物理关于力与运动的论文

体育运动中的力学知识 想必在同学之间一定有很多热爱体育运动的吧，可就在你们挥洒汗水的时候，有没有想到过于物理的联系呢？其实在体育运动和体育训练中的各种运动器械上，都存在着运动者的举、压、推、拉、跑、蹬、踢、打、击、投、弹跳等力的作用。与力有关的这些运动都包含着丰富而深奥的物理知识，如果运动者懂得这些知识并加以运用，必会提高自己的运动成绩和竞技水平。特别是在提倡素质教育、重视学生能力教学的今天，如果我们学生能在课外积极地了解有关的这方面知识，必会提高我们参入运动的积极性。因为这样不仅可以锻炼身体的目的，还可以使我们感到学有所用、学有所得，便于巩固学到的科学文化知识，既然这样又何乐而不为呢。下面我们来谈谈物理知识在体育运动中的一些应用。一、物理中的“速度” 物理学里，速度是用来反映物体运动快慢的物理量。运动场上的各种运动几乎都有一个速度快慢的问题。所以各种球类运动中的“快攻战术”就是利用速度的定义，快速奔跑、快速移动、摆脱对手、寻求空挡，达到完成“快攻”的目的。所谓“快攻”，就是运动员在运动过程中增大运动速度，即进行加速运动。根据牛顿第二定律，运动员进行加速运动，必须用力；如果运动员在运动过程中匀速运动，则不需要用力。在激烈的比赛中，为了达到目的，某一方队员常常利用这方面的知识来实施战术，俩队员相互配合，采取一队员在运动过程中不断加速，给对方比赛队员施加心理压力，迫使对方队员也加速，消耗对方队员的体力或造成对方队员犯规；而另一队员则进行匀速运动，保存体力，达到最后胜利的目的。例如，2000悉尼奥运会上，我国优秀运动员王丽萍就是靠队友的配合而获得20公理竞走冠军的。二、物理中的“摩擦力”    物理学里，摩擦力的大小跟压力的大小和接触面的粗糙程度有关。任何物体在运动过程中都要受到摩擦力的作用，参入各种运动的运动者和运动器械也会受到摩擦力的作用。    有些运动项目，为了提高运动者的成绩，需要增大摩擦力。例如，在百米赛跑中，运动者必须穿着底上带有鞋钉的跑鞋；还有体操运动员和举重运动员在比赛之前，总是要在手上抹些镁粉，这样做的目的都是为了增大摩擦力便于提高运动成绩。采取的方法都是增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力的。特别是体操运动员在杠上做回环动作时，手握杠又不能太紧（即不能增大手对杠的压力来增大摩擦），所以，在手上抹些镁粉来增大摩擦就显得尤为重要。还有球类运动的一些器械，在制造时，都考虑到了增大摩擦的因素。例如，足球守门员戴的手套、篮球表面上的花纹、乒乓球正胶球拍胶皮上的胶粒长短和反胶球拍胶皮上的粘性度、铅球表面铸造得很粗糙等，都是采取增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力的。三、 物理中的“惯性”    任何物体都具有惯性，运动着的物体具有继续保持运动状态的性质。惯性即有利，又有害。运动员在运动场上进行的各种项目的运动，有时要利用惯性，有时又要防止惯性，才能提高运动成绩和竞技水平。例如，跳高、跳远及标枪运动中的助跑过程，且标枪运动员在投标枪之前，手臂要尽量向后伸摆，这些必要的动作都是为了利用惯性。而运动员在跑到百米冲刺的终点时，不能及时停下来，还得逐渐减速地跑一段距离；篮球运动员在进行三步上篮时，投篮的一瞬间不能正对篮环中心，否则由于惯性，反而投不中，而是要落后篮环中心一点投球，这些都是为了防止惯性。还有投掷铁饼的选手，为了提高比赛成绩，在规定的圆圈内做加速旋转动作，目的是为了增大铁饼出手时的初始速度；而铁饼出手后，为了确保自己不离开圆圈内，还得继续转几圈，所以，铁饼选手为了获得好的成绩，即要利用惯性，又要防止惯性。 四、物理中的“功能原理”及“机械能守恒” 所谓功能原理，就是外力对物体做的功等于物体机械能的增加。当没有外力对物体做功时， 物体机械能不变，即机械能守恒。机械能又包括动能、重力势能和弹性势能，且物体在运动 过程中，动能、重力势能和弹性势能可以相互转化。例如，跳水运动员为了获得足够的高度， 在起跳前，必须用力向下蹬跳板，将跳板的弹性势能最终转化为自己的重力势能，便于在空 中做旋转动作。在举重运动中，运动员对杠铃做的功等于增加杠铃的重力势能与增加自己的 重力势能之和。由于杠铃比较重，运动员要想获得成功，一般要经过三个阶段。