【牛顿带你学运动生物力学探究（论文）4200字】

牛顿带你学运动生物力学研究目录TOC\o"1-2"\h\u2872牛顿带你学运动生物力学 018402一、奔跑的极限 124152二、游泳的阻力 11555三、旋转的奥秘 126490四、精准的射击 211186五、运动生物力学在体育运动训练的应用 33895（一）静力学方面 322479（二）运动学方面 322909（三）动力学方面 425409六、结语 430206参考文献 4摘要：《我的牛顿教练》是一部讲解体育运动中物理原理的科学纪录片。全片尝试以更轻松幽默的方式来呈现科学知识，提升观众的科学素养。本文以《我的牛顿教练》这一纪录片为切入点，详细阐述了牛顿的运动生物力学在体育各个领域中的应用状况，并从静力学、运动学和动力学三个方面论述了运动生物力学在体育运动训练种的应用方式。关键词：牛顿；田径；射击；运动生物力学《我的牛顿教练》是2018年制作在中央电视台纪录频道播出的一部科学纪录片。这是一部科普类的纪录片，因为它里面展示的都是一些最直接的物理原理。更准确地说，它其实是一部讲体育运动知识中物理原理的科学纪录片。这部片子的风格与叙述方式让人感觉不太像是中国传统的科学纪录片，这其实也是创作团队所着意追求的，希望能够用一种更轻松、更幽默、更能够引发人兴趣的方式把一个相对枯燥的物理知识展现出来。这部片子另外一个比较大的特点就是动画的使用。片子每集大概都有一半的时间是以动画方式来展示，我们也想了很多办法来实现动画的成本最低。此外，这部片子也试图尝试用另一种更轻松、幽默的方式把相对枯燥的物理知识表现出来。比如解说词的风格，寻求利于人们接受的趣闻、轶事等等。例如被铲翻的博尔特和“一颗赛艇”的场景就是典型的例子。通过这种方式来呈现物理学知识可以更容易被观众所理解。在这部纪录片里，牛顿化身为了体育项目的教练，从物理学的知识角度来讲解各种体育运动项目。骑车、跑步、游泳、足球、羽毛球、乒乓球、铅球、掷铁饼、滑冰、赛艇、冰壶、举重、射击等等体育项目，都和物理学挂上了沟。看了之后觉得牛顿教练是真的很忙，哪哪哪都有他。整个纪录片涉及到了大概30个体育项目，有熟悉的，也有不是很熟悉的，下面我讲举例说明牛顿力学原理在运动生物力学中的广泛运用。一、奔跑的极限“更快、更高、更强”，在经典的奥林匹克格言中，速度的名号占据首位，也是众多运动员不懈追求的目标。相对步幅而言，步频不容易提升，在这方面，高个子运动员尤为吃亏。他们难以像矮个子运动员灵活摆动双腿，在步频上取得突破，修长的身躯也让他们接受更多的空气阻力。但总有天才反其道而行，比如“偏科”的博尔特。身高1.96米的他把步频压缩到极致，依靠每步近乎2.5米的大步跑法，成为百米跑的世界第一。二、游泳的阻力相对于跑步时虚无缥缈的空气阻力，我们在游泳时对水流的阻挡更具实感。摆在前方的，是阻力“三人帮”的拦截。首当其冲的是压差阻力，人在水流中前进时，前方水压高，身后水压低，水流就有从高压向低压流动的趋势，顺带拖拽我们前进的身躯，这就是压差阻力。波浪阻力位居三人帮中的老二，是一旁泳道的选手”推波助澜“时送给我们的阻碍。在水下潜行能极大减少波浪阻力的影响，这也是自由泳登顶最快泳姿的原因之一。和其它三种泳姿相比，自由泳从始至终贴近水下，没有较大的出水动作，受到的波浪阻力小，游起来自然快。排行老三的摩擦阻力是人类重点攻克的对象，鲨鱼泳衣也因此而生。