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牛顿第三运动定律
发布时间:2024-12-10
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两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反。

在跑道上,运动员用冰鞋的刀刃推挤冰。反过来,冰也形成一个大小相等、方向相反的力推挤刀刃向前运动。但是,在接近弯道时,运动员必须改变刀刃的推力方向。如果不改变,转弯时,由于离心力作用,运动员就会撞到隔离栅上。(离心力不是一个真实存在的力,但是它有助于人们理解观察到的现象。)

进入弯道时,运动员必须改变作用在他们身体上的力的方向。从我的第一运动定律可以知道:做直线运动的滑冰运动员,如果没有外力改变他的运动方向,他可以一直保持直线运动状态。怎样才能在以15.65米/秒的速度滑行时改变方向呢?

速滑运动员是通过向心力来实现这一目的的。在田径比赛中也有弯道,田径运动员利用自身重力、地面支持力以及脚和地面之间的摩擦力来提供向心力。与田径运动员略有不同的是,短道速滑运动员只能在与滑行垂直的方向上完成蹬冰动作。如果你仔细观看短道速滑比赛,一定注意到在进入弯道之后短道速滑运动员改变了蹬冰的方式,他们不再像在直道时那样一只脚向左蹬冰、另一脚向右蹬冰,而是向弧心方向倾斜身体,两脚轮流向左蹬冰。

科学家可以通过简单的计算获得弯道中运动员蹬冰的频率和蹬冰所做的功。通过计算发现,速滑比赛中过弯技巧水平取决于运动员在弯道中蹬冰做功的能力和进入弯道前的滑行速度。当运动员想以一定的速度滑过弯道时,如果个人能力很强,每一次蹬冰都能产生很大的推力,则他在过弯时的蹬冰频率就会比较低,过弯时滑行的弧线半径会比较小;如果能力不足,而又不想降低速度,他就需要滑一个半径更大的弧来完成过弯。

如果想在弯道加速,运动员需要根据比赛情况更巧妙地安排战术。在500米短距离比赛的第二个转弯处,选手体力充沛,每一次蹬冰的力量都很充足,蹬冰做的功远大于过弯所需,此时,运动员可以通过提高蹬冰频率来加速。但实际上,提高蹬冰频率会降低每次蹬冰的做功效果,因此,通常情况下并不推荐。较好的弯道加速方法包括:提高进入弯道时的速度;在每次蹬冰时通过微调膝盖角度,使刀刃与水平方向呈更小的角度,以增加做功。