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2015年度理论力学竞赛视频解析

作者:工程力学系 马红艳   时间:2015-05-11   点击:[]

2015年度理论力学竞赛包括客观题和主观题,主观题是现场播放奥运会蹦床比赛视频,要求参赛者根据所学的理论力学知识给出解释或联想发挥。阐述相关问题,以提高参赛学生的主观能动性。

视频地址:

http://v.youku.com/v_show/id_XODMyNzI0NTY=.html?tpa=dW5pb25faWQ9MTAyMjEzXzEwMDAwMl8wMV8wMQ


蹦床是一项运动员利用从蹦床反弹中表现杂技技巧的竞技运动,它属于体操运动的一种。亦为体育器械名称。蹦床运动又称回弹技巧运动,运动员从蹦床弹入空中表演技巧动作。蹦床,是一项将运动和美学完美结合的运动,体操包括竞技体操、艺术体操、蹦床、健美操、技巧5个竞技性项目。多年来,人们仍习惯称“竞技体操”为体操,蹦床则有“空中芭蕾”之称。目前,竞技体操、艺术体操、蹦床同属奥运会体操项目。在2000年第27届悉尼奥运会上,蹦床被列为正式比赛项目。

预备起跳时人体所受外力有两个:一个是重力W,一个是网面的支撑反作用力FN。由于网面具有弹性,变形后网面积蓄了弹性势能。起跳后通过人体内力做功,使网面发生更大的变形,弹性势能增加,根据能量转化和守恒定律,当网面变形恢复,释放应变能时,会将人体抛离网面。

脚、小腿、大腿、躯干和上肢在起跳过程中适时向上做加速运动,有利于人体通过动力性作用力做功,使网面弹性势能有所增加。从空中落下时为了使人体已形成的重力势能充分转化为网面的弹性势能,人体当保持静止。髋、膝、踝关节都是伸直的,臂应同时由最高点快速下摆,其产生的动力性作用力会使人体对网面的压力减小,这将有利于人体被弹起得更高。多次预跳的目的是求得起跳高度,而求得起跳高度的惟一途径是通过内力做功使网面积蓄的弹性势能大于前次起跳形成的人体重力势能。

人体腾空后翻腾需有动量矩存在,而动量矩的形成需要在起跳回复过程中网面对人体有冲量矩。这就要求起跳回复过程中网面对人体有偏心力。一般情况下偏心力可通过人体在网面回复过程中倾斜(前后倾倒)来实现。倾斜的程度则需根据翻腾动作的需要来把握。人体腾空后动量矩守恒,翻转的角速度由转动惯量决定。人体可根据动作需要通过关节的伸展或屈曲等动作调节转动半径,即调节转动惯量来控制翻转角速度。起跳腾空瞬时臂上举会使人体转动惯量增大,这样腾空后转动惯量的调节量也大,这有利于控制调节空中翻转的角速度,同时也能很好地完成空中翻转动作。

蹦床比赛要求动作连续完成不能间断,这就使得动作间的衔接显得尤为重要。脚与网面间的摩擦力应该发挥作用,最终通过约束全反力来调整起跳动作,以保证起跳效果。由于约束全反力是在摩擦力参与下的网面对人体的反作用力,其力线偏心可以突破身体倾斜的控制在一定限度内,它可使人体前倾向后翻转,后倒向前翻转,向后翻转重心前移,向前翻转重心后移。这对运动员调整前次动作的剩余或不足动量矩影响,及调整动作间的起跳和落网位置都有显著作用。

由振动理论可知,人-网系统是一个强迫共振系统,如果人体每一次起跳施加于网的作用力都处在人体重力与网的速度相等时刻,即速度均为零时,所施于压网的能量能充分地传输给网面,使网下沉的幅度最大,储存的弹性势能也最大,运动员要有较强的腿部力量和肌肉爆发力,准确地调整好入网倾角,把握最佳蹬伸时刻,充分蹬网,从而获得最大的起跳速度。腾空高度越高,其动作自然显得轻盈、飘逸,富有美感。

下面是一些参赛同学的精彩解答。

 

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