從競技運動中學習物理知識

柴鯤渤

摘要：物理是與人類生產生活聯系非常緊密的科學。生活中的很多現象，都可以用物理知識進行解釋。鑒于此，筆者積極踐行“走出課堂、走進生活，不做只會讀書的機器”，以親身參與的競技運動為切入點，對常見運動進行分析，總結其中蘊藏的物理知識和原理，進一步提升自身分析問題、解決問題的能力。

關鍵詞：競技運動 物理知識

物理作為一門自然科學，與人類生產生活聯系非常密切。只要用心觀察，生活中到處都是物理的影子。對于當代高中生而言，運用學過的物理知識解決實際生活中的問題，能夠不斷提高自身觀察、分析、解決問題的能力。

一、物理知識解釋短跑、游泳的動作要領

短跑和游泳是較為常見的體育運動，其中就包含了許多物理知識，分析其動作要領，就能深刻理解課堂上所學習到的物理原理。首先，短跑運動。短跑，以最快的速度，跑完規定的距離，屬于極限強度運動。起跑是贏得短跑的關鍵點，目的是獲得向前沖力，使身體迅速擺脫靜止狀態，為起跑后加速創造有利條件。想要獲得最大的向前沖力，首先要確保起跑向前推力要足夠大。因此，起跑姿勢顯得尤為重要。目前，比較推崇的蹲踞式，使地面（或助跑器）對足部的支持力作用于人體的重心，從而獲得足夠大的向前推力。然后，游泳運動。游泳，憑借浮力，通過肢體運動使身體有規律地在水中運動。在競技游泳中，要想獲得前進的動力，主要依靠下肢的前后擺動。這可以用牛頓第三運動定律來解釋，在作用力與反作用力的作用下，雙腳向后蹬水時，水受到的作用力是向后的，人同時受到水的反作用力，向前游動。但是，在自由泳過程中，下肢運動的方向是上下的，但依然能夠獲得向前的推進力。這又是為什么呢？其實，應用物理知識很容易解答這個問題。在下肢上下拍打水面的過程中，左右腳打水的方向不同，雙腳受到的力是斜向前的，但是雙腳受力的分力是向前的，所以人就能夠向前游動。

二、物理知識解釋拔河比賽的勝負關鍵

拔河比賽，絕大多數人都會認為比的是力氣。然而用物理原理對拔河比賽進行分析，就會發現這個問題并非那么簡單。首先根據牛頓第三定律可知，在一條直線上的作用力與反作用力大小相等，方向相反。也就是說，在拔河過程中雙方受到的拉力大小是一樣的，并不會因為哪方的力氣大就會對對方施加更大的拉力。因此，雙方力氣的大小并不是比賽勝負的決定性因素。如果，將拔河比賽兩隊隊員看成一個整體進行受力分析，就可以看出，能否被拉動的關鍵取決于隊員與地面的最大靜摩擦力。如果靜摩擦力大于拉力，則不會被拉動；如果靜摩擦力小于拉力，則會被拉動。由此可見，拔河隊員與地面的摩擦力才是勝負的關鍵。因此，拔河取勝最簡單的方法就是增大摩擦力。一是，增加隊員的體重，體重越大，對地面的壓力越大，摩擦力也越大。二是，穿上底部有凹凸不平紋路的鞋子，使得摩擦系數變大，摩擦力也隨之增大。三是，腳使勁蹬地，在短時間內對地面產生超過自己體重的壓力，使得摩擦力增加。四是，在發力時身體向后仰，借助對方的拉力來增大對地面的壓力，實現摩擦力的增加。

三、物理知識解釋劃水運動滑板不下沉原因

你是否也一樣思考過為什么滑水運動員能夠在水面上乘風破浪快速滑行，而且站在滑板上不會沉下去呢？最主要原因就在這塊小小的滑板上。首先滑水運動員在滑水時，身體是向后傾斜的狀態，而雙腳向前用力蹬滑板。這樣就使滑板和水面形成一定的角度，當有外力拖動運動員時，運動員就通過滑板對水面施加了一個斜向下的力。根據牛頓第三定律（作用力與反作用力的原理），水面就會通過滑板反過來對運動員產生一個斜向上的反作用力。而且，外部作用力對運動員的拉力越大，運動員對水面施加的向下的力也越大。當反作用力在豎直方向的分力與運動員的重力相同時，運動員受力平衡就能在水面上快速滑行。

四、物理知識解釋足球運動中弧旋球

在足球比賽中，最精彩的部分就是罰前場直接任意球。進攻方的主罰球員，要將足球射入防守方五六個球員組成的“人墻”之后的球門。被射出的足球能夠繞過“人墻”，在即將偏離球門飛出的瞬間，又會旋轉沿弧線拐彎在守門員的防守死角射入球門。這就是神奇的弧旋球，又被稱為香蕉球。這里面蘊藏的物理原理又是什么呢？首先在罰球的時候，運動員并不是踢足球的中心位置，而是偏向一側踢，更多的是用腳背摩擦足球。這樣，踢出的足球在前進的同時不斷地旋轉，由于足球與空氣的摩擦，帶動周圍的空氣一起旋轉。空氣流相對于向前運動的球來說除了向后流動外，還隨著被球旋轉帶動的四周空氣環流層在球的轉動方向上轉動。這樣，在球一側的空氣除了向后的平動外還有足球旋轉導致的向后的轉動，兩者方向一致；而在球的另一側，平動速度（向后）與轉動速度（向前）方向相反，因此球一側的空氣速度要大于球另一側的空氣運動速度。由伯努利方程可知，氣體的流速越大，壓強越小。足球兩側空氣流速不同，壓強也不同，足球就向著壓強小的一側拐彎，這就是神奇的“香蕉球”。

五、結語

在此次研究中，筆者對短跑、游泳、拔河、滑水、足球等常見運動，從物理層面上進行了解釋和分析，有力推動了學以致用、理論聯系實際能力的提高。

參考文獻：

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（作者單位：石家莊二中實驗學校）endprint