運(yùn)動(dòng)吧，少年

本刊綜合

“叮咚—— 叮咚——”

天還沒(méi)有完全亮，門鈴就響了。小新打開門就看到了一臉興奮的幸運(yùn)兔。

小新，今天舉行校園運(yùn)動(dòng)會(huì)，你準(zhǔn)備得怎么樣啦？

挺好的，我最近每天都在練習(xí)，感覺(jué)身體狀態(tài)很好。不過(guò)，心里還是有點(diǎn)小緊張。

你放心，今天的籃球比賽，你們隊(duì)一定能贏！

為什么？

我給你做了一條幸運(yùn)項(xiàng)鏈，只要戴上它，幸運(yùn)就會(huì)降臨。

謝謝你的心意。不過(guò)，體育運(yùn)動(dòng)是講究科學(xué)的。

運(yùn)動(dòng)是靠身體又不靠腦袋，和科學(xué)有什么關(guān)系？

運(yùn)動(dòng)和科學(xué)的關(guān)系可大了。在杭州第19屆亞運(yùn)會(huì)上，中國(guó)代表團(tuán)獲得201金111銀71銅共383枚獎(jiǎng)牌，在創(chuàng)造亞運(yùn)最好成績(jī)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了亞運(yùn)金牌11連冠。每一位冠軍的誕生，都離不開自身的努力和科學(xué)的“幫忙”。現(xiàn)在時(shí)間還早，我給你科普一下吧。

冠軍的“制勝秘訣”

運(yùn)動(dòng)是人們與生俱來(lái)的一種能力，但并非每個(gè)人都能成為冠軍。你有沒(méi)有想過(guò)，在田徑場(chǎng)上，“大長(zhǎng)腿”和“小短腿”誰(shuí)跑得更快呢？

想要跑得快，就要爭(zhēng)取把每一步邁得更大，并且把步子邁得更快，也就是努力增加“步長(zhǎng)”和“步頻”。但是，這兩者往往是相互矛盾的。個(gè)子高的人腿長(zhǎng)，步子邁得大，但是邁步慢；個(gè)子矮的人腿短，步子邁得小，但是邁步快。優(yōu)秀的短跑運(yùn)動(dòng)員平均身高在1.85米左右，這個(gè)身高的人更容易在步長(zhǎng)和步頻之間取得平衡，達(dá)到“最優(yōu)解”。

不過(guò)，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上最不缺乏奇跡。

“中國(guó)飛人”蘇炳添是首位突破男子百米10秒大關(guān)的黃種人。在2020年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)田徑男子100米半決賽中，身高1.72米的蘇炳添以9秒83的成績(jī)打破亞洲紀(jì)錄，創(chuàng)造了中國(guó)奇跡。

“閃電”博爾特也是短跑運(yùn)動(dòng)員中的特例。他身高1.95米，步頻不算太高，可這并不影響他比別人跑得快。

身體形態(tài)、身體素質(zhì)等先天優(yōu)勢(shì)確實(shí)能給運(yùn)動(dòng)員加分，但這并不起決定性作用。研究顯示，擁有天賦的運(yùn)動(dòng)員，至少需要投入十年或一萬(wàn)個(gè)小時(shí)的科學(xué)訓(xùn)練，才能在自己從事的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中達(dá)到精英水平。那么，如何針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練，掌握其中的“制勝秘訣”呢？一起來(lái)看看吧。

平衡木——調(diào)整重心

地球?qū)Φ乇砦矬w施加的重力作用在物體各個(gè)部分，它們集中于一個(gè)點(diǎn)，即物體的重心。人體一做動(dòng)作，重心位置就會(huì)發(fā)生變化。

體操運(yùn)動(dòng)員在平衡木上如履平地，自如地做著走、跳等動(dòng)作，還能翻跟斗。他們保持平衡的秘訣就在于——讓身體的重力作用線（通過(guò)重心的豎直線）通過(guò)支撐面（身體與物體的接觸面）。

我們走獨(dú)木橋時(shí)，會(huì)不自覺(jué)地張開雙臂、擺動(dòng)雙臂，使身體重新站穩(wěn)。雙臂的擺動(dòng)就是在調(diào)整身體的重力作用線，使之通過(guò)支撐面以恢復(fù)平衡。

鏈球—— 轉(zhuǎn)圈加速

很多時(shí)候，運(yùn)動(dòng)員會(huì)通過(guò)助跑加速。但在投擲鐵餅、鏈球、鉛球時(shí)，運(yùn)動(dòng)員只能站在一個(gè)直徑2米多的投擲圈內(nèi)把器械擲出去，在這有限的空間里如何加速呢？

答案就是——旋轉(zhuǎn)！不能直線加速，那就旋轉(zhuǎn)加速。運(yùn)動(dòng)員的身體旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)手中器械一起旋轉(zhuǎn)，這樣就能使器械獲得一定的速度。當(dāng)器械脫手時(shí)，它就會(huì)徑直向前飛出去。

