【牛頓帶你學(xué)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)探究（論文）4200字】

牛頓帶你學(xué)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究目錄TOC\o"1-2"\h\u2872牛頓帶你學(xué)運(yùn)動(dòng)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(zhǔn)的射擊 211186五、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的應(yīng)用 33895（一）靜力學(xué)方面 322479（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)方面 322909（三）動(dòng)力學(xué)方面 425409六、結(jié)語(yǔ) 430206參考文獻(xiàn) 4摘要：《我的牛頓教練》是一部講解體育運(yùn)動(dòng)中物理原理的科學(xué)紀(jì)錄片。全片嘗試以更輕松幽默的方式來(lái)呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)，提升觀眾的科學(xué)素養(yǎng)。本文以《我的牛頓教練》這一紀(jì)錄片為切入點(diǎn)，詳細(xì)闡述了牛頓的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況，并從靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三個(gè)方面論述了運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練種的應(yīng)用方式。關(guān)鍵詞：牛頓；田徑；射擊；運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)《我的牛頓教練》是2018年制作在中央電視臺(tái)紀(jì)錄頻道播出的一部科學(xué)紀(jì)錄片。這是一部科普類的紀(jì)錄片，因?yàn)樗锩嬲故镜亩际且恍┳钪苯拥奈锢碓?。更?zhǔn)確地說(shuō)，它其實(shí)是一部講體育運(yùn)動(dòng)知識(shí)中物理原理的科學(xué)紀(jì)錄片。這部片子的風(fēng)格與敘述方式讓人感覺(jué)不太像是中國(guó)傳統(tǒng)的科學(xué)紀(jì)錄片，這其實(shí)也是創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)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(gè)相對(duì)枯燥的物理知識(shí)展現(xiàn)出來(lái)。這部片子另外一個(gè)比較大的特點(diǎn)就是動(dòng)畫(huà)的使用。片子每集大概都有一半的時(shí)間是以動(dòng)畫(huà)方式來(lái)展示，我們也想了很多辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)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(duì)枯燥的物理知識(shí)表現(xiàn)出來(lái)。比如解說(shuō)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(chǎng)景就是典型的例子。通過(guò)這種方式來(lái)呈現(xiàn)物理學(xué)知識(shí)可以更容易被觀眾所理解。在這部紀(jì)錄片里，牛頓化身為了體育項(xiàng)目的教練，從物理學(xué)的知識(shí)角度來(lái)講解各種體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。騎車(chē)、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(xiàng)目，都和物理學(xué)掛上了溝?？戳酥笥X(jué)得牛頓教練是真的很忙，哪哪哪都有他。整個(gè)紀(jì)錄片涉及到了大概30個(gè)體育項(xiàng)目，有熟悉的，也有不是很熟悉的，下面我講舉例說(shuō)明牛頓力學(xué)原理在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的廣泛運(yùn)用。一、奔跑的極限“更快、更高、更強(qiáng)”，在經(jīng)典的奧林匹克格言中，速度的名號(hào)占據(jù)首位，也是眾多運(yùn)動(dòng)員不懈追求的目標(biāo)。相對(duì)步幅而言，步頻不容易提升，在這方面，高個(gè)子運(yùn)動(dòng)員尤為吃虧。他們難以像矮個(gè)子運(yùn)動(dòng)員靈活擺動(dòng)雙腿，在步頻上取得突破，修長(zhǎng)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(duì)于跑步時(shí)虛無(wú)縹緲的空氣阻力，我們?cè)谟斡緯r(shí)對(duì)水流的阻擋更具實(shí)感。擺在前方的，是阻力“三人幫”的攔截。首當(dāng)其沖的是壓差阻力，人在水流中前進(jìn)時(shí)，前方水壓高，身后水壓低，水流就有從高壓向低壓流動(dòng)的趨勢(shì)，順帶拖拽我們前進(jìn)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(shí)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(méi)有較大的出水動(dòng)作，受到的波浪阻力小，游起來(lái)自然快。排行老三的摩擦阻力是人類重點(diǎn)攻克的對(duì)象，鯊魚(yú)泳衣也因此而生。仿制鯊魚(yú)皮膚的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其在迎接水流時(shí)形成一層由無(wú)數(shù)細(xì)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(duì)于弧線總有一種別樣的癡迷，而演繹這一動(dòng)態(tài)美學(xué)的秘密就是旋轉(zhuǎn)。依靠足球旋轉(zhuǎn)時(shí)左右兩側(cè)空氣流動(dòng)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(mén)。當(dāng)足球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，左右兩側(cè)的空氣隨之流轉(zhuǎn)，并與迎面而來(lái)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(qiáng)的差異上，促使足球產(chǎn)生一個(gè)橫向的力。