换个角度看奥运

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换个角度看奥运

作者：本刊综合

来源：《发明与创新（中学生）》 2021年第10期



本刊综合

2021年8月8日，第32届夏季奥林匹克运动会在东京闭幕。中国运动员在本届奥运会收获奖牌88枚，取得了中国奥运团境外参赛的最佳成绩。

本届奥运会共设33个大项、339个小项比赛，其中每一项竞技都离不开科学的技术指导与辅助。技术与理论研究在竞技体育中的应用能帮助运动员掌握运动技巧，从而让其发挥出最佳水平。

现在，就让我们换个角度揭秘奥运。

科学选择奥运会举办时间

奥运会的举办时间与各种自然要素息息相关，自然要素在不同时期对各类比赛项目的影响不尽相同，其中气象因素对其影响最大。奥运会的举办时间有以下几点“讲究”。

第一，避开低温季节。以第27届夏季奥林匹克运动会为例，该届奥运会在悉尼举办，每年的7~8月南半球处于寒冷的冬季，该气候不利于运动员在奥运赛场上的发挥，因此，将奥运会举办时间安排在温度适宜、降水相对偏少的9~10月较为适宜。

第二，避开高温季节。如第十七届罗马奥运会举办地罗马所属地中海气候，夏季气候炎热干燥，不利于奥运会各项赛事的开展，因此，该届奥运会选择在8~9月的秋季举行。

第三，避开高温多雨、多灾的季节。如北京奥运会的举办时间为2008年8月8日—8月24日，这也是经过科学论证的，气象学家针对数十年来6月—9月的逐日温度、湿度、降水等气象要素的平均状况、演变特征、极值的变化等进行分析对比，评选出6个奥运会协办城市在比赛期间出现高温、暴雨、沙尘和大风等恶劣天气的可能性较低。

时差对奥运会比赛赛程的安排也有一定的影响。日本采用的标准时间记录为UTC+9（东九区），东九区是地球表面位于东经127度30分—142度30分，较协调世界时快九小时的时区。东京奥运会开幕时间为当地时间20∶00点整，世界的大部分地区正处于7月23日开幕式的同一天，体现了奥运会这一世界性体育盛会的特征。

球类中的“飞毛腿”

羽毛球是奥运场上的“飞毛腿”。丹麦选手科丁在印度羽毛球超级联赛上曾杀出一记速度约118 m/s的杀球，这是目前吉尼斯官方认可的羽毛球的最快速度。

羽毛球比赛场地长13.4米，若以400km/h的球速计算，它穿过全场仅需约0.12秒。为什么观看球赛时，我们看到的羽毛球速度并没有那么快？这是因为，羽毛球的最快速度只在球离开球拍的一瞬间，之后因承受巨大的气动阻力而迅速减速。

球体的尺寸、形状和质量差异使得它们有不同的速度以及运动轨迹。球体在空中的运动受自身重力和空气阻力的作用，速度一般会逐渐减小。想要获得最快的运动速度，球体需在离开


运动员接触的瞬间获得最大加速度。相对于其他球体，羽毛球质量较轻，因此，同等大小的力在它身上会产生更大的加速度。

乒乓球的质量约为羽毛球的一半，且击球方式相似，运动员在手臂、手腕以及球拍的共同作用下发力，挥拍产生极大的角速度。但乒乓球拍的长度较短，产生的线速度较小，球拍发力远没有羽毛球拍的发力大，因此，乒乓球的速度远比不上羽毛球的速度。

“抢跑”的那些事

在本届奥运会男子田径100米的赛场上，尼日利亚选手起跑反应时间为0.095秒，被认定为“抢跑”而被红牌罚下。



最短起跑反应时间并不是0秒，而是0.100秒。在短跑比赛中，起跑反应时间是指从发令枪响开始到起跑器记录到超过阈值的力为止的时间。国际田径联合会规定，运动员的起跑反应时间少于0.100秒时，即被视为“抢跑”。

