【牛頓帶你學(xué)運動生物力學(xué)探究（論文）4200字】

牛頓帶你學(xué)運動生物力學(xué)研究目錄TOC\o"1-2"\h\u2872牛頓帶你學(xué)運動生物力學(xué) 018402一、奔跑的極限 124152二、游泳的阻力 11555三、旋轉(zhuǎn)的奧秘 126490四、精準的射擊 211186五、運動生物力學(xué)在體育運動訓(xùn)練的應(yīng)用 33895（一）靜力學(xué)方面 322479（二）運動學(xué)方面 322909（三）動力學(xué)方面 425409六、結(jié)語 430206參考文獻 4摘要：《我的牛頓教練》是一部講解體育運動中物理原理的科學(xué)紀錄片。全片嘗試以更輕松幽默的方式來呈現(xiàn)科學(xué)知識，提升觀眾的科學(xué)素養(yǎng)。本文以《我的牛頓教練》這一紀錄片為切入點，詳細闡述了牛頓的運動生物力學(xué)在體育各個領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況，并從靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)三個方面論述了運動生物力學(xué)在體育運動訓(xùn)練種的應(yīng)用方式。關(guān)鍵詞：牛頓；田徑；射擊；運動生物力學(xué)《我的牛頓教練》是2018年制作在中央電視臺紀錄頻道播出的一部科學(xué)紀錄片。這是一部科普類的紀錄片，因為它里面展示的都是一些最直接的物理原理。更準確地說，它其實是一部講體育運動知識中物理原理的科學(xué)紀錄片。這部片子的風(fēng)格與敘述方式讓人感覺不太像是中國傳統(tǒng)的科學(xué)紀錄片，這其實也是創(chuàng)作團隊所著意追求的，希望能夠用一種更輕松、更幽默、更能夠引發(fā)人興趣的方式把一個相對枯燥的物理知識展現(xiàn)出來。這部片子另外一個比較大的特點就是動畫的使用。片子每集大概都有一半的時間是以動畫方式來展示，我們也想了很多辦法來實現(xiàn)動畫的成本最低。此外，這部片子也試圖嘗試用另一種更輕松、幽默的方式把相對枯燥的物理知識表現(xiàn)出來。比如解說詞的風(fēng)格，尋求利于人們接受的趣聞、軼事等等。例如被鏟翻的博爾特和“一顆賽艇”的場景就是典型的例子。通過這種方式來呈現(xiàn)物理學(xué)知識可以更容易被觀眾所理解。在這部紀錄片里，牛頓化身為了體育項目的教練，從物理學(xué)的知識角度來講解各種體育運動項目。騎車、跑步、游泳、足球、羽毛球、乒乓球、鉛球、擲鐵餅、滑冰、賽艇、冰壺、舉重、射擊等等體育項目，都和物理學(xué)掛上了溝。看了之后覺得牛頓教練是真的很忙，哪哪哪都有他。整個紀錄片涉及到了大概30個體育項目，有熟悉的，也有不是很熟悉的，下面我講舉例說明牛頓力學(xué)原理在運動生物力學(xué)中的廣泛運用。一、奔跑的極限“更快、更高、更強”，在經(jīng)典的奧林匹克格言中，速度的名號占據(jù)首位，也是眾多運動員不懈追求的目標。相對步幅而言，步頻不容易提升，在這方面，高個子運動員尤為吃虧。他們難以像矮個子運動員靈活擺動雙腿，在步頻上取得突破，修長的身軀也讓他們接受更多的空氣阻力。但總有天才反其道而行，比如“偏科”的博爾特。身高1.96米的他把步頻壓縮到極致，依靠每步近乎2.5米的大步跑法，成為百米跑的世界第一。二、游泳的阻力相對于跑步時虛無縹緲的空氣阻力，我們在游泳時對水流的阻擋更具實感。擺在前方的，是阻力“三人幫”的攔截。首當其沖的是壓差阻力，人在水流中前進時，前方水壓高，身后水壓低，水流就有從高壓向低壓流動的趨勢，順帶拖拽我們前進的身軀，這就是壓差阻力。波浪阻力位居三人幫中的老二，是一旁泳道的選手”推波助瀾“時送給我們的阻礙。在水下潛行能極大減少波浪阻力的影響，這也是自由泳登頂最快泳姿的原因之一。和其它三種泳姿相比，自由泳從始至終貼近水下，沒有較大的出水動作，受到的波浪阻力小，游起來自然快。排行老三的摩擦阻力是人類重點攻克的對象，鯊魚泳衣也因此而生。仿制鯊魚皮膚的獨特結(jié)構(gòu)使其在迎接水流時形成一層由無數(shù)細小漩渦組成的膜，從而減少摩擦阻力三、旋轉(zhuǎn)的奧秘人類對于弧線總有一種別樣的癡迷，而演繹這一動態(tài)美學(xué)的秘密就是旋轉(zhuǎn)。