物理知识在体育运动中的应用

时间：2024-04-25

亳州市风华实验中学安徽亳州 236800

体育运动主要指的是以身体练习为基本手段，不断增强个人的体质，促进人全面发展及精神文明建设的社会活动。体育运动与物理这门学科有着紧密的联系，各项体育运动中均渗透了多种物理知识。如果我们能够掌握并了解体育运动中的物理知识，那么我们就可以在今后的运动过程中更好地提高身体素质及体育成绩，并促进体育运动的稳步发展。

1 惯性定理在体育运动中的运动

惯性定理是高中物理中的重要内容，属于力学模块的知识范围。在体育运动中，很多的项目均涉及到惯性定理，合理运用惯性定理可以提高比赛的成绩[1]。比如，对于跳高运动员而言，其常常需要借助一段助跑，然后借助惯性促使身体抬高到可以越过跳高横杆。在这个过程中，惯性作用为身体提供了动力。在百米赛跑的时候，运动员到达终点后并不能停在终点线上，而是会继续向前奔跑，在一段距离之后才能停下来，这也是因为惯性的作用。铅球运动员在旋转将铅球抛出后，身体依旧会按照投掷的方向运动一定的幅度。举重运动员上举杠铃的时候，常常需要用很大的力气来把握杠铃的运动状态，也就是将杠铃从静止的状态进入到运动的状态[2]。杠铃一旦进入到运动的状态，就需要举重运动员保证上举杠铃时动作连贯，途中若出现停顿，那么不但不能完成举重，还会导致比赛失败，这主要因为人身体某部分若受外力的作用，那么身体的其余部分将无法做出相应的改变。

2 斜抛运动在体育运动中的应用

向斜上方抛出物体的运动被称作斜抛运动，可分成朝水平方向的匀速直线运动、朝竖直方向的竖直上抛运动，其中水平方向的斜抛运动通常被称作为射程，而竖直方向则通常称作为射高。

在高中物理学中，我们就做过一些关于斜抛运动的练习题：将一个物体以一定速率斜向上方抛出，若忽略空气阻力，向上抛出的角度设为多大才可以使球飞出的距离最远？答案是45°。但是，这个结果也经常会受到一些因素的影响，主要因为投掷铅球的情况存在差异，铅球投掷点也就是出手点并非在地面上，而是距离地面有一定的高度。因此，将一个铅球分别以45°、40°的仰角投出后，球落回投掷点的同一水平面时，其水平距离以45°为大，但球落到地面的时候，水平距离则是40°的比较大。通过上述的分析可得出如下的结论：在进行铅球运动的时候，想要让铅球获得最大距离，铅球出手仰角应该小于45°。对于出手高度在1.7～2m，出手时铅球速度为8m/s～14m/s的运动员而言，达到最远距离的出手仰角是38°～42°。

3 流体力学在体育运动中的应用

在世界杯足球赛的赛场上，我们常常可以看到发球运动员站在罚球线上，对方的防守队员在前方组成人墙以阻断球直线前行的道路[3]。但是人墙并不能挡住球的运动，发球运动员常常是一脚抽射，足球常会从人墙的一侧沿弧线朝球门飞去，进入到防守的死角位置，这样的球常常会让守门员感到猝不及防，这样的点球技术就是人们常说的“香蕉球”。香蕉球也涉及到了物理知识，我们要分析球弧线飞行的原理。球之所以能弧线飞行的原因为罚球运动员在踢球的时候，脚并不是对着球正中心位置，而是置于球重心稍偏部位。在用脚发球的过程，运动员通过足背给球提供一定摩擦力，这样就可以让足球在前进过程中旋转，在飞行过程旋转的足球与空气发生摩擦，进而让周围空气也一同受影响，使得足球两侧空气发生变化，并表现为一快一慢，而两侧不同空气流速下的压强差给予了足球一个内向力，最终使足球朝弧形轨迹出发。总结即为：气体的流速若越大，压强也就越小。足球在飞行的过程中，直线飞行是两侧空气流速相同，若球两侧流速并不相同则球会朝压强小的一侧偏离，这样就使得球的飞行线路呈弧线。

4 摩擦力知识在体育运动中的应用

相互摩擦的两物体，其接触面上出现阻碍相对运动的力就被称为摩擦力。影响摩擦力大小的因素主要包括施加压力的大小、接触面粗糙程度等，因此学生在进行体育运动时就可以提高摩擦力，从而提高自己的体育成绩。物体在运动的过程中，均会受摩擦力作用。在进行体育运动的时候，很多运动员的成绩都会受到摩擦力的影响，如单杠运动、短跑运动等[4]。比如在举重运动中，运动员常常会在手上擦上白粉，这些白粉实际上为镁粉，手在擦过镁粉后会增加手同被握物体的摩擦力，这样可减少运动过程的失误。再比如在游泳比赛中，运动员常常穿戴紧身的泳衣并戴泳帽。泳衣与泳帽的目的主要是减少运动员同水之间的摩擦，提高运动员前进的速度。短跑运动员在跑步的时候常常会换上专门的短跑运动鞋，这种鞋的底部常常安装了防滑钉，这使得运动员在高速奔跑的时候，小钉可以扎入到跑道中，这样可以防止运动员在运动中出现打滑摔倒的情况。拔河比赛中也涉及到摩擦力的知识。拔河比赛并不是比拼哪一队的力气大，而是考验运动员的技巧及对摩擦力的合理运用。通过受力分析，哪一方受的拉力比地面最大静摩擦力小，哪一方就不会被拉动，反之则会被拉动前进。所以拔河比赛中胜利的关键在于增大同地面的摩擦力。而通过物理学习我们都知道，静摩擦力同摩擦系数和对接触面的压力成正比，拔河双方的运动员均要增大自己这边的摩擦系数以及对地面的压力，在双方总体重大致相同的情况下，若想增大摩擦系数，则运动员可以穿上鞋底花纹较深的鞋子或者保持倾斜的姿势。

5 圆周运动在体育运动中的应用

在体育运动项目中，涉及圆周运动的项目为链球[5]。以圆周运动的物体，其速度方向会沿着圆周切线的方向而不断发生着变化，所以物体存在向心加速度，加速度的大小可用公式a=v2/r来表示，方向均指向圆心的位置。物体受到外力的作用，外力方向常指向圆心，大小用公式F=ma=mv2/r来表示，这个力通常被称作向心力。物体进行圆周运动的必要条件是需要受到一个同速度且方向相垂直的外力，促使物体运动的方向发生改变。而如果作用力同速度的方向保持平行，则这个力仅会改变速度大小，不会改变速度方向。人体带动链球进行圆周运动的时候，手臂能够通过球施加向心力使球运动方向发生改变，进而让球进行圆周运动，而手放开的时候链球受的合力也变成零，这样由于惯性球将朝切线的方向飞出。