处 要 用 到力 学 知 识
知识
,
。
各种 体育项 目
。
、
体 育器械 的 使 用 离不 开力 学
,
人 体在运 动 过程 中与力 学 知 识 更 是 密不 可分
,
本 文想 通 过 几 个 实例
顺便指出 理
,
距 球 门 的距 离而 审时 度 势 了 `
。
乒 乓 球 比 赛 中 威 力 很 大 的 弧旋 球 的 形 成 有 和 香 蕉 球 完 全 相 同 的 力学 原 这 里不 再 赘述
’
一
之
、
_
、
二
、
圆 环为 什 么会 自动 滚 回 来
。
休操 运 动员 可以 用一 个 圆 环 表演许 多精 采 优 美 的节 目 到 边
,
然而 另一队 罚球 的 队员
。
一脚 巧
使 足 球走 一条 卿维 象香 蕉 的 形状
绛过 人墙而破 网得 分 故名 日 香 蕉球
,
(图 一 )
这 种 球 的 运 动 轨迹 是 一条 弧
香蕉 球 是怎 样形 成 的 ? 为 说明 这个问 厮 需
从 流 体动 力 学 谈 起
流 动时
1
, 。
我们 知 道
,;
v
这 样 球前 进 右 方 的 空 气 相 对
功R
右
=
口
+
。*
=
口
+
( 2 )
球 前进 左 方 的 空 气 相 对 于 球 的 流 速为
口
} 只二
( 3 少
,
左
二
口
一
口*
二 口
一
功R
“
因而
”
右>
。
左
,
( 图三
)
于是 p右 < p 左ຫໍສະໝຸດ 其 流 线不 再对称
) (图三 b o
这样
空气 便
民1 1 川 !
(
。
一 边前 进 了 ( 图五 )
,
当
然球 员 用 力越 大
球前进 的 速
,
度和旋 转 的 角 速 度就 越 大 球 门的 威胁也 越 大
。
对
但 也 必须
团四
图五
掌握 适度
,
不 至使 球旋 出 门 外
, ,
。
当然
,
若 要 使 球又 狠 叉 刁
:
,
这就 必 须 有熟练 的 技 巧
,
并
根 据 人墙 的位置
空 气 的 流 速 处处相 同
即球 四 周 空 气 的 流 速相 同
因而 各侧的
压 强相 等 线运动
一
,
空 气对 球的作 用力 互相 平衡
.
,
球将 沿 直
、
(为 分 析 简 单 起 见
这 里 未考 虑 空 气 以 外 其 如 果 球 在静 止 的空 气 中
,
它物 体 对球 的 作 用 ) 图二
边 旋 转一 切 前 进
的 讨论
。
说 明 力学 知
识 在 体 育运 动 中的 应 用
并 期引起建 立
、
“
体 育力学
”
香蕉球 是 怎 样 形 成的
:
在 足球 比 赛 中 前 不 太远 的 地方 射 线
, , ,
,
我 们 不 时 可 以 看到
,
当某 队犯 规判 罚任 意球 时
,
,
如 果罚 球点 在球 门
,
县然诊队队 员在球 门前 筑 起 了人墙
。
神
图一
,
对应 于 上 述 两点 流 体的 压强
, ,
如果
, ,
1
、
2 两点 处
,
于 同一水 平 面 或高 度 差 很 小 则可 认为 h
=
hZ
,
再者 对 于 气 体 一个 球
动
, ,
由于 密度
,
p
很少
p g h
,
通 常 可 以 略去
这样 由 ( 1 )
, ,
式 就 有: 其压 强大
。
在流 速
大 (流 线 密 集 ) 的 地 方
区)
(
b)
圈三
对 球产 生 一种 指 向球前 进 方 向右 侧 的 侧压 力 进
, ,
一
图三
从 而 使 球 离开 直 线而 向 右前 方 沿 弧 线前
。 。
这 就 形 成 了 香 蕉球 ( 图 四 )
但是
, ,
要使球 能一 边 旋 转 一切 前 进
则只
二
卜
,
罚 球 的 队员 必 须 选 择 好 着 力 点 和 施力 方 向