仿制鲨鱼皮肤的独特结构使其在迎接水流时形成一层由无数细小漩涡组成的膜，从而减少摩擦阻力三、旋转的奥秘人类对于弧线总有一种别样的痴迷，而演绎这一动态美学的秘密就是旋转。依靠足球旋转时左右两侧空气流动速度的差异，巴西球星罗伯特.卡洛斯打出历史上最惊世骇俗的香蕉球之一，球体向右偏移7米后又回归正轨，最终跌入球门。当足球逆时针旋转时，左右两侧的空气随之流转，并与迎面而来的空气产生速度上的叠加与消减。根据伯努利定律，空气流速的差异最终映射到压强的差异上，促使足球产生一个横向的力。正是这个力，矫正足球出轨的方向，造就了足球界中神奇的香蕉球。旋转不仅能调和速度的暴力美学，还能成为速度的助推剂，比如铅球、铁饼与链球。通过自身旋转，运动员能在限定半径的圆中获得更长的加速距离，从而抛掷更远。由于笨重，铅球与旋转撮合的时间较晚。直到1976年，苏联的巴雷什尼克夫采用旋转式推法，创造了当时的铅球世界纪录，旋转才受到运动员青睐。铅球技术也沿着旋转的思路，从原地推，到侧向推，最后发展成背对投掷。不同的旋转方向，还能解锁不同的运动姿势，比如兵乓球。当上旋球与球拍迎头相撞时，球拍就会赋予球体一个向上的反作用力，使球体直冲云霄。下旋球同理，只不过反作用力方向向下，接下旋球更容易直钻网底。四、精准的射击射箭是一项古老的技艺，在奥林匹克赛场上，中国射箭军团一直是金牌的有力争夺者。射箭可被分为举弓、开弓、靠弦、持续用力、瞄准、撒放几个阶段；但从生物力学的角度出发，现有的阶段划分不便于射箭技术的研究。因为，对于时间维度而言，靠弦、持续用力和瞄准发生在同时刻。为方便研究，通常将靠弦、持续用力以及瞄准阶段合并为固势阶段。在以上阶段中，固势阶段的动作表现是决定射箭成绩的重要影响因素。固势阶段起始于弓弦贴住下颌部位，止于箭离开弓弦。在固势阶段中，运动员处于静态稳定状态，为瞄准创造较好的生理环境。此过程中，拉弓侧肩外展，肱骨升高并伴随肩胛骨的运动，持弓侧肩关节外展；肩胛骨任何一个方向的运动均有相互协同而又相互拮抗的肩关节肌肉共同完成；这些肌肉通过收缩的合力作用共同维持静态动作的稳定性。在固势阶段中几毫米的瞄准偏差可能会造成箭打在靶上有几十厘米的偏移。前人研究发现身体姿态的不稳定会瞄准造成极大的干扰，进而对成绩造成不良影响。运动员应当加强对单个阶段进行针对性稳定训练以提高运动员的技术水平。因此，射箭运动员固势阶段的动作技术特征对射箭成绩具有重要意义。五、运动生物力学在体育运动训练的应用（一）静力学方面从力学角度看，人在静止状态下时受到的合力与合外力均是0。但是，从静力学角度来讲，人在准备起跑时产生的动作则是个体由原本静止状态转向运动状态的一个准备动作，可以让人体快速变成运动状态。由此可见，运用静力学专业知识探究体育运动训练，能够让体育教师充分掌握学生在运动时存在的身体平衡问题以及肌肉工作状态等，进而做到对学生有目的性、有针对性、有专业性的训练，改善学生的薄弱环节。譬如，在跳远训练时，体育教师可使用现代JVC高速摄像机以及三维测力台把2名学生整个跳远过程记录下来，应用APAS系统对学生起跳瞬间产生的信息数据展开全面分析，能够发现第一名学生在起跳时腿部膝关节弯曲角度是155°，另一名学生膝关节弯曲角度则是145°，由此明显看出第一名学生起跳时腿部膝盖弯曲角度要大于第二名学生，并且从跳远实际距离而言，第一位学生同样大于第二位学生。