正是這個(gè)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(guò)自身旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)員能在限定半徑的圓中獲得更長(zhǎng)的加速距離，從而拋擲更遠(yuǎn)。由于笨重，鉛球與旋轉(zhuǎn)撮合的時(shí)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(dāng)時(shí)的鉛球世界紀(jì)錄，旋轉(zhuǎn)才受到運(yùn)動(dòng)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(duì)投擲。不同的旋轉(zhuǎn)方向，還能解鎖不同的運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，比如兵乓球。當(dāng)上旋球與球拍迎頭相撞時(shí)，球拍就會(huì)賦予球體一個(gè)向上的反作用力，使球體直沖云霄。下旋球同理，只不過(guò)反作用力方向向下，接下旋球更容易直鉆網(wǎng)底。四、精準(zhǔn)的射擊射箭是一項(xiàng)古老的技藝，在奧林匹克賽場(chǎng)上，中國(guó)射箭軍團(tuán)一直是金牌的有力爭(zhēng)奪者。射箭可被分為舉弓、開(kāi)弓、靠弦、持續(xù)用力、瞄準(zhǔn)、撒放幾個(gè)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?yàn)?，?duì)于時(shí)間維度而言，靠弦、持續(xù)用力和瞄準(zhǔn)發(fā)生在同時(shí)刻。為方便研究，通常將靠弦、持續(xù)用力以及瞄準(zhǔn)階段合并為固勢(shì)階段。在以上階段中，固勢(shì)階段的動(dòng)作表現(xiàn)是決定射箭成績(jī)的重要影響因素。固勢(shì)階段起始于弓弦貼住下頜部位，止于箭離開(kāi)弓弦。在固勢(shì)階段中，運(yùn)動(dòng)員處于靜態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，為瞄準(zhǔn)創(chuàng)造較好的生理環(huán)境。此過(guò)程中，拉弓側(cè)肩外展，肱骨升高并伴隨肩胛骨的運(yùn)動(dòng)，持弓側(cè)肩關(guān)節(jié)外展；肩胛骨任何一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)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(guò)收縮的合力作用共同維持靜態(tài)動(dòng)作的穩(wěn)定性。在固勢(shì)階段中幾毫米的瞄準(zhǔn)偏差可能會(huì)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(huì)瞄準(zhǔn)造成極大的干擾，進(jìn)而對(duì)成績(jī)?cè)斐刹涣加绊?。運(yùn)動(dòng)員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)單個(gè)階段進(jìn)行針對(duì)性穩(wěn)定訓(xùn)練以提高運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)水平。因此，射箭運(yùn)動(dòng)員固勢(shì)階段的動(dòng)作技術(shù)特征對(duì)射箭成績(jī)具有重要意義。五、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在體育運(yùn)動(dòng)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?fàn)顟B(tài)下時(shí)受到的合力與合外力均是0。但是，從靜力學(xué)角度來(lái)講，人在準(zhǔn)備起跑時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作則是個(gè)體由原本靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作，可以讓人體快速變成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由此可見(jiàn)，運(yùn)用靜力學(xué)專業(yè)知識(shí)探究體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，能夠讓體育教師充分掌握學(xué)生在運(yùn)動(dòng)時(shí)存在的身體平衡問(wèn)題以及肌肉工作狀態(tài)等，進(jìn)而做到對(duì)學(xué)生有目的性、有針對(duì)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(yuǎn)訓(xùn)練時(shí)，體育教師可使用現(xiàn)代JVC高速攝像機(jī)以及三維測(cè)力臺(tái)把2名學(xué)生整個(gè)跳遠(yuǎn)過(guò)程記錄下來(lái)，應(yīng)用APAS系統(tǒng)對(duì)學(xué)生起跳瞬間產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)展開(kāi)全面分析，能夠發(fā)現(xiàn)第一名學(xué)生在起跳時(shí)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(shí)腿部膝蓋彎曲角度要大于第二名學(xué)生，并且從跳遠(yuǎn)實(shí)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(duì)二位學(xué)生跳遠(yuǎn)身體擺動(dòng)做動(dòng)作的視頻回放來(lái)看，第二位學(xué)生身體擺動(dòng)較僵硬，未能全面放開(kāi)身體，并且因放腿時(shí)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(yuǎn)時(shí)腿部力量不足與彈性較差的問(wèn)題?；诖耍w育教師應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)第二位學(xué)生腿部力量與彈跳性的重視，增強(qiáng)腿部收縮能力與身體彈跳性的鍛煉，進(jìn)而提高學(xué)生的跳遠(yuǎn)成績(jī)。