依靠足球旋轉(zhuǎn)時左右兩側(cè)空氣流動速度的差異，巴西球星羅伯特.卡洛斯打出歷史上最驚世駭俗的香蕉球之一，球體向右偏移7米后又回歸正軌，最終跌入球門。當足球逆時針旋轉(zhuǎn)時，左右兩側(cè)的空氣隨之流轉(zhuǎn)，并與迎面而來的空氣產(chǎn)生速度上的疊加與消減。根據(jù)伯努利定律，空氣流速的差異最終映射到壓強的差異上，促使足球產(chǎn)生一個橫向的力。正是這個力，矯正足球出軌的方向，造就了足球界中神奇的香蕉球。旋轉(zhuǎn)不僅能調(diào)和速度的暴力美學(xué)，還能成為速度的助推劑，比如鉛球、鐵餅與鏈球。通過自身旋轉(zhuǎn)，運動員能在限定半徑的圓中獲得更長的加速距離，從而拋擲更遠。由于笨重，鉛球與旋轉(zhuǎn)撮合的時間較晚。直到1976年，蘇聯(lián)的巴雷什尼克夫采用旋轉(zhuǎn)式推法，創(chuàng)造了當時的鉛球世界紀錄，旋轉(zhuǎn)才受到運動員青睞。鉛球技術(shù)也沿著旋轉(zhuǎn)的思路，從原地推，到側(cè)向推，最后發(fā)展成背對投擲。不同的旋轉(zhuǎn)方向，還能解鎖不同的運動姿勢，比如兵乓球。當上旋球與球拍迎頭相撞時，球拍就會賦予球體一個向上的反作用力，使球體直沖云霄。下旋球同理，只不過反作用力方向向下，接下旋球更容易直鉆網(wǎng)底。四、精準的射擊射箭是一項古老的技藝，在奧林匹克賽場上，中國射箭軍團一直是金牌的有力爭奪者。射箭可被分為舉弓、開弓、靠弦、持續(xù)用力、瞄準、撒放幾個階段；但從生物力學(xué)的角度出發(fā)，現(xiàn)有的階段劃分不便于射箭技術(shù)的研究。因為，對于時間維度而言，靠弦、持續(xù)用力和瞄準發(fā)生在同時刻。為方便研究，通常將靠弦、持續(xù)用力以及瞄準階段合并為固勢階段。在以上階段中，固勢階段的動作表現(xiàn)是決定射箭成績的重要影響因素。固勢階段起始于弓弦貼住下頜部位，止于箭離開弓弦。在固勢階段中，運動員處于靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，為瞄準創(chuàng)造較好的生理環(huán)境。此過程中，拉弓側(cè)肩外展，肱骨升高并伴隨肩胛骨的運動，持弓側(cè)肩關(guān)節(jié)外展；肩胛骨任何一個方向的運動均有相互協(xié)同而又相互拮抗的肩關(guān)節(jié)肌肉共同完成；這些肌肉通過收縮的合力作用共同維持靜態(tài)動作的穩(wěn)定性。在固勢階段中幾毫米的瞄準偏差可能會造成箭打在靶上有幾十厘米的偏移。前人研究發(fā)現(xiàn)身體姿態(tài)的不穩(wěn)定會瞄準造成極大的干擾，進而對成績造成不良影響。運動員應(yīng)當加強對單個階段進行針對性穩(wěn)定訓(xùn)練以提高運動員的技術(shù)水平。因此，射箭運動員固勢階段的動作技術(shù)特征對射箭成績具有重要意義。五、運動生物力學(xué)在體育運動訓(xùn)練的應(yīng)用（一）靜力學(xué)方面從力學(xué)角度看，人在靜止狀態(tài)下時受到的合力與合外力均是0。但是，從靜力學(xué)角度來講，人在準備起跑時產(chǎn)生的動作則是個體由原本靜止狀態(tài)轉(zhuǎn)向運動狀態(tài)的一個準備動作，可以讓人體快速變成運動狀態(tài)。由此可見，運用靜力學(xué)專業(yè)知識探究體育運動訓(xùn)練，能夠讓體育教師充分掌握學(xué)生在運動時存在的身體平衡問題以及肌肉工作狀態(tài)等，進而做到對學(xué)生有目的性、有針對性、有專業(yè)性的訓(xùn)練，改善學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)。譬如，在跳遠訓(xùn)練時，體育教師可使用現(xiàn)代JVC高速攝像機以及三維測力臺把2名學(xué)生整個跳遠過程記錄下來，應(yīng)用APAS系統(tǒng)對學(xué)生起跳瞬間產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)展開全面分析，能夠發(fā)現(xiàn)第一名學(xué)生在起跳時腿部膝關(guān)節(jié)彎曲角度是155°，另一名學(xué)生膝關(guān)節(jié)彎曲角度則是145°，由此明顯看出第一名學(xué)生起跳時腿部膝蓋彎曲角度要大于第二名學(xué)生，并且從跳遠實際距離而言，第一位學(xué)生同樣大于第二位學(xué)生。