奥运项目背后的物理学和生理学
 
2008-08-14 10:14:13

  是什么让迈克尔•菲尔普斯成为世界顶级游泳高手?娜斯蒂亚•柳金又为何能够在高低杠比赛中上演令人难于置信的下法?除了刻苦训练这一必不可少的因素外,还有一个至关重要的因素帮助他们获得成功,那就是科学。事实上,奥运会发展到今天,哪一个项目要想取得好成绩,都离不开科学。

  游泳:

  天赋、训练和技术缺一不可

  游泳是奥运会金牌数最密集,也是英雄辈出、豪杰蜂起的比赛项目之一。自它成为奥运会的正式比赛项目起,一代又一代泳坛好手争相竞技,上演过一场又一场惊心动魄的泳坛大战。但纵观百年现代奥运史,真正能与眼下风头正劲的美国游泳运动天才菲尔普斯相提并论的,却是寥寥无几。运动专家指出,菲尔普斯的成功,得之于天赋、训练和技术的完美结合。

  身体条件:菲尔普斯的身体条件可谓完美无缺,就像是一台为夺金而生的游泳机器。他的臂展长达6英尺7英寸(约合2米),比身高高出3英寸(约合7.62厘米)。他的躯干较长,腿则相对较短,内腿长为32英寸(约合81.28厘米),所有这些天生优势让他在水中所向披靡。

  生物化学:在蝶泳等项目中,划水会导致乳酸在肌肉中堆积,进而影响选手发挥。菲尔普斯肌肉中的具体乳酸水平仍旧是一个谜,但据测试结果显示,他体内天然产生的乳酸数量要远远低于绝大多数游泳选手。

  柔韧性:一些运动项目需要力量,比如铅球,其它一些项目需要柔韧性,比如体操,而游泳却是二者缺一不可。菲尔普斯的肘部、膝盖和踝部柔韧性极高,这就使得他在划水时产生较其他选手来说更小的阻力。

  流体力学:在200米自由泳比赛中,选手以每小时3.8英里(约合每小时6.1公里)的速度前进时,会消耗290千焦能量用以克服阻力。为了减少能量消耗,菲尔普斯采用一种更为高效的游泳姿势———低头提臀。

  技术:菲尔普斯是海豚式打腿高手,通过触壁转身后拍打双腿,他能够获得比划水更快的速度,这一优势可帮助他领先其他选手半个身位。

  训练:菲尔普斯每天坚持训练,泳池中训练时间为4个小时,地上训练时间为1个小时。由于游泳运动员每小时大约要消耗1000卡热量,菲尔普斯通常只吃高碳水化合物食物,以避免糖原消耗。

  大回环:

  力量与技巧的结合

  在外行人看来,美国队柳金的大回环没什么难的,无非是在杠上转几个圈。实际上,完成这一动作是一个非常复杂的过程,柳金和握杠之间存在力与能的相互转换。完成大回环动作既需要力量,也需要技巧,选手必须保持较好姿态———手臂要直同时绷住脚尖,为完成空翻两周这一下杠动作积累足够动能。依靠傲人的力量和不可思议的时机掌握能力,柳金用一种优雅的方式挑战了地心引力。

  1、选手在杠上呈手倒立姿势时,开始做大回环,她的双腿挺直,脚尖绷紧向上。

  2、身体开始下落,手与杠之间产生的摩擦力减缓了旋转速度,每秒的旋转角度大约为275度。为了抵消摩擦力对速度的影响,选手双腿下落,腰部微曲,就此避开低杠。

  3、在马上呈垂直姿势前,选手将背部拱起以提高转动能。旋转到底部时的下压力可达到4到7个重力加速度,握杠最多可偏离中央位置4.5英寸(约合11.43厘米)。

  4、通过弯曲臀部、骨盆、腹部及向前摆腿,选手让身体重心靠近旋转中心。这一过程利用角动能提高角速度,每秒的旋转角度可达到304度。

  5、此时距离下杠只有67微秒,选手身体在低于水平线10度以上和20度之间,空中停留时间不超过1.5秒。

  跳水:成败只在一瞬间

  在奥运会上,跳水因选手优美的空中姿态成为观众关注的焦点。但很多外行人不知道的是,跃离跳板的一瞬间就已经决定一名选手成或败的命运了。

  接近:选手快步接近跳板的过程实际上是积累动能。

  压板:在距离跳板边缘12英寸(约合30.48 厘米)的地方,运动员跃向空中。跳起后向下压跳板以积累机械力,大约为5000牛顿。

  跃起:借助跳板的反弹力,运动员的最高时速达到12.3英里(约合每小时19.79公里),这至少可以将他送到距水面18英尺(约合5.48米)的高度。凭借这一高度,他的空中停留时间最多可达到1.5秒,同时赋予他完成技术动作所需的旋转力。(本报辑)

    

(责编:刘金兰 作者:)

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