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奥运竞技背后的科技角力

http://www.sina.com.cn  2008年08月15日15:09  青年参考

  本报特约撰稿吴戈

  

  在这次的北京奥运会上,人们不难发现,各国科学技术的突破也有助于本国健儿在赛场上争金夺银。美国《大众机械 》杂志8月号载文,对这次出现在奥运赛场的新科技做了报道。

  神奇泳衣能帮菲尔普斯多少?

  美国选手菲尔普斯的身体天生是一台游泳机器,两臂展开达两米,比身高还长7.6厘米;躯干也比0.8米的腿长 出许多,测试结果显示,他的肌肉运动后产生的乳酸比多数运动员少得多,这使他更有耐力,他的肘、膝和踝关节也很灵活。 他每天都坚持在水中训练4小时以上。如此的天赋加刻苦,使菲尔普斯在2004年雅典奥运会上独得6枚金牌。但要打破同 胞斯皮茨1972年慕尼黑奥运会上夺得7枚金牌的纪录,恐怕还需要新科技的帮助。

  一次200米自由泳,运动员的速度可以达到6.1公里/小时,为了对抗自身产生的阻力,需要消耗290千焦耳 的能量(约72大卡的热量)。为了减少人体阻力,不少游泳选手甚至剃掉全身体毛。但研究发现,即使是裸泳,阻力反而比 穿泳衣大9%。1950年出现的尼龙泳衣,1976年出现的聚氨酯纤维泳衣,都有助于将身体绷紧成流线型,以减小水中 阻力。但真正的突破是1998年英国运动员在英联邦运动会上首次使用的“鲨鱼皮”泳衣。以特氟纶纤维制成的这种泳衣, 表面模仿了鲨鱼表皮成排的脊柱形小突起,能更有效地使身体周围的水流走,减少阻力。1999年10月,“鲨鱼皮”泳衣 正式获得国际泳联认可,2000年就被澳大利亚游泳名将索普用到了悉尼奥运会上,他获得400米自由泳金牌、200米 自由泳银牌、4×100米、4×200米自由泳接力金牌,“鲨鱼皮”立下了汗马功劳。

  菲尔普斯为北京奥运会带来的新泳衣,是英国“速比涛”(Speedo)公司的LZRRacer,售价290~ 550美元。自今年2月出现以来,身穿LZRRacer的选手已经打破了37项世界纪录,这种神奇的“鲨鱼皮”功不可 没。

  这些最新型的“鲨鱼皮”泳衣从肩到脚跟紧贴皮肤,看上去像个没有披斗篷的超人。它的首要功能是包裹住乳房和臀 部等会在水中晃动增加阻力的部位,人要把自己挤进这套泳衣得花不少时间。除了减少阻力,它们还能使游泳者的下半身处在 更水平的位置。

  当然,在美国航天局(NASA)的风洞里测量泳衣织物的摩擦系数,建立身体颤动的流体力学模型是一回事,在泳 池里劈波斩浪力争金牌又是另一回事。提高零点几秒就能决定菲尔普斯到底拿几块金牌,但这里面有多少归功于“鲨鱼皮”泳 衣,很难准确计量,因为竞技运动永远是个人天赋、训练程度和新奇装备的融合。

  

  大回环动作中的力学奥妙

  体操是优美与力学结合的典范,即使只是一个简单的高低杠大回环(体操项目中高难度空中转体动作),运动员和手 中柔韧的杠之间,也蕴藏着复杂的力与能量的转换。

  大回环时,选手从杠上倒立位置开始下落。由于手与杠之间的摩擦,将使回环速度略有降低,前半圈的角速度接近275 度/秒。但就在这前半圈里,运动员必须为进入向上的半圈积累足够动能,尤其是在下一圈需要完成飞行动作或进入一连串空 翻下杠时。因而她们必须在向下的半圈里将能量传递给柔韧的碳纤维杠,在向上的半圈里又吸收能量,增加回环速度。

  为补偿下落时回环速度的损耗,高低杠女选手会运用一个“轻甩”动作。在略为翘臀收腿,避开低杠的同时,也缩短 了旋转的力臂,使自己的重心尽量接近旋转中心,增加了旋转能量。在一圈回环的底部,选手身体向下的加速度可以达到4~ 7倍重力,手中的高杠最多能被拉离中心线27厘米。然后,她们放松臀部、骨盆和腹部,将腿部向前摆,甩入向上的半圈回 环。如此利用角动力,她们能使自己旋转的角速度增大到约304度/秒。这也是为什么高低杠大回环动作只能从前半圈经过 低杠的方向完成,无法反其道而行之的道理。

  

  撑杆跳材料很关键

  在1994年意大利举行的国际田联大赛上,由乌克兰名将谢尔盖·布勃卡创造的6.14米的撑杆跳高世界纪录, 至今已沉寂14年之久,在北京奥运上这个纪录能否突破,其中85%在于物理和材料学,另15%在于身体技能。