鏈球的質(zhì)量和鉛球相同，但鏈球可以擲出80多米，幾乎是鉛球投擲距離的4倍。這是因?yàn)殒溓虮茹U球多了一條1米多長(zhǎng)的鏈子，旋轉(zhuǎn)半徑越大，通過(guò)旋轉(zhuǎn)獲得的速度越快，所以飛得更遠(yuǎn)。

跳水——壓水花

跳水一直是中國(guó)國(guó)家隊(duì)的強(qiáng)項(xiàng)，也是很具觀賞性的比賽項(xiàng)目。想要水花小，秘訣有兩點(diǎn)。

一是身體伸直，垂直入水。人體和水的接觸面越小，產(chǎn)生的水花就越小。如果入水前身體還沒(méi)伸展開，或者斜著入水，就會(huì)嘩啦啦地“炸魚”了。

二是掌心朝下，平壓水面。如果雙手合十切入水面，那么水會(huì)被劈開，向兩側(cè)濺起；如果用手掌平壓水面，水則會(huì)被擠向兩側(cè)，水花就會(huì)小很多。

足球——香蕉球

香蕉球是一種足球技巧，它可以在空中拐彎，從而避開人墻，完成射門。香蕉球?yàn)槭裁磿?huì)拐彎呢？這與伯努利原理密不可分，需要球體強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)才能形成。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，伯努利原理是指流體速度較大的地方壓強(qiáng)較小。

動(dòng)動(dòng)手

兩手各拿一張薄紙巾，然后向中間吹氣，猜一猜，紙巾會(huì)分開還是靠近呢？

通過(guò)實(shí)踐你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這兩張紙巾不但沒(méi)有分開，反而相互靠近了！這就是伯努利原理——流速越快壓強(qiáng)越小。當(dāng)兩張紙中間的空氣流過(guò)時(shí)，壓強(qiáng)會(huì)變小，紙外的壓強(qiáng)比紙內(nèi)大，內(nèi)外的壓強(qiáng)差就把兩張紙往中間壓。

原來(lái)如此，我以為運(yùn)動(dòng)員們只是簡(jiǎn)單地跳一下、踢一下、轉(zhuǎn)一下，沒(méi)想到這些動(dòng)作蘊(yùn)含了這么多科學(xué)知識(shí)。

那當(dāng)然，只有頭腦聰明、四肢發(fā)達(dá)的人才能成為一名優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員。不過(guò)，高手過(guò)招，往往只差毫厘。在重大的國(guó)際比賽中，除了拼技巧和體力外，高科技的運(yùn)動(dòng)裝備也起到了關(guān)鍵性的作用。

讓人類更快、更高、更強(qiáng)

輕薄跑鞋? 讓“飛人”更快

根據(jù)測(cè)試，跑鞋質(zhì)量每減輕100克，運(yùn)動(dòng)員的體能消耗將減少1%，而這1%的體能足以讓運(yùn)動(dòng)員成為新的“飛人”。在2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)上，短跑名將邁克爾·約翰遜的跑鞋只有116克。此外，瑪麗安·瓊斯的“水晶鞋”，劉翔的“紅色魔鞋”，都為公眾津津樂(lè)道。

水滴狀頭盔? 讓騎車更絲滑

頭盔的水滴狀外形取代運(yùn)動(dòng)員頭部的自然外形，能有效降低騎行中的空氣阻力。研究顯示，運(yùn)動(dòng)員戴上頭盔遇到的空氣阻力明顯小于剃光頭時(shí)的空氣阻力。

彈性十足? 讓世界紀(jì)錄更高

撐桿跳高是借助撐桿彎曲時(shí)積聚的彈力，在撐桿伸展時(shí)將運(yùn)動(dòng)員“彈”過(guò)橫桿。最初，人們使用木桿跳出了3.3米的好成績(jī)。當(dāng)竹竿、金屬桿取代堅(jiān)硬沉重、沒(méi)有彈性的木桿，撐桿跳高的成績(jī)節(jié)節(jié)攀升。待到更輕、更有韌性的玻璃纖維、碳纖維桿問(wèn)世后，撐桿跳高的世界紀(jì)錄不斷被打破，達(dá)到了6.22米。

跑步“粽子裝” 比皮膚還光滑

在2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)上，澳大利亞選手凱西·弗里曼成為全世界的焦點(diǎn)。在400米短跑賽場(chǎng)上，觀眾們驚訝地發(fā)現(xiàn)：凱西·弗里曼居然穿著長(zhǎng)袖運(yùn)動(dòng)服，甚至還戴著帽子，裹得像個(gè)粽子一樣。但那天，凱西·弗里曼就是冠軍。

據(jù)了解，這種號(hào)稱“第二層皮膚”的運(yùn)動(dòng)服，可是響當(dāng)當(dāng)?shù)目萍忌衿鳌榱藴p少空氣阻力，這件衣服使用了5種不同紋理的纖維材料。穿上它之后，可以說(shuō)光滑到能忽略空氣。

