《簡明運動生物力學(xué)》課件42拋體運動的生物力學(xué)分析

1、體育運動中的拋體運動體育運動中的拋體運動一、拋體運動的概述拋體運動是一種曲線運動，它在空中運動的軌跡是拋物線?；@球運動員投籃，鉛球、鐵餅、標(biāo)槍的擲出，乃至人體在跳高、跳遠、跨欄、跑步中重心的移動，都是拋物線。這種物體運動的軌跡是拋物線的運動為拋體運動。一、拋體運動的概述拋體運動是一種曲線運動，它在空中運動的軌跡一、拋體運動的概述1、可以忽略空氣阻力的情況如果物體的質(zhì)量較大，體積較小，飛行速度較低，飛行時間較短時，空氣阻力可以忽略不計。2、不能忽略空氣阻力的情況如果物體的質(zhì)量較小，體積（阻力面積）較大，飛行速度較高，時間較長，空氣阻力將不可忽略 。一、拋體運動的概述1、可以忽略空氣阻力的情況3、

2、平拋運動物體在水平方向上的勻速直線運動和豎直方向上的自由落體運動的合運動。4、斜上拋運動拋點與落點在同一水平面上的斜拋運動；拋點與落點不在同一水平面上的斜拋運動。拋體運動通常是從豎直和水平兩個方向研究。運動的獨立性原理或運動的疊加原理。3、平拋運動二、拋體運動的力學(xué)原理（一）拋點與落點在同一水平面上的斜拋運動初速度：在時刻T速度分量在時刻T的坐標(biāo)上升的最大高度飛行的遠度當(dāng)時飛行距離最遠飛行的時間二、拋體運動的力學(xué)原理（一）拋點與落點在同一水平面上的斜拋（二）拋點與落點不在同一水平面上的斜拋運動1、拋點高于落點的斜拋運動例，運動員推鉛球，已知拋射角為40度，出手高度為2米，初速度為10米/秒，求

3、鉛球的飛行遠度。（二）拋點與落點不在同一水平面上的斜拋運動1、拋點高于落點的推鉛球獲得最大的距離，其出手的拋射角應(yīng)小于45。這角度隨鉛球出手速度的增大而增大，而隨出手高度的增大而減小。對出手高度為1.72米，而出手速度為814米/秒的人來說中，出手拋射角應(yīng)為3842。至于其他投擲類，受空氣的作用力影響較大，各有不同的最佳拋射角。例如擲鐵餅為3035；標(biāo)槍為2833；鏈球為4244。推鉛球獲得最大的距離，其出手的拋射角應(yīng)小于45。這角度隨鉛（二）拋點與落點不在同一水平面上的斜拋運動2、拋點低于落點的斜拋運動在A點的速度：在A點速度的方向（二）拋點與落點不在同一水平面上的斜拋運動2、拋點低于落點的

4、假設(shè)投籃出手點高度為h，籃筐高度為H=3.05m，則籃球在y方向上的位移為H-h。根據(jù)式：可解得投籃命中時，出手速度與出手角度之間的關(guān)系代入 式，即可得到籃球進筐時的入射角 與出手初速度、出手角度及出手高度之間的關(guān)系。這個關(guān)系比較復(fù)雜。假設(shè)投籃出手點高度為h，籃筐高度為H=3.05m，則籃球在y三、拋體運動的影響因素（一）影響拋體遠度的因素1、出手速度對飛行遠度的影響2、拋射角對飛行遠度的影響3、出手點高度對飛行遠度的影響 （二）影響拋體高度的因素1、出手速度對飛行高度的影響2、拋射角對飛行高度的影響3、出手點高度對飛行高度的影響 三、拋體運動的影響因素（一）影響拋體遠度的因素（二）影響拋體1