根据对二位学生跳远身体摆动做动作的视频回放来看，第二位学生身体摆动较僵硬，未能全面放开身体，并且因放腿时下压较慢导致膝关节角度逐渐变小，由此反映出第二位学生跳远时腿部力量不足与弹性较差的问题。基于此，体育教师应当加强对第二位学生腿部力量与弹跳性的重视，增强腿部收缩能力与身体弹跳性的锻炼，进而提高学生的跳远成绩。（二）运动学方面运动学即是运用各种各样的先进仪器、测量技术与科学合理的方法对体育运动员身体或者运动员在运动状态下实际的身体状况展开详细记录，根据分析获得运动员运动状态下开始的速度、单位时间内转过的角度以及速度对比时间的变化率等各种运动学参数，为体育教师与教练员调整训练模式及方法提供依例如，在对拳击选手进行训练时，可以运用现代高速摄像机以及力量测量仪器对拳击选手的摆拳、横踢与侧踢等多个动作的身体角度、拳击力量与角速度等多方面展开测量，根据对这部分数据的详细分析得知，拳击运动员上肢肩膀与肘等部位在摆动时得到的最大速度和拳击选手踝关节最大速度之间具有一定联系。通过对拳击选手身体摆动整个过程的视频回放得知，拳击选手身体上肢的迅速摆动和身体向进攻方向的迅速扭转可以协助拳击运动员下肢运动的顺利完成，且在这些动作中还可以提高速度，加强自身的攻击速度和力量。与此同时，如果身体上臂迅速摆动的时间更早，拳击选手就能够在更短的时间内完成一系列动作，并且也能提高下肢运动速度。由此可见，在实际训练进程中，应当重视增强对其身体上臂摆动的锻炼，以此强化拳击运动员的攻击速度与攻击力量。（三）动力学方面动力学指的是分析体育运动员运动状态发生变化的具体原因，测量出各种不同力的大小、力的方向与变化情况，并进一步探究力的形成规律。通过对力学理论的了解，所有物体产生运动或者运动速度出现变化时，均是在力的作用下完成的。如铅球及标枪等相关器材在空中飞行，是体育运动员将肢体各项力量作用在器械上的原因。体育运动员身体的静止状态到运动状态，或运动速度出现变化均是力量作用产生的结果。例如体育运动员在跑步时，腿部力量向下蹬出，同时地面亦会产生一个向上的力，进而推动运动员身体不断向前运动。如果对田径技术动力学进行分析只单一测量力量的大小是远远不够的，应测量或计算出用力的角度与方向以及随时间不断变化的情况分析运动技术存在的优点和缺点。六、结语在体育教学以及体育运动训练过程中经常要运用运动生物力学的专业理论知识及其分析方法，如将其运用到运动技能要领讲解中或对运动技术展开生物力学分析等。在现代科学技术的快速发展下，体育教师与教练员要充分掌握各种科学知识，应用科学正确的训练方法让学生更快速、更全面地掌握技术动作，更好地提升体育运动员的运动能力与技术水平。参考文献[1]于雪梅,牛健壮,牛峥,等.足球技术动作的运动生物力学研究综述[J].武术研究,2017,2(8):4.[2]孙丽娜,BingYu,沈培鑫.张国伟跳高技术的运动生物力学分析[J].山东体育学院学报,2017,33(5):6.[3]徐娇娇.运动生物力学在射击项目中的应用分析[J].2020.[4]周静芝.基于骨肌模型驱动的羽毛球勾对角上肢运动生物力学研究[J].广州体育学院学报,2022,42(2):8.[5]苏朕鑫,何文革,杨贤罡,等.足球鞋的核心结构及运动生物力学特征研究进展[J].医用生物力学,2021(036-S01).[6]许正凯.网球运动中持拍手关节损伤防护及运动生物力学研究[J].医用生物力学,2021,36(S01):1.[7]林增楷,周兴龙.射箭项目运动生