博尔特百米神奇挑战科学

张　浩

在北京，博尔特打破了所有的科学常识，因为他不仅跑出了每小时43.902公里的最高速度，而且他居然在50米至80米的那段距离一直保持了这个速度：他只用了2秒46的时间就跑完了这个30米，这是人类有史以来的最佳纪录。这个阶段也是他打破百米世界纪录的关键。令人难以置信的是，尽管他在最后阶段（73米处，第32步）就开始庆祝胜利，但博尔特还是在80米至90米之间跑出了43.373公里每小时的速度，甚至在最后10米减速的时候他的速度仍然达到了每小时40公里。对于博尔特的表现，似乎没有什么科学理论可以解释。被认为是世界上最好的生物力学专家、来自印第安纳大学的人体力学教授赫苏斯·达佩纳就表示：“我完全无法理解这个人（博尔特）是怎么做到这一切的。我想其他所有人也都无法真正理解。”达佩纳后来给出了一个再简单不过的解释，那就是：“很简单，这个人的肌肉比他的对手都要好。”

原创试题

1. 在2008北京奥运会中，很多运动员都创下了新的世界纪录，短跑名将博尔特以9秒69的成绩获得北京奥运会男子100米金牌。博尔特之所以能够取得冠军，取决于他在100米赛程中的（）

A. 某时刻的瞬时速度大

B. 加速过程的加速度大

C. 平均速度大

D. 起跑时的加速度大

2. 2008年8月16日，刘翔进行了最后一次的赛前模拟真实比赛状况的训练，然而，意外就这样发生了。起跑过程中，刘翔在蹬踏助跑的环节中，用力过猛，造成起跑器侧移，牵动了之前的跟腱旧伤，就是这个小小的失误，成了刘翔伤病爆发的直接导火索，并最终致使他遗憾地退出了苦等四年的北京奥运会。起跑器对提高短跑运动员的成绩起着非常重要的作用。以下物理知识与起跑器原理有关的是（）

A. 动量守恒定律

B. 牛顿第一定律

C. 牛顿第三定律

D. 力的分解

3. 跑步的物理过程比较复杂，比如一次跨步的过程，假设右脚先用力蹬地，然后腾空跃起，最后左脚触地，完成一次跨步，再才是左脚用力蹬地开始下一次跨步。人能够迅速奔跑，很大程度上取决于后脚蹬地的作用力的大小和该力的方向与地面的夹角大小，这个夹角称为后蹬角，为了得到最大的水平速度，短跑的后蹬角应在52°～60°之间，几乎可以忽略竖直速度。在2008年北京奥运会中，博尔特以9秒69的成绩获得男子100米金牌，并刷新了百米世界纪录。假设博尔特在加速阶段用5秒时间将速度由0提至12米/秒，高素质运动员前脚触地技术可以忽略触地产生的阻力，所以可把博尔特的加速奔跑看为博尔特在恒力作用下沿水平方向做匀加速直线运动。如果博尔特加速时的后蹬角为60°，他的质量为60千克，试确定博尔特在加速运动时后脚蹬地的作用力的大小。

4. 一个业余短跑运动员从静止开始奔跑，经过4秒能加速到最大速度10米/秒，并能维持这个速度较长一段时间。一个专业短跑运动员从静止开始奔跑，经过4秒能加速到最大速度12米/秒，但只能维持这个速度6秒。专业运动员与业余运动员在加速运动阶段都是做匀加速运动，且均沿同一直线奔跑。假设专业运动员在业余运动员后方X米处。

（1）如果两名运动员朝同一方向同时起跑，专业运动员要在匀速阶段追到业余运动员，求X的取值范围。

（2）假设X=18米，两名运动员仍然朝同一方向同时起跑，专业运动员10秒后开始减速，可视为匀减速运动，其加速度大小为2米/平方秒。试通过计算判断专业运动员能否追上业余运动员。