1、跳板滑雪中的力学问跳板滑雪中的力学问题题流体力学在滑雪中的应用流体力学在滑雪中的应用一、滑雪运动的基本介绍滑雪运动的基本介绍 运动员从站台出发，由肋滑坡开始下滑，采用弓身运动员从站台出发，由肋滑坡开始下滑，采用弓身下蹲姿势，在下蹲姿势，在“起飞起飞”时，运动员从腿伸直，双臂在两侧时，运动员从腿伸直，双臂在两侧与身体并扰，身体前倾成水平姿态，同时使两只滑雪板与身体并扰，身体前倾成水平姿态，同时使两只滑雪板平行并扰。在即将着地一刹那，运动员身体抬起，一只平行并扰。在即将着地一刹那，运动员身体抬起，一只脚放在另一只的前面，双膝弯曲进入回转急停姿态，并脚放在另一只的前面，双膝弯曲进入回转急停姿态，并将
2、两臂张开以保持平衡。将两臂张开以保持平衡。1879年在挪威的奥斯陆举行了年在挪威的奥斯陆举行了第一次正式比赛。第一次正式比赛。1971年国际滑雪联合会决定每两年举年国际滑雪联合会决定每两年举行一次世界跳台滑雪锦标赛。行一次世界跳台滑雪锦标赛。1972年首届世界跳台滑雪年首届世界跳台滑雪锦标赛在南斯拉夫举行。该项目从第一届冬运会即被列锦标赛在南斯拉夫举行。该项目从第一届冬运会即被列为比赛项目。为比赛项目。 滑雪者两脚各绑一块专用的雪板，板长滑雪者两脚各绑一块专用的雪板，板长2.302.70米，宽米，宽11.5厘米，板底有厘米，板底有35条方向槽。比赛时运动员条方向槽。比赛时运动员不用雪杖，不借助
3、任何外力，以自身体重从起滑台起滑，不用雪杖，不借助任何外力，以自身体重从起滑台起滑，经助滑道获得经助滑道获得110公里公里/小时的高速度，于台端飞后，身小时的高速度，于台端飞后，身体前倾和滑雪板成锐角，两臂紧贴体侧，沿自然抛物线体前倾和滑雪板成锐角，两臂紧贴体侧，沿自然抛物线在空中滑翔，在着陆坡着陆后继续自然滑行到停止区，在空中滑翔，在着陆坡着陆后继续自然滑行到停止区，然后根椐从台端到着陆坡的飞行距离和动作姿式评分然后根椐从台端到着陆坡的飞行距离和动作姿式评分。动作动作要领动作要领： 助滑是为了在起跳端造成更快的初速度，以延长空中飞行距离的一种技术。跳板滑雪的全程展示下滑滑翔着地Forward
4、 to12二、二、下滑过程下滑过程 首先，运动员下蹲着，将头、身体和大腿缩合成为一个椭圆形状，既所谓的“鸡蛋”姿态。 问题：问题： 为什么运动员下滑时要把身为什么运动员下滑时要把身体缩合成体缩合成“鸡蛋鸡蛋”姿态呢？姿态呢？ 速度升力摩擦力重力空气阻力下滑过程中人体的析受力分析：下滑过程中人体的析受力分析：从前面的受力分析中可以看出，当运动员从高陡的山坡急冲而从前面的受力分析中可以看出，当运动员从高陡的山坡急冲而下时，运动员除受到重力、升力、跳板和雪橇板之间的摩擦力，还下时，运动员除受到重力、升力、跳板和雪橇板之间的摩擦力，还要受到空气阻力的作用。要受到空气阻力的作用。 我们知道，运动员要想在
5、滑雪过程中高质量的完成比赛，必须我们知道，运动员要想在滑雪过程中高质量的完成比赛，必须在滑翔前获得较大的速度，这就要求尽量地减少摩擦阻力和空气阻在滑翔前获得较大的速度，这就要求尽量地减少摩擦阻力和空气阻力。力。 容易看出，人体采用容易看出，人体采用“鸡蛋鸡蛋”姿态能够明显地减少空气阻力。而姿态能够明显地减少空气阻力。而根据流体力学原理，上曲下平的体型又能增大人体滑行时所受到的根据流体力学原理，上曲下平的体型又能增大人体滑行时所受到的升力，从而减少正压力，根据升力，从而减少正压力，根据 F摩擦 = kN正压力 摩擦阻力就会相应摩擦阻力就会相应地减少，利用地减少，利用 a =mgsinF摩擦摩擦F