（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)方面運(yùn)動(dòng)學(xué)即是運(yùn)用各種各樣的先進(jìn)儀器、測(cè)量技術(shù)與科學(xué)合理的方法對(duì)體育運(yùn)動(dòng)員身體或者運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下實(shí)際的身體狀況展開(kāi)詳細(xì)記錄，根據(jù)分析獲得運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下開(kāi)始的速度、單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度以及速度對(duì)比時(shí)間的變化率等各種運(yùn)動(dòng)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(duì)拳擊選手進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，可以運(yùn)用現(xiàn)代高速攝像機(jī)以及力量測(cè)量?jī)x器對(duì)拳擊選手的擺拳、橫踢與側(cè)踢等多個(gè)動(dòng)作的身體角度、拳擊力量與角速度等多方面展開(kāi)測(cè)量，根據(jù)對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)的詳細(xì)分析得知，拳擊運(yùn)動(dòng)員上肢肩膀與肘等部位在擺動(dòng)時(shí)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(guò)對(duì)拳擊選手身體擺動(dòng)整個(gè)過(guò)程的視頻回放得知，拳擊選手身體上肢的迅速擺動(dòng)和身體向進(jìn)攻方向的迅速扭轉(zhuǎn)可以協(xié)助拳擊運(yùn)動(dòng)員下肢運(yùn)動(dòng)的順利完成，且在這些動(dòng)作中還可以提高速度，加強(qiáng)自身的攻擊速度和力量。與此同時(shí)，如果身體上臂迅速擺動(dòng)的時(shí)間更早，拳擊選手就能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成一系列動(dòng)作，并且也能提高下肢運(yùn)動(dòng)速度。由此可見(jiàn)，在實(shí)際訓(xùn)練進(jìn)程中，應(yīng)當(dāng)重視增強(qiáng)對(duì)其身體上臂擺動(dòng)的鍛煉，以此強(qiáng)化拳擊運(yùn)動(dòng)員的攻擊速度與攻擊力量。（三）動(dòng)力學(xué)方面動(dòng)力學(xué)指的是分析體育運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的具體原因，測(cè)量出各種不同力的大小、力的方向與變化情況，并進(jìn)一步探究力的形成規(guī)律。通過(guò)對(duì)力學(xué)理論的了解，所有物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)速度出現(xiàn)變化時(shí)，均是在力的作用下完成的。如鉛球及標(biāo)槍等相關(guān)器材在空中飛行，是體育運(yùn)動(dòng)員將肢體各項(xiàng)力量作用在器械上的原因。體育運(yùn)動(dòng)員身體的靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)員在跑步時(shí)，腿部力量向下蹬出，同時(shí)地面亦會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的力，進(jìn)而推動(dòng)運(yùn)動(dòng)員身體不斷向前運(yùn)動(dòng)。如果對(duì)田徑技術(shù)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析只單一測(cè)量力量的大小是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)測(cè)量或計(jì)算出用力的角度與方向以及隨時(shí)間不斷變化的情況分析運(yùn)動(dòng)技術(shù)存在的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。六、結(jié)語(yǔ)在體育教學(xué)以及體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中經(jīng)常要運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)及其分析方法，如將其運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)技能要領(lǐng)講解中或?qū)\(yùn)動(dòng)技術(shù)展開(kāi)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(shí)，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(dòng)作，更好地提升體育運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)能力與技術(shù)水平。參考文獻(xiàn)[1]于雪梅,牛健壯,牛崢,等.足球技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)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(guó)偉跳高技術(shù)的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析[J].山東體育學(xué)院學(xué)報(bào),2017,33(5):6.[3]徐嬌嬌.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在射擊項(xiàng)目中的應(yīng)用分析[J].2020.[4]周靜芝.基于骨肌模型驅(qū)動(dòng)的羽毛球勾對(duì)角上肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究[J].廣州體育學(xué)院學(xué)報(bào),2022,42(2):8.[5]蘇朕鑫,何文革,楊賢罡,等.足球鞋的核心結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征研究進(jìn)展[J].醫(yī)用生物力學(xué),2021(036-S01).[6]許正凱.網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中持拍手關(guān)節(jié)損傷防護(hù)及運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究[J].醫(yī)用生物力學(xué),2021,36(S01):1.[7]林增楷,周興龍.射箭項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)生