套上“鯊魚皮”? 如魚得水去暢游

鯊魚皮膚表面粗糙的V形褶皺能大大減少水流的摩擦力，使周邊水流加速通過(guò)。受它的啟發(fā)，2000年，“鯊魚皮泳衣”誕生了。它采用模仿鯊魚皮紋理的彈性纖維，在水中可以減少約3%的阻力。接縫處采用超聲縫合技術(shù)，使得整件泳衣“天衣無(wú)縫”，將阻力降到最低。

許多運(yùn)動(dòng)員穿著它奪得了獎(jiǎng)牌甚至刷新了世界紀(jì)錄。但因?yàn)樗^(guò)于依賴高科技，而且造價(jià)昂貴，影響比賽公平，國(guó)際泳聯(lián)宣布從2010年起禁用此類泳衣，“鯊魚皮泳衣”從此退出了比賽舞臺(tái)。

我最喜歡看比賽了！運(yùn)動(dòng)員們?cè)谫悎?chǎng)上爭(zhēng)分奪秒，你追我趕，那場(chǎng)面太緊張了！不過(guò)我一直有一個(gè)疑問(wèn)，有時(shí)候運(yùn)動(dòng)員們幾乎是同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，裁判員怎么判斷他們的名次呢？

這些細(xì)微的差別靠人眼是無(wú)法辨別的，必須借助科技的力量，才能更好地保證比賽的公平公正。

讓比賽更公平公正

電子起跑器

每一個(gè)電子起跑器上都裝有揚(yáng)聲器，連接至發(fā)令槍，讓所有運(yùn)動(dòng)員能同時(shí)聽到起跑信號(hào)。起跑器內(nèi)置的傳感器可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員對(duì)踏板施加的壓力，測(cè)算出運(yùn)動(dòng)員起跑反應(yīng)的時(shí)間。如果反應(yīng)時(shí)間少于0.1秒，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出搶跑信號(hào)。

跳躍分析設(shè)備

不同于競(jìng)速類項(xiàng)目，花樣滑冰需要判定的是運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作完成度。在北京2022年冬奧會(huì)上，一種跳躍分析設(shè)備通過(guò)賽場(chǎng)周圍的6臺(tái)攝像機(jī)記錄運(yùn)動(dòng)員的跳躍高度、遠(yuǎn)度以及滯空時(shí)間，便于裁判更直觀地評(píng)判運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作質(zhì)量。

自動(dòng)觸摸板

1968年墨西哥城奧運(yùn)會(huì)上，自動(dòng)觸摸板首次登場(chǎng)亮相。這是一塊0.9米高、2.4米寬的電子平板，2/3浸沒(méi)在水中，能夠靈敏地感受到運(yùn)動(dòng)員手指輕微的觸摸，卻對(duì)波浪的拍擊不作反應(yīng)。此后，決定游泳比賽結(jié)果的權(quán)力真正交到了運(yùn)動(dòng)員“手”中。

歷史時(shí)刻：1988年，蘇里南全國(guó)放假一天，慶祝運(yùn)動(dòng)員安東尼·內(nèi)斯蒂在漢城奧運(yùn)會(huì)上以0.01秒的優(yōu)勢(shì)獲得男子100米蝶泳金牌。

“鷹眼”系統(tǒng)

“鷹眼”系統(tǒng)也被稱為即時(shí)回放系統(tǒng)，由高速攝像機(jī)、電腦和大屏幕組成，它會(huì)從不同角度捕捉球的飛行軌跡，將數(shù)據(jù)生成三維圖像，并在大屏幕上清晰地呈現(xiàn)出球的運(yùn)動(dòng)路線、落點(diǎn)以及運(yùn)動(dòng)員的細(xì)節(jié)動(dòng)作。在比賽中如果發(fā)生爭(zhēng)議，那么“鷹眼”系統(tǒng)拍攝到的畫面不僅可以給裁判提供依據(jù)，還能讓電視機(jī)前的觀眾第一時(shí)間知道真相。

內(nèi)置掃描系統(tǒng)的新箭靶

在射箭項(xiàng)目中，當(dāng)箭擊中箭靶時(shí)，兩臺(tái)掃描儀將分別進(jìn)行縱向和橫向運(yùn)行，計(jì)算箭頭與箭靶中心點(diǎn)的距離。該系統(tǒng)的精度達(dá)到0.2毫米，成績(jī)?cè)?秒內(nèi)顯示，運(yùn)動(dòng)員們不用再焦急地等待結(jié)果公布，可以集中注意力射出下一箭。

運(yùn)動(dòng)不僅能強(qiáng)身健體，還能增長(zhǎng)知識(shí)。如果你還沒(méi)有想好參加哪項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，不妨多嘗試，適當(dāng)練習(xí)。即便是“體育課困難戶”，也能發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的樂(lè)趣！