  木杆时代的撑杆跳成绩只有3.30米,1905年用竹竿达到4.77米,1930年用金属杆提高到4.80米 ,但真正的突破还是在1985年,后来被誉为“撑杆跳高沙皇”的布勃卡,借助一种用玻璃纤维、合成树脂以及超柔软、超 强度纤维混合制成的现代化撑杆,使撑杆跳一举突破6米大关。如今的每一根撑杆都专门根据使用者的体重和身高设计,由三 层玻璃纤维和树脂灌注的碳纤维布制成。经过加热,这些东西就形成一种轻型复合材料,外层决定着它的强度,两个内层决定 着它的力量和柔韧性。

  运动员跑得越快,他传递给撑杆的能量就越多,最理想的是在10步或12步达到最高速度。为在助跑距离内积累起 足够抬起自己的动能,身高1.87米的美国撑杆跳世界冠军布拉德·沃克尔,需要至少以11.93米/秒的速度助跑。将 撑杆以18度倾角插入斗内,撑杆将被弯曲到原有长度的约70%,形成120~160度的弧形,这取决于运动员的身高和 动量。然后,撑杆将像弹簧一样,弯曲的撑杆将能量以动能的形式还给运动员。这4195焦耳能量被从水平面转移到垂直面 ,可将运动员抛到5.09米高度。在杠顶剩下的1米多,运动员扭转身体,形成俯卧,同时将自己的重心向上推。这一系列 动作技术其实与体操类似,比如蜷身、翻滚和倒立。

  

  跳板跳水起跳有玄机

  跳板跳水运动员总是以空中特技令人目眩,但结局往往在走向板头那短促的几步之内,就已经决定了。利用前几步积 累的动量,运动员一般在距板头0.3米的位置向空中跃起,落下时的压板能产生约5000牛顿的机械力。回弹的跳板能将 运动员以19.79公里/小时的速度抛向空中,使他达到距水面5.49米的高度。这不光能给他1.5秒的飞行时间,也 给了他完成动作所需要的旋转力。

  

  皮划艇怎样骗过逆流水门

  北京奥运会皮划艇比赛在顺义奥林匹克水上公园举行,美国的三届奥运会皮划艇选手斯科特·希普利称,这是“力量 、平衡能力和注意力”的一次较量。比赛中,皮划艇选手必须通过悬浮在水面(水流速度大约为每秒4.57米)上的18~ 25道门,其中最难的部分无疑当属逆水门,由于是“逆水行舟”,小小的失误就可能造成满盘皆输。

  选手一般以顺流侧滑的姿态接近这个水门,当艇身从门杆下经过,进入漩涡时,选手把桨插入水中,使船尾摆回来。 在顺义的水上场地,这一段逆流漩涡的流速为2.74米/秒。由于只需选手的头部经过水门即可,多数选手会将艇从内侧门 杆下滑过,同时用自己的躯干绕过内侧门杆,这是一个小小的窍门。但如果选手转弯时的角度稍有零点几度的偏差,向下的水 流就会将艇打翻。动作正确的选手在转弯时的过载大约是1.5g。一旦越过水门,选手就必须向后靠,使艇尾下沉,艇首抬 起,这样能使皮划艇的转弯半径从3.55米缩小到约1.52米。为了重新进入顺流,选手用桨插入水中,产生一个扭转力 矩,使艇冲向另一个门。整个这一切过程必须在3.5秒的时间内完成。

  一点新知

  连续打嗝一周竟是脑中风

  每个人都有打嗝的经历,但连续打嗝有可能是中风的前兆。台湾“台视新闻网”8月11日报道,台北市一名男子, 连续打嗝一周,原本不以为然,后来却慢慢出现右手发麻等症状,一到医院检查不得了,竟然是脑中风。

  这位大约50岁的中年男子,打嗝打不停,原本以为只是消化系统出了小毛病,没想到吃了肠胃药,还是不断地打嗝 长达一周,连吃饭也成问题,最后经医生检查,竟然是脑中风。

  打嗝打到脑中风,一点都不夸张。很多人都认为打嗝只是肠胃等消化系统的暂时异常。其实打嗝来自大脑中人的“生 命中枢”——延脑。延脑位于脑和脊髓之间,长约3厘米,负责指挥心脏、肺等重要内脏的自主神经活动,延脑内有喷嚏、咳 嗽、唾腺分泌等中枢神经,一旦受到破坏,心、肺等器官不能正常工作,人的生命就会发生危险。延脑中的血管阻塞,影响了 掌管呼吸和消化系统的迷走神经纤维,使之异常放电,位于胸腔内的横膈膜因此不断收缩,就会引发打嗝症状。

  医生提醒,如果发现连续打嗝,先弯腰喝温开水,看是否能缓解。如果连续超过30分钟,而且吃了肠胃药都没有改 善,最好立即就医。此外也提醒民众,再次进食并不能中止打嗝,反而会使打嗝更加恶化。(::供稿亚琪)


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