在第二个阶 段中，由于杠铃增加的高度最大，运动员需做的功也最多，难度当然最大。所以，我们经常 看到，运动员在完成第二个阶段的瞬间，都要将双脚前后分开，这样做的目的是为了降低一 点高度，减少一点重力势能的增量，便于杠铃能举过自己的头顶。为了顺利地完成第三个阶 段，双脚也不能分得太开，否则会增加最后阶段的难度。还有跳高、跳远以及各种投掷体的 运动等都含有此方面的知识内容。 物理中的“冲量”及“转动惯量” 物理学里的冲量等于作用在物体上的力与力的作用时间的乘积，作用在物体上的冲量等于动量的改变量。当动量的改变量一定时，如果力的作用时间越长，则作用在物体上的力越小。冲量定律的这种特例在各种体育器械及运动中的应用非常普遍。例如，供跳高运动员着地用的海绵垫、供跳远运动员着地用的沙坑，都是为了延长力的作用时间，从而减小运动员着地时受到的作用力，确保运动员着地时不受损伤。还有在篮球运动中，运动员在接已方队员传过来的篮球时，双手往往要伸前顺着来球的运动方向后移接球。这样做的目的也是为了延长篮球对手的作用力时间，从而减小篮球对手的作用力大小，便于稳稳地接住飞来的篮球。我们还经常看到，在比赛场上，有经验的运动员在场地上摔倒时，会顺势翻滚来延长着地的时间，从而减小地面对人体的作用力。在羽毛球、乒乓球、网球、排球等运动中，选手们在击球的瞬间，球的运动情况都含有冲量定律的内容。    如果物体受到某一力矩的作用，此物体就会围绕某一固定轴旋转。当转动惯量一定时，力矩越大，则旋转越强烈。例如，乒乓球选手拉的弧圈球，都是设法引用球拍给乒乓球以摩擦，对乒乓球施一力矩的作用而产生的。现在，国际乒联决定，改“小球”为“大球”后，由于“大球”的转动惯量比“小球”的转动惯量大，所以，球的旋转没有以前强烈。还有足球运动员射门和排球运动员发球时，为了造成对方球员接球的难度，都会适当地给球一力矩的作用，使球产生旋转。还有铁饼选手在投掷的一瞬间，也要给铁饼一力矩的作用，使铁饼在空中加速旋转，从而提高比赛成绩。    如果正在旋转着的物体，不受力矩的作用，则转动惯量与角加速度的乘积是一恒量。当旋转着的物体转动惯量增大时，物体的旋转就会减慢。跳水运动员落水和体操运动员着地时，都要利用到这方面的知识。因为，他们在空中都要进行旋转动作，跳水运动员要获得最佳的落水效果，落水时，必须尽量避免旋转；而体操运动员要保证着地时立稳，也要避免旋转，所以，他们在入水和着地的瞬间，都采用伸长四肢的办法来增大身体的转动惯量，从而减小旋转速度。确保顺利完成比赛。兴趣，最终达到培养创造性复合型人材和增强全体国民的体能的目标要求。五、借足球讲解压强知识 对于许多足球爱好者来说，香蕉球一定对他们具有很大的吸引力。确实，在国际赛场上，一场关键的比赛，用香蕉球破门，对于球迷来说是最大的享受了。看球绕过人墙，眼见球就要打飞，突然变向，球拐入了死角，守门员没有反应。那么下面就让我们来研究一下这个美妙的香蕉球吧。首先我们要来了解一下伯努利原理：在水流或气流中，如果速度小，压强就打；速度大，压强就小。球员在击球时，用脚的内侧将球搓起来。而当球在空中旋转时，球的两侧就一边速度大，一边速度小。所以根据伯努利原理，球在空中就会受到一个横向的压力差，而在水平方向上，压力的方向与球的运动方向相反，在空中不断在水平方向上减速。所以在观众的眼中，看到的先是按击出方向运动，然后在空中变线，从而出现了美丽的香蕉球。懂了这个道理，也许你也能踢出香蕉球呢！ 通过上文的分析，我想同学们一定对力学在运动中的应用有了初步认识吧，但上面的知识只是九牛一毛，希望同学们能在课外积极了解这些知识，这样既能提高自己的竞技水平，同样能锻炼身体，提高效率，在以后的学习生活中助我们一臂之力。