这个规定参考了一项1990年的研究。该研究中记录了8名芬兰男性短跑运动员在起跑时的腿部肌电信号，当肌肉的活动水平超过基线10%时则记下反应时间。结果发现，起跑姿势中前后两条腿的平均反应时间分别为0.121秒和0.119秒。

在实际起跑过程中，运动员身上究竟发生了什么呢？

发令枪响后，声音通过空气介质传入运动员的耳朵，声波由耳蜗转化为神经信号，经耳蜗神经传递到脑干中的耳蜗核，随后传导至中脑的下丘，再到丘脑中的内侧膝状体，最后抵达听觉皮层。通过脑电记录可知，声音信号从耳朵抵达中枢神经系统脑干大概需要3毫秒,到达人类的听觉感知核心脑区——听皮层需要35~50毫秒。

之后，听皮层将信号传导至控制运动的运动皮层，运动皮层的指令最终经过脑干和脊髓到达全身肌肉，告诉运动员的身体该如何发力。运动信号从脑干到腿部需30~50毫秒，一般情况下，运动员身高越高，这个过程需要的时间越长，从神经信号到最终肌肉中间发生化学传导需耗费3~6毫秒。

除了依靠腿部肌肉接收到信号，还须等待肌肉收缩才能启动关节运动，这部分的机械延迟需15~20毫秒。

经过反复训练，运动员的起跑反应会逐渐达到自己的最佳水平。

“压水花”的奥秘

东京奥运会上，我国跳水运动健儿不负众望，为祖国赢得多枚金牌。其中运动员们“压水花”的技巧成为焦点。

压水花的原理属于流体力学范畴。运动员入水的过程就是固体与流体碰撞的过程，水花的大小与运动员身体的体积大小、入水时身体与水面的接触面积呈正比。

首先，我们可将水简化成理想流体，将双手合并成尖锐状的入水动作简化成楔形体，尖锐角即楔形体斜边与水平线之间的夹角，夹角越大，撞水固体就越尖锐。当夹角度为零时，楔形体就成为方形体，也就是目前跳水运动员通用的双手翻掌成平面的撞水动作。




根据相关力学原理及计算机演算得出，碰撞过程中冲击力大小以及固体速度的衰减均与楔形体斜升角成反比，而液面溅起高度与其角度成正比。也就是说，斜升角越小，溅起水花的高度越小，“压水花”就越成功。

只要顶肩翻掌平掌入水，就一定能压住水花吗？

当楔形体以其尖锐端向下撞入水面时，最靠近楔形体斜面的水受到垂直于斜面的挤压力作用会沿着该方向运动，这时，处于斜面和液面交界点的水仅沿斜面向上运动，由于上面的水已经沿着这个方向逃逸，对于下面的水来说，该方向也成为最易逃逸的方向，因而不断沿着该方向运动，从而形成巨大的水花。也就是说，下落速度越快，冲击力越大，溅起的水花越大。



当楔形体以方形体撞入水面时，水受垂直于水平面的挤压力作用向下运动，这时，水没有明显易逃逸的方向而向四周扩散，由于周边都有其他水的反挤压力，所以会使一部分水沿直壁向上运动。但高速向下运动的方形体会把紧贴着它的水带着向下一起运动，当这种运动速度大于水受挤压沿壁向上运动的速度时，就不会出现明显的水花。

实际上，高速翻转的方形体撞击水面时，速度的方向并不是垂直向下的，而是下落过程中各种运动速度的方向合成，通常合速度的方向指向侧下方。如果保持以平面撞水，方形体就会向某一棱角方向运动，形成楔形体入水效果，水会沿着侧面逃逸形成水花，这时运动员要根据不同的翻转方向自主转动手腕，保持掌心平面正对合速度的方向，以获得最佳的方形体效果。

因此，运动员既要顶肩翻掌使手形呈一定撞水面，降低水花高度，又必须采用一定的“揉水”技术，保持掌心面垂直于运动速度的方向，这样才能有效地控制住水花。

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