常见的体育外力|简明运动生物力学

(一)重力

人体重力是指地球对人体的引力,人体重力与人体质量成正比,作用点就是人体重心,方向竖直向下,指向地心。

人体每时每刻都受到重力的作用,但人体运动形式不同,重力对人体的运动所起的作用也不同。人体的运动方向与重力方向相同时,重力起动力作用;人体运动方向与重力方向相反时,重力起阻力作用。例如,斜坡跑训练(图3-10)中,重力两个分力一个为垂直指向斜坡,一个平行斜坡向下。上坡时平行斜坡向下的分力成为人体的阻力,人体利用此力训练下肢的力量和爆发力;下坡时此力又成为人体的动力,可以加快速率和肌肉收缩速度,提高步频。

图3-10　上坡跑和下坡跑

(二)弹力

弹力产生在直接接触而发生弹性形变的物体之间,方向总是与物体形变的方向相反,大小为F=k·Δx(其中,k是弹性系数或虎克系数,Δx是形变量)。弹力在运动中是普遍存在的,运动器械的选择,人体与运动器械的接触形式、接触时间、接触时机都会对人体运动产生重要影响。准确、适时地利用弹力可以帮助人体有效地完成动作;反之,会造成动作的失败。有时物体在接触过程中发生的形变肉眼观察不到,但弹力依然存在,这时可以认为弹力与支撑反作用力数值相等。

(三)摩擦力

摩擦力是两个相互接触的物体做相对运动(或有相对运动趋势)时产生的力,也是一种接触力。摩擦力的方向与物体相对运动(或相对运动趋势)的方向相反。摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力3种。(www.xing528.com)

摩擦力在体育运动中是普遍存在的。人之所以能走、跑,靠的就是鞋底与地面之间的摩擦力,可以说没有摩擦力,人就会寸步难行。在摩擦力起动力作用的项目中,增大摩擦力以提高运动效果,如跑鞋上装钉子,在体操等项目中使用镁粉等。而在摩擦力起阻力作用的项目中,要减小摩擦力,如滑雪板、游泳衣表面提高光滑性。

(四)支撑反作用力

人体处于支撑状态时,力作用于支点(支撑面)上,支点(支撑面)又反作用于人体,这种反作用力称为支撑反作用力,它是一种约束反力,分为静力性支撑反作用力和动力性支撑反作用力。

当人体静止不动站立在地面时,重力使人体压向地面,地面给人体以反作用力,这种反作用力称为静力性支撑反作用力。静力性支撑反作用力R与人体所受重力G相等,人体保持平衡状态,R=G。

当人体处于支撑状态,人体局部环节做变速运动,其结果是给支点(支撑面)以作用力,支点(支撑面)给人体以反作用力,这种反作用力称为动力性支撑反作用力。局部环节加速度有3种情况:

①加速垂直离开支点。这时产生向上的加速度,支撑反作用力R大于人体所受重力G,增大的值与运动环节质量及加速度成正比,R-G=ma。如跳高起跳过程中摆动腿和摆动臂向上加速摆动,人体获得较大的支撑反作用力。减速垂直朝向支点的过程等同于加速垂直离开支点。

②加速垂直朝向支点。这时产生向下的加速度,支撑反作用力R小于人体所受重力G,减小的值与运动环节质量及加速度成正比,G-R=ma。如人体做下蹲动作时。减速垂直离开支点的过程等同于加速垂直朝向支点。

③加速斜向离开(朝向)支点。这时支撑反作用力R与支撑面有一定的角度,根据平行四边形法则计算出垂直方向上的加速度。