世界上有确定的东西吗？正如大家所知，1927年3月，海森堡在《量子论的运动学与动力学的知觉内容》论文中，提出了量子力学的另一种测不准关系，海森堡认为，科学研究工作宏观领域进入微观领域时，会遇到测量仪器是宏观的，而研究对象是微观的矛盾，在微观世界里，对于质量极小的粒子来说，宏观仪器对微观粒子的干扰是不可忽视的，也是无法控制点额，测量的结果也就同粒子的原来状态不完全相同。所以在微观系统中，不能使用实验手段同时准确的测出微观粒子的位置和动量，时间和能量。由数学推导，海森堡给出了一个测不准关系式： 。对于微观粒子一些成对的物理量，在这里指位置和动量，时间和能量，不能同时具有确定的数值，其中一个量愈确定，则另一个就愈不确定。所谓测不准关系，主要是普朗克常量h使量子结果与经典结果有所不同。如果h为零，则对测量没有任何根本的限制，这是经典的观点；如果h很小，在宏观情况下，仍然能以很大的精确性同时测定动量与位置或能量与时间的关系，但是在微观的场合就不能同时测定。实验表明，决定微观系统的未来行为，只能是观察结果所出现的概率，测不准关系已经被认为是微观粒子的客观特性。海森堡提出了测不准关系后，立即在哥本哈根学派中引起了强烈的反响，泡利欢呼“现在是量子力学的黎明”，玻尔试图从哲学上进行概括。1927年9月，玻尔在与意大利科摩召开的国际物理学会议上提出了著名的“互补原理”，用以解释量子现象基本特征的波粒二象性，它认为量子现象的空间和时间坐标和动量守恒定律，能量守恒定律不能同时在同一个实验中表现出来，而只能在互相排斥的实验条件下出来不能统一与统一图景中，只能用波和粒子这些互相排斥的经典概念来反映。波和粒子这两个概念虽然是互相排斥的，但两者在描写量子现象是却又是缺一不可的。因此玻尔认为他们二者是互相补充的，量子力学就是量子现象的终极理论。“互补原理”实质上是一种哲学原理，称为量子力学的“哥本哈根解释”。30年代后成为量子力学的“正统”解释，波恩称此为“现代科学哲学的顶峰。”1927年10月在布鲁塞尔第五届索尔卡物理学会议上，量子力学的哥本哈根解释为许多物理学家所接受，同时也受到爱因斯坦等一些人的强烈反对。爱因斯坦为此精心设计了一系列理想实验，企图超越不确定关系的限制来揭露量子力学理论的逻辑矛盾。玻尔和海森堡等人则把量子理论同相对论作比较，有利地驳斥了爱因斯坦。1930年10月第六届索尔卡物理学会议上，爱因斯坦又绞尽脑汁提出了一个“光子箱”的理想实验，向量子力学提出了严峻的挑战。光子箱的结构很简单，一个匣子挂在弹簧称上，一个相机快门一样的装置控制匣子内光子的射出。每次射出光子的时间由快门控制，弹簧称上可以读出整个盒子因光子出射而减少的质量，根据大名鼎鼎的爱因斯坦质能关系： 得出光子的能量，这样原则上时间和能量不存在不能同时确定的问题。 据说玻尔看到这个装置登时口吐白沫，经过紧急抢救时的输氧加上彻夜的苦思之后，玻尔终于搬来了救星，呵呵，那竟然是爱因斯坦本人的广义相对论。发射出光子后，光子箱的质量减少纵然可以精确测出，然而弹簧秤收缩，引力势能减小，根据广义相对论的引力理论，箱子中的时钟会走慢，归根到底时间又是不确定了。 这次轮到爱因斯坦吐血三天了，他费尽心思找来的实验居然成了量子力学测不准关系的绝妙证明，还被玻尔等人堂而皇之的载入他们的论文之中。 既然在微观状态下，存在测不准关系，那么在宏观状态下，还存在测不准关系吗？这个我们应该能得出结论:当然存在测不准关系。我们做实验的时候，一旦到了处理实验数据就要同时算出相应的不确定度。这是为什么呢？测量结果都具有误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。任何测量仪器、测量环境、测量方法、测量者的观察力都不可能做到绝对严密，这就使测量不可避免地伴随着有误差产生。因此，分析测量可能产生的各种误差，尽可能可消除其影响，并对测量结果中未能消除的误差做出估计，就是物理实验和许多科学实验中必不可少的工作。但是，我们只能尽力减小误差，却不能消除它。从上面可以看得出，世界上是不存在测得准的东西的，正所谓世界是辩证统一的，事物是相互影响的，既存在相对性，又存在绝对性。事物的测不准关系，就因为它既有相对性，又有绝对性，而我们通常所说的某某物重多少，高多少，等等看似绝对的数据其实是相对的。在某一个时段里，物体趋向于某个值的概率最大，因而我们就把这个值称作在这个时段里的相对准确值，它本是使不可能测准的。事物之间又存在着相互作用，因而又由于相互作用是具体的，因而是有限的，具有一定的认识意义；而本体则是抽象的，因而是无限的，并不具有任何确定的认识意义。所以，世界上并不存在确定的东西。参考文献：张三慧，《大学物理学<量子物理>》清华大学出版社2000年8月第二版34页35页李士本，张力学，王晓峰《自然科学简明教程》，浙江大学出版社2006年2月第一版，68页.72页 资料来源：

先引入一个生活中的例子，然后就此展开讨论力与运动的各种关系，后总接一下。