力學(xué)小實(shí)驗(yàn)—逃出體外的重心
來(lái)源:奧數(shù)網(wǎng) 文章作者:沈?qū)幦A 2009-10-26 13:55:31
人的重心到底在哪里?這個(gè)問(wèn)題不是一下子能解決的,因?yàn)橹匦暮?ldquo;不安分”,隨時(shí)隨地都在變換著它的位置。站立的時(shí)候,重心在你的腰部;但是當(dāng)你舉一下胳膊或抬一下腿的時(shí)候重心就變了;向前或向后彎腰時(shí),重心還會(huì)跑到身體的外面。所以,重心的“不安分”,是來(lái)自你姿勢(shì)的變化。用實(shí)驗(yàn)的方法可以方便地了解身體重心的變化,你可以用硬紙片做一個(gè)人體模型,這個(gè)人體模型是由頭、上身、下身、和四肢組成的,人體模型的各個(gè)關(guān)節(jié)可以用按扣連接,能夠轉(zhuǎn)動(dòng)做出不同的姿勢(shì)。體育教練也常用類似的方法來(lái)研究人體的重心。
測(cè)量物體的重心的方法很簡(jiǎn)單,就是用繩把模型吊起來(lái),順著繩子的方位向下畫一條線;然后再換一個(gè)地方吊起,再畫一條線,兩條線的交點(diǎn)就是模型的重心。如果畫的兩條線在模型上交不在一起,就要延長(zhǎng)交在模型的外面,這時(shí)重心就在體外。知道了這種方法,你就能測(cè)出人體的各種姿勢(shì)的重心位置。
下面我們用這個(gè)模型來(lái)研究跳高運(yùn)動(dòng)員的重心,我們都知道世界的跳高記錄在不斷地刷新,是不是現(xiàn)代人的彈跳力比古代人更好了呢?
科學(xué)家通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),人的彈跳力都相差不多,大約在1米左右,即使優(yōu)秀的跳高運(yùn)動(dòng)員也高不了多少。人體的整個(gè)重量可以認(rèn)為集中在重心上,所以彈跳力只決定重心升高的高度,如果站立時(shí)重心距地面1米高,彈跳高度是1米,在你跳起來(lái)時(shí)重心升起的高度就是2米。
但是跳高的規(guī)則是要求人體通過(guò)橫桿,而不一定是重心,如果我說(shuō)許多跳高選手都是從橫桿底下“鉆”過(guò)去的,你一定認(rèn)為這個(gè)說(shuō)法十分稀奇。當(dāng)然,我這句話只說(shuō)了一半,應(yīng)該更準(zhǔn)確的說(shuō),跳高運(yùn)動(dòng)員的重心是從橫桿的下面鉆過(guò)去的,而不是人從下面鉆過(guò)去的。
這就是跳高的記錄在不斷提高的秘密。
跳高有許多姿勢(shì):跨躍式、滾式、背躍式等,目前優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員都采用背躍式,沒(méi)有人再用跨躍式,這是為什么?
現(xiàn)在讓我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。
把你的人體模型折成跨躍式、滾式、背躍式三種形式(如果你不能使模型四肢很好的轉(zhuǎn)動(dòng)和固定,也可以做3套人體模型),然后來(lái)測(cè)量它們的重心。你會(huì)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員用跨躍式過(guò)桿時(shí),他的重心在臂部上;滾式的重心比跨躍式要低一些;背躍式的重心最低在身體的下面。
原來(lái)。在過(guò)桿時(shí),重心越低,跳高的成績(jī)就會(huì)越好,當(dāng)你正確地使用背躍式過(guò)桿的時(shí)候,重心會(huì)低于身體300毫米左右。一個(gè)身高為2米的人,彈起1米,他的重心高度可以達(dá)到2米,這時(shí)他就能躍過(guò)2. 30米的橫桿,而他要是使用跨躍式,連2米的橫桿都過(guò)不去。
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