6、空气阻力m,我们可以知道，人我们可以知道，人体能够尽最大可能地增加下滑加速度，从而在滑翔前获得较大的体能够尽最大可能地增加下滑加速度，从而在滑翔前获得较大的速度。速度。BACK二、滑翔过程 在快接近跳板终点时，运动员便要突然伸在快接近跳板终点时，运动员便要突然伸展身子，射向空中，这时人体大约有展身子，射向空中，这时人体大约有120m/s的速度，然后在空中飞行约的速度，然后在空中飞行约4s左右左右后徐徐着地。后徐徐着地。当运动员在跳板中断处射入空中时，运动当运动员在跳板中断处射入空中时，运动员的身体向前倾斜，双手靠拢身躯，运动员的身体向前倾斜，双手靠拢身躯，运动员从脚踝到头基本上是平行员从脚踝到
7、头基本上是平行于雪橇板的直线，这就是于雪橇板的直线，这就是“伏伏拉格拉格”滑翔姿态。滑翔姿态。滑翔过程中的受力分析滑翔过程中的受力分析 升力速度升力重力空气阻力 作这种滑翔姿态时作这种滑翔姿态时,运动员的身躯其实是运动员的身躯其实是处于一种下平上曲的姿态处于一种下平上曲的姿态,像飞机的机翼像飞机的机翼.能够提供一定的升力能够提供一定的升力,从而能使运动员飞得从而能使运动员飞得更远更远,获得更好的成绩获得更好的成绩.back这里要用到这里要用到伯努力方程伯努力方程以作定性分析。以作定性分析。这个过程还涉及到一个这个过程还涉及到一个滑翔迎角滑翔迎角的问题的问题:滑翔迎角滑翔迎角:运动员的身体与滑行
8、方向的夹角运动员的身体与滑行方向的夹角. 滑翔迎角能够影响作用于运动员身上的升力滑翔迎角能够影响作用于运动员身上的升力与阻力的比例与阻力的比例,即即升阻比升阻比,从而能够影响到跳飞从而能够影响到跳飞 的距离的距离.因此因此,运动员要想有好的成绩运动员要想有好的成绩,就需要将就需要将滑翔迎角调整适当滑翔迎角调整适当,合理的滑翔迎角在合理的滑翔迎角在35 45 之间之间.这里这里还涉及到力矩平衡还涉及到力矩平衡的要求问题的要求问题. 四四 着地阶段着地阶段 在下滑和空中滑翔阶段结束以后在下滑和空中滑翔阶段结束以后,便便是着地阶段是着地阶段.这时运动员几乎没有升力这时运动员几乎没有升力,近于在重力场
9、中作自由落体运动近于在重力场中作自由落体运动,这时运这时运动员需要设法及时而恰当地增大滑翔迎动员需要设法及时而恰当地增大滑翔迎角角,运动员应努力确保身体处于平衡状态运动员应努力确保身体处于平衡状态而安全着地而安全着地.Back to3五、五、3种滑翔姿态的比较种滑翔姿态的比较姿势姿势卵式卵式平平 背背 式式前扶腿前扶腿式式 阻力(kg) 升力(kg) 升阻比风速 （m/s）18.218.218.24.424.185.88-0.1970.3172.39-0.0440.0760.406 从阻力及流态观察来看，卵式和平背式几乎没有明显的从阻力及流态观察来看，卵式和平背式几乎没有明显的差别。而前扶腿式的阻力却明显增大。这是因为前扶腿式的差别。而前扶腿式的阻力却明显增大。这是因为前扶腿式的迎风面积较卵式和平背式大。手臂又破坏了运动员身体上气迎风面积较卵式和平背式大。手臂又破坏了运动员身体上气流的流动状态，虽然前扶腿式有助于起跳动作，但阻力增加流的流动状态，虽然前扶腿式有助于起跳动作，但阻力增加会引起助滑速度的损失。会引起助滑速度的损失。 back 通过进行风洞风洞实验（即让运动员进入风洞室进行吹风实验 ，这里我们要用到无线遥控测量技术以及高速摄影和录这里我们要用到无线遥控测量技术以及高速摄影和录像像），我们可以得出以下数据：
