用力学来分析研究拔河比赛中运动员的身体姿势

摘 要：拔河比赛是一种常见的集体体育活动，比赛时人们认为力气很重要，但如果力气相当，运动员的拔河姿势又该怎样？带着问题笔者决定用所学习的力学知识，结合理论分析、实验验证为您分析、研究拔河时运动员应该保持怎样的身体姿势，尽可能地呈现出一个定量的结果。

关键词：拔河；力气；力矩；摩擦力；姿势

拔河比赛是一种常见的集体体育活动。进入高三，为了放松心情、凝聚团结、激发拼搏的精神，我们年级举行了班级间的拔河比赛。比赛时人们认为力气很重要，但如果力气相当，运动员拔河时的身体姿势又该怎样？咨询了体育老师，也没有得到一个明确的答案。这引起了笔者的研究兴趣，笔者决定用所学习的力学知识，从力学理论和实验研究两方面去分析、研究尽可能地得出一个定量的结果。

一、 力学理论分析拔河中运动员身体姿势

由运动学分析，如图1所示拔河时运动员身体运动分身体在地面摩擦力作用下水平面内的平动和以脚为轴在重力作用下的转动两种形式。

由水平面内某一队运动员为研究对象进行受力分析，如图2知拔河赢的一方必须尽可能地增大地面的摩擦力，人才会向着自己的一方移动。

以某一队运动员为研究对象，假定绳上拉力过人的重心（如果拉力不过人的重心，拉力会对重心有力矩作用，手会绕重心旋转，导致身体上身或下身变形，所以拔河时从技术上首先应当保证人的拉力方向通过人体的重心。），如图3、4、5所示，以脚为支点，由力矩分析，拔河过程中人要产生动力矩，所以人必须保持后仰姿势，如图五。

拔河过程中要尽可能地增加动力矩，由力矩M=FL知，即增加重力（尽可能选择体重重的同学参加）和动力臂都可改变力矩。如图五动力臂L1=LCOSθ（L为人竖直站立时重心到地面的高度、θ为人后仰时身体与地面之间的夹角），若要增加动力臂，要尽可能地增加L和减小θ。即尽量选择身高高的人为运动员并要让运动员尽量地身体保持绷直状态而使L尽量地大，且在保证人不会倒（若人所受到的摩擦力力矩小于地面支持力力矩，人将会绕重心发生转动，即我们所说的滑倒。）的前提下让θ足够的小。

二、 实验研究拔河中运动员的姿势

首先，简化实验进行理想化研究，将一队运动员，简化为一个运动员，并选取一个均匀的木棒代替运动员。

图6

其次，如图6由力矩平衡可知，运动员倒下去之前的瞬间摩擦力的力矩与支持力的力矩平衡，满足FfL1=FNL2。则有μFNL1=FNL2（μ为接触面间的动摩擦因素），设θ为人后仰时身体与地面之间的夹角，则μ=L2L1=cotθ。利用控制变量法，保持L0不变、重力不变，改变接触面的粗糙程度，研究人后仰时身體与地面之间的夹角θ，经实验测定木棒-光滑桌面——θ=80°、木棒—水泥路面——59°、木棒—橡胶——θ=50°、木棒—干毛巾——θ=30°。由此可看出随着动摩擦因数的增加，θ减小。考虑到拔河时的实际路面，人后仰时身体与地面之间的夹角大致应保存在45°左右。地面比较粗糙，人后仰时身体与地面之间的夹角略小于45°；地面比较光滑，人后仰时身体与地面之间的夹角略大于45°。

此次分析与实验研究我收获颇多，让笔者认识到研究实际问题往往都比较复杂。在研究拔河运动时，除了研究涉及的平动和转动问题，同时也忽略了很多因素；明白了理论研究和实验探究是研究解决问题的有效方法。在学习和设计实验中找到了学习的快乐，对学习更加有信心了。

作者简介：成冰璠，陕西省榆林市，神木县神木中学。