根據(jù)對二位學(xué)生跳遠身體擺動做動作的視頻回放來看，第二位學(xué)生身體擺動較僵硬，未能全面放開身體，并且因放腿時下壓較慢導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)角度逐漸變小，由此反映出第二位學(xué)生跳遠時腿部力量不足與彈性較差的問題?；诖耍w育教師應(yīng)當加強對第二位學(xué)生腿部力量與彈跳性的重視，增強腿部收縮能力與身體彈跳性的鍛煉，進而提高學(xué)生的跳遠成績。（二）運動學(xué)方面運動學(xué)即是運用各種各樣的先進儀器、測量技術(shù)與科學(xué)合理的方法對體育運動員身體或者運動員在運動狀態(tài)下實際的身體狀況展開詳細記錄，根據(jù)分析獲得運動員運動狀態(tài)下開始的速度、單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度以及速度對比時間的變化率等各種運動學(xué)參數(shù)，為體育教師與教練員調(diào)整訓(xùn)練模式及方法提供依例如，在對拳擊選手進行訓(xùn)練時，可以運用現(xiàn)代高速攝像機以及力量測量儀器對拳擊選手的擺拳、橫踢與側(cè)踢等多個動作的身體角度、拳擊力量與角速度等多方面展開測量，根據(jù)對這部分數(shù)據(jù)的詳細分析得知，拳擊運動員上肢肩膀與肘等部位在擺動時得到的最大速度和拳擊選手踝關(guān)節(jié)最大速度之間具有一定聯(lián)系。通過對拳擊選手身體擺動整個過程的視頻回放得知，拳擊選手身體上肢的迅速擺動和身體向進攻方向的迅速扭轉(zhuǎn)可以協(xié)助拳擊運動員下肢運動的順利完成，且在這些動作中還可以提高速度，加強自身的攻擊速度和力量。與此同時，如果身體上臂迅速擺動的時間更早，拳擊選手就能夠在更短的時間內(nèi)完成一系列動作，并且也能提高下肢運動速度。由此可見，在實際訓(xùn)練進程中，應(yīng)當重視增強對其身體上臂擺動的鍛煉，以此強化拳擊運動員的攻擊速度與攻擊力量。（三）動力學(xué)方面動力學(xué)指的是分析體育運動員運動狀態(tài)發(fā)生變化的具體原因，測量出各種不同力的大小、力的方向與變化情況，并進一步探究力的形成規(guī)律。通過對力學(xué)理論的了解，所有物體產(chǎn)生運動或者運動速度出現(xiàn)變化時，均是在力的作用下完成的。如鉛球及標槍等相關(guān)器材在空中飛行，是體育運動員將肢體各項力量作用在器械上的原因。體育運動員身體的靜止狀態(tài)到運動狀態(tài)，或運動速度出現(xiàn)變化均是力量作用產(chǎn)生的結(jié)果。例如體育運動員在跑步時，腿部力量向下蹬出，同時地面亦會產(chǎn)生一個向上的力，進而推動運動員身體不斷向前運動。如果對田徑技術(shù)動力學(xué)進行分析只單一測量力量的大小是遠遠不夠的，應(yīng)測量或計算出用力的角度與方向以及隨時間不斷變化的情況分析運動技術(shù)存在的優(yōu)點和缺點。六、結(jié)語在體育教學(xué)以及體育運動訓(xùn)練過程中經(jīng)常要運用運動生物力學(xué)的專業(yè)理論知識及其分析方法，如將其運用到運動技能要領(lǐng)講解中或?qū)\動技術(shù)展開生物力學(xué)分析等。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，體育教師與教練員要充分掌握各種科學(xué)知識，應(yīng)用科學(xué)正確的訓(xùn)練方法讓學(xué)生更快速、更全面地掌握技術(shù)動作，更好地提升體育運動員的運動能力與技術(shù)水平。參考文獻[1]于雪梅,牛健壯,牛崢,等.足球技術(shù)動作的運動生物力學(xué)研究綜述[J].武術(shù)研究,2017,2(8):4.[2]孫麗娜,BingYu,沈培鑫.張國偉跳高技術(shù)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