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跳高中蕴含的物理知识——从助跑开始

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作者:科普中国来源:科普中国

在体育比赛中,跳高运动包含了奇妙的物理原理。跳高运动员能腾起越过横杆,靠的是助跑的惯性和起跳蹬地的支撑反作用力。由于惯性的方向是水平向前的,而支撑反作用力是垂直(或近似垂直)向上的,所以起跳后的运动员身体重心沿着一个抛物线轨迹运动。这个抛物线轨迹的高度,取决于起跳时腾起初速度和腾起角的大小,也就是说,腾起初速度和腾起角是增加跳高高度的关键。一般说来,应该尽可能增大这两项数值。跳高最大腾起角为90度,然而,由于跳高不是单纯的垂直向上运动,越过横杆还必须有一个向前的力量;再则,还须充分利用水平速度来增大腾起初速度,因此,腾起角应小于90度。至于腾起初速度,则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。当腾起角一定时,腾起初速度越大,跳得就越高。腾起初速度是起决定作用的。


另外,在观看跳高比赛时,你会发现,跳高运动员多是采用“背越式”跳高法,那么为何运动员会采用这种方法呢?


其实,跳高姿势是不断演变的,姿势的变化也反映出了人类对力学原理的掌握。由最初的“自由式”,到1864年英国选手罗伯特·柯奇创造了侧面助跑;再到1912年美国大学生霍拉茵首创滚式跳高突破了2米大关;然后在1936年柏林奥运会上,美国选手阿尔布里顿用“肚皮朝下、骑跨横杆”的俯卧式技术飞掠2米而获得银牌;最后到1968年墨西哥奥运会上,美国俄勒冈大学21岁的学生福斯贝里用一种前所未见的“背越式”跳过2.24米,摘取了奥运金牌,背越式跳高从此沿用至今。


背越式跳高有什么优势?


背越式跳高的一大优势是“J型”的弧线助跑。随着最后三、四步的曲率半径越来越小,人体起跳时便在惯性作用下沿切线飞出,获得转向横杆的角动量并自然成为水平姿势。跳高选手一旦离开地面处于无支撑状态,身体重心的运动轨迹将不可改变。而背越式动作在于运动员的身体形成“反弓”和“背桥”,头、肩、背、腰、臀、腿部“分期分批,化整为零”依次滑过横杆,完全不同于其他跳高形式中身体必须在瞬间过杆。此时运动员的身体一部分处在杆上,其他部分却可以垂在杆下,使总重心的位置移出体外并始终低于横杆。所以也有人形容背越式跳高是“从横杆下钻过去”的跳高了。


跳高是一个不断自我突破的过程,随着时间的流逝,跳高所能达到的高度也会逐步增加,是一个挑战自我的机会。同时,跟所有的运动一样,跳高也能强身健体,促进血液循环、促进体内的新陈代谢,体内毒素通过汗液排出体外,增强心肺功能;也会使身体更好地抵抗病毒和细菌的入侵,提高自身免疫力。


文章分类: 物理视野