投掷项目的生物力学分析

1、投掷的生物力学分析,投掷运动是指通过手臂的快速发力由手将物体抛射至空中，以获得一定的距离、准确性或二者的结合。常见的投掷运动有投标枪、掷铁饼、推铅球、棒球和垒球中的投球、篮球的投篮、传球以及水球、曲棍球中的投掷等。（以铅球为例）,一、铅球的一般力学原理,在投掷铅球的过程中，运动员将身体各部分的作用集中到投掷臂对器械施力，以最大的速度及最佳的初始条件将器械投出。其目的是力求将器械投掷到最大的远度。合理的投掷技术，是把全身的力作用于器械尽可能长的距离，或作用尽可能长的时间，就能使器械获得最大的出手速度。,二、影响铅球远度因素的理论分析,已知器械出手初速度为v0, 出手角度为, 投掷器械的出手点是A

2、, 以A 为原点, Av0 在水平面的投影为水平轴, AY 在Av0与X 轴决定的平面内, 为垂直轴, v0 x、v0y分别是v0 的水平和垂直方向分量, 如图1所示. 从模型中可知铅球实际远度s= s1 + s2, 对于器械出手点的水平投影与抵足板之间的距离s2 段可以通过影片解析获得, 而s1 段长度为抛点高于落点的斜抛运动水平方向的位移.对运动进行合成与分解, 知器械在AX 轴方向的运动是以vox为初速度的匀速运动. 在AY轴方向的运动是以voy为初速度的竖直上抛运动, 设AX 轴向右为正方向, AY轴向上为正方向, 根据匀速运动的距离公式和竖直上抛运动的高度公式, 利用矢量运算法可得任

3、意时刻器械在空中的位置P ( x, y )坐标, 即:,由于图中的落地点C 的坐标为( s1, - h ), 所以 据运动的独立性原理对v0 进行分解可知速度分量v0 x、v0y与器械出手初速度v0 关系如下: ( 5) ( 6)分别代入( 3) ( 4) 得,解关于未知数s1 的方程组, 根据力学常识舍去负根, 取正值得,所以器械实际远度为 由公式( 10)可以看出铅球实际投掷远度因变量S 是关于四个自变量v0、h 与s2 的函数, 所以任意一个自变量的增大或减小都会影响到实际远度.,推铅球模型,三、影响推铅球远度因素,铅球的远度,初始条件,出手初速度Vo,出手角度,出手点水平位置S2,出手

4、点的高度h,风速,天气因素,1、对推铅球初始条件的分析,当其他因素不变时, 推铅球的远度主要由初始条件决定. 铅球一旦出手后, 在空气阻力不计的情况下, 在空中飞行阶段只受重力的作用, 运用牛顿定律分析可知。如果能把影响远度的各个因素发挥到最佳值, 那么这个运动员就达到了的技术最佳化, 他就能在现有的身体素质基础上发挥最高水平. 推铅球初始条件的作用不可忽视, 教练员和运动员应对此加深了解以指导运动训练.,2、器械出手初速度Vo,投掷远度s 与出手初速度v0、 高度正相关 (P 0、01). 在其它条件不变的情况下, 如果能使出手初速度稍微提高, 投掷远度将会明显增加. 如图所示, 在出手高度

5、为2. 10 m, 出手角度为40时, 速度每增加1 m / s, 远度会提高2 m 左右. 可见速度对远度的影响之大。,其他条件不变时S与Vo的变化关系,3、器械出手角度,铅球的最佳出手角度是指在其它条件如出手速度v0、出手高度h 等不变的情况下, 能够取得最大远度的出手角度；运动员实际最佳出手角度是指能发挥最大出手速度的出手角度 . 对这两者应该综合考虑, 在实际应用中, 应首先考虑采用何种技术动作, 多大的出手角度能发挥最大的出手速度, 然后再考虑出手角度对远度的影响作用. 据公式( 10), 当我们把h与s2作为定值时, 为了获得最大远度, 器械出手角度与器械出手初速度v0存在一系列最

6、佳组合. 通过数理分析软件M a them atica模拟做出的3D 曲面图4可以看出: 当出手高度为2. 10 m, 器械出手点的水平投影与抵足板之间的距离s2为0. 14 m 时, 为了获得某一出手初速度vo条件下的最大远度, 器械出手角度对应有最佳值. 器械出手初速度v0 与最佳出手角度的组合构成了曲面的脊部. 通过计算机我们可以截取器械出手初速度v0 = 14 m /s时的横断面, 见图5, 由图可知在此初始条件下要获得最大远度, 出手最佳角度应保持在0. 73 rad( 42) 左右. 对于其它情况可以依此法进行计算.,4、器械出手点的水平投影与抵足板之间的距离s2,器械出手点的水平投影与抵足板之间的距离s2 女子平均值约为21. 3 cm. 器械出手点的水平投影与抵足板之间的距离s2 由体型和技术动作决定. 由于男女体型有较大差异, 所以s2 平均值肯定不同, 也提示此项运动选材时, 同等条件下应优先考虑体型较高大队员.,5、器械出手高度h,在 公式( 10)显示同样的前提下, 出手高度的增加必然会使远度增加, 但通过赋值计算表明, 增加的远度对总远度来说是很小的, 在其它条件不变的情况下, 大约h每增加10 cm, 远度约增加8 cm. 同时有学者研究表明, 出手高度和出手