5、、出手速度對飛行遠度的影響拋體遠度與出手速度 的平方成正比，當(dāng)初速度 不變時，遠度S同拋射角兩倍的正弦成正比。所以初速度的影響是主要的。初速度稍有增加，遠度就可獲得較大的增加。因此，在投擲教學(xué)和訓(xùn)練中，應(yīng)著重發(fā)展肌肉力量和速度，從而提高運動員投擲的出手速度投擲出手速度是由助跑、引臂（投擲標(biāo)槍）或滑步（推鉛球）、轉(zhuǎn)體（投擲鏈球）時力作用的時間長短、工作距離長短等多方面因素決定的，因此，要求一系列動作要相互連貫和銜接。1、出手速度對飛行遠度的影響2、出手角度對飛行遠度的影響如果出點與落點必須在同一水平面上，且忽略空氣阻力，最佳出手角度為45。拋點高于落點的拋體運動的最佳出手角度，可用微分運算來求得

6、，但也只適用于鏈球、鉛球等密度較大的器械。標(biāo)槍等相對密度不大的器械在飛行過程中要受到空氣阻力、滑翔等作用，最佳出手角不能一概而論。最佳出手角為2、出手角度對飛行遠度的影響3、出手高度對飛行遠度的影響公式表明出手高度增高則飛行遠度相對更遠。因此，在投擲項目中要盡量增大運動員對投擲物出手點的高度；在跳遠等項目中，要提高運動員的起跳離地時人體重心的高度。 例如：美國的比蒙（身高191cm）和日本的飯島（身高176cm）騰起角為26，起跳速度為9.5米/秒時，比蒙朧比飯島跳遠遠度多16-18cm。3、出手高度對飛行遠度的影響例如：美國的比蒙（身高191cm簡明運動生物力學(xué)課件4-2拋體運動的生物力學(xué)分

7、析根據(jù)公式 ，可以看出拋射體的高度與拋出的初速度的平方成正比，與拋出角度的正弦的平方成正比。也就是說，實際上影響拋射體高度的因素是初速度和拋射角，其中初速度的影響是主要的。這個初速度是由水平速度和方向向上的豎直速度合成的速度，并且垂直速度是主要。因此要增大拋射體拋出的高度，必須增加初速度的垂直分量，即增大拋射角。從理論上計算，當(dāng)拋射角為90時，拋出的高度最高，但這是豎直上拋運動，不能取得成績，比如跳高時垂直上跳就不能越過竿，所以只能要求拋射角盡量趨近90，當(dāng)然技術(shù)要求還要根據(jù)個人情況來確定。根據(jù)公式 ，可以看出拋射體的（三）空氣阻力對拋體運動的影響從空氣動力學(xué)角度來看，要增大投擲距離，需要考慮

8、下列有關(guān)因素：1、改變壓力中心的位置；2、增大升阻比（升力與阻力之比);3、利用器械的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。我們分析不能忽略空氣阻力的拋體運動時，我們應(yīng)將各種因素綜合起來考慮，確定運動員的最佳動作組合。（三）空氣阻力對拋體運動的影響（四）標(biāo)槍的演變1984年，前民主德國標(biāo)槍運動員霍恩擲出了104.8米的驚人成績，出的標(biāo)槍對田徑場上的其他人員甚至看臺上觀眾構(gòu)成了威脅。標(biāo)槍的飛行距離與標(biāo)槍的重心位置和外形有著直接的關(guān)系：在重心位置不變的前提下，通過改變標(biāo)槍的形狀和規(guī)格結(jié)構(gòu)，既可以減少標(biāo)槍與空氣的摩擦，大大提高標(biāo)槍的飛行距離，也可以出相反的結(jié)果。（四）標(biāo)槍的演變標(biāo)槍飛行距離過遠，存在很大的潛在危險，國際田聯(lián)決定通過合理的方法和措施來減少標(biāo)槍的飛行距離。兩種選擇：一是增加標(biāo)槍的重量，二是改變標(biāo)槍有關(guān)的設(shè)計參數(shù)。經(jīng)過大量的科學(xué)研究和實驗，國際田聯(lián)拿出了這樣的設(shè)計方案：標(biāo)槍的重量不變，只要將標(biāo)槍的重心前移，同時縮小標(biāo)槍前段的直徑，加大標(biāo)槍后段的直徑，這樣可大幅降低標(biāo)槍飛行的性能，從而使成績下降。19