从竞技运动中学习物理知识

柴鲲渤

摘要：物理是与人类生产生活联系非常紧密的科学。生活中的很多现象，都可以用物理知识进行解释。鉴于此，笔者积极践行“走出课堂、走进生活，不做只会读书的机器”，以亲身参与的竞技运动为切入点，对常见运动进行分析，总结其中蕴藏的物理知识和原理，进一步提升自身分析问题、解决问题的能力。

关键词：竞技运动 物理知识

物理作为一门自然科学，与人类生产生活联系非常密切。只要用心观察，生活中到处都是物理的影子。对于当代高中生而言，运用学过的物理知识解决实际生活中的问题，能够不断提高自身观察、分析、解决问题的能力。

一、物理知识解释短跑、游泳的动作要领

短跑和游泳是较为常见的体育运动，其中就包含了许多物理知识，分析其动作要领，就能深刻理解课堂上所学习到的物理原理。首先，短跑运动。短跑，以最快的速度，跑完规定的距离，属于极限强度运动。起跑是赢得短跑的关键点，目的是获得向前冲力，使身体迅速摆脱静止状态，为起跑后加速创造有利条件。想要获得最大的向前冲力，首先要确保起跑向前推力要足够大。因此，起跑姿势显得尤为重要。目前，比较推崇的蹲踞式，使地面（或助跑器）对足部的支持力作用于人体的重心，从而获得足够大的向前推力。然后，游泳运动。游泳，凭借浮力，通过肢体运动使身体有规律地在水中运动。在竞技游泳中，要想获得前进的动力，主要依靠下肢的前后摆动。这可以用牛顿第三运动定律来解释，在作用力与反作用力的作用下，双脚向后蹬水时，水受到的作用力是向后的，人同时受到水的反作用力，向前游动。但是，在自由泳过程中，下肢运动的方向是上下的，但依然能够获得向前的推进力。这又是为什么呢？其实，应用物理知识很容易解答这个问题。在下肢上下拍打水面的过程中，左右脚打水的方向不同，双脚受到的力是斜向前的，但是双脚受力的分力是向前的，所以人就能够向前游动。

二、物理知识解释拔河比赛的胜负关键

拔河比赛，绝大多数人都会认为比的是力气。然而用物理原理对拔河比赛进行分析，就会发现这个问题并非那么简单。首先根据牛顿第三定律可知，在一条直线上的作用力与反作用力大小相等，方向相反。也就是说，在拔河过程中双方受到的拉力大小是一样的，并不会因为哪方的力气大就会对对方施加更大的拉力。因此，双方力气的大小并不是比赛胜负的决定性因素。如果，将拔河比赛两队队员看成一个整体进行受力分析，就可以看出，能否被拉动的关键取决于队员与地面的最大静摩擦力。如果静摩擦力大于拉力，则不会被拉动；如果静摩擦力小于拉力，则会被拉动。由此可见，拔河队员与地面的摩擦力才是胜负的关键。因此，拔河取胜最简单的方法就是增大摩擦力。一是，增加队员的体重，体重越大，对地面的压力越大，摩擦力也越大。二是，穿上底部有凹凸不平纹路的鞋子，使得摩擦系数变大，摩擦力也随之增大。三是，脚使劲蹬地，在短时间内对地面产生超过自己体重的压力，使得摩擦力增加。四是，在发力时身体向后仰，借助对方的拉力来增大对地面的压力，实现摩擦力的增加。

三、物理知识解释划水运动滑板不下沉原因

你是否也一样思考过为什么滑水运动员能够在水面上乘风破浪快速滑行，而且站在滑板上不会沉下去呢？最主要原因就在这块小小的滑板上。首先滑水运动员在滑水时，身体是向后倾斜的状态，而双脚向前用力蹬滑板。这样就使滑板和水面形成一定的角度，当有外力拖动运动员时，运动员就通过滑板对水面施加了一个斜向下的力。根据牛顿第三定律（作用力与反作用力的原理），水面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力。而且，外部作用力对运动员的拉力越大，运动员对水面施加的向下的力也越大。当反作用力在竖直方向的分力与运动员的重力相同时，运动员受力平衡就能在水面上快速滑行。

四、物理知识解释足球运动中弧旋球

在足球比赛中，最精彩的部分就是罚前场直接任意球。进攻方的主罚球员，要将足球射入防守方五六个球员组成的“人墙”之后的球门。被射出的足球能够绕过“人墙”，在即将偏离球门飞出的瞬间，又会旋转沿弧线拐弯在守门员的防守死角射入球门。这就是神奇的弧旋球，又被称为香蕉球。这里面蕴藏的物理原理又是什么呢？首先在罚球的时候，运动员并不是踢足球的中心位置，而是偏向一侧踢，更多的是用脚背摩擦足球。这样，踢出的足球在前进的同时不断地旋转，由于足球与空气的摩擦，带动周围的空气一起旋转。空气流相对于向前运动的球来说除了向后流动外，还随着被球旋转带动的四周空气环流层在球的转动方向上转动。这样，在球一侧的空气除了向后的平动外还有足球旋转导致的向后的转动，两者方向一致；而在球的另一侧，平动速度（向后）与转动速度（向前）方向相反，因此球一侧的空气速度要大于球另一侧的空气运动速度。由伯努利方程可知，气体的流速越大，压强越小。足球两侧空气流速不同，压强也不同，足球就向着压强小的一侧拐弯，这就是神奇的“香蕉球”。

五、结语

在此次研究中，笔者对短跑、游泳、拔河、滑水、足球等常见运动，从物理层面上进行了解释和分析，有力推动了学以致用、理论联系实际能力的提高。

参考文献：

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[2]吕晓梅.结合竞技体育学习比较物体运动快慢的方法[J].中学物理教学参考，2015，（06）.

[3]王安昌.物理概念物理规律课题研究法教学设计--以“运动快慢的描述--速度”和“勻变速直线运动的速度与时间的关系”为例[J].物理通报，2016，（01）.

（作者单位：石家庄二中实验学校）endprint