奥运会的哪些高科技(科学汇 | 看奥运比赛，这些科技点别错过)

钱江晚报·小时新闻记者 陈素萍

这几天，同学们一定时常能看到五星红旗在东京奥运会的赛场上冉冉升起的直播画面。其实，奥运会并不遥远，其中的很多项目，我们日常都会有所接触，比如游泳和铅球。

暑期，很多同学都喜欢去游泳吧，那你知道怎样才能划得又快又省力吗？铅球这项运动是体育课必练项目，那同学们知道怎样才是准确的投掷动作吗？我们人体的一切运动必须遵循基本的力学规律，每项运动都包含了许多物理知识，如果说体育技术有高下优劣之分的话，鉴别标准只能是符不符合科学原理。

本期科学汇，我们邀请到了丽水中学的物理竞赛老师高嵩，请他为同学们上一堂不一样的体育课，通过解读游泳和铅球这两个项目的技术要点，让物理走进体育。

运动员泳姿和着装，都很有讲究

东京奥运会游泳比赛设自由泳、蛙泳、蝶泳、仰泳、个人混合泳和接力（自由泳与混合泳）共34个小项，是奥运会所有项目中仅次于田径的“金牌大户”。

游泳，是大家熟悉的一项体育运动，更是一项生存技能。远古时代，人类为适应生存环境逐渐学会游泳，而我国早在春秋时期就有泅水活动的记录。

国际标准游泳池长50米，宽至少21米，深1.80米以上。比赛时，运动员必须站在面积为50厘米×50厘米的出发台上出发（仰泳除外），出发台高出水面50-75厘米。哨声响起，比赛开始，游泳运动员纵身跃入水池，此时运动员们在水下会游很久，这是为何？主要原因是运动员破水而出，需要克服水的表面张力，并且会有更大的阻力，使自己的速度变小，所以运动员会尽量在水下多游一会，以便保持尽可能大的初速，同时留一点体力。

当运动员浮出水面，以自由泳的姿势往前游时，我们看到手臂和水面不断激起水花，这里面又有哪些物理知识呢？原来，手对水的作用力和水对手的作用力是一对相互作用力，运动员需要将水往后推，才能获得水对手向前的力。理论上来说，自由泳手臂入水时，手掌要大拇指先入水，以减少迎面的阻力，入水后手掌向外再向内做抱水，（屈臂高肘状）划水，当手掌过肩垂直面时再推水，以获得最佳的对水面，通过作用力与水的反作用力，从而使身体向前位移。通俗地讲，屈臂高肘S型划手，过程是∶抱～划（屈臂高肘）～推。

潜入水下游泳时，运动员们又会受到哪些阻力呢？这时候主要是来自于水的阻力，重力与浮力基本平衡。浮力使运动员保持部分身体在空气中，毕竟空气阻力比起水的阻力小很多，但是运动员自身有重力，总会有部分身体浸在水里，如何分配自己的力量，使一部分用于前进，一部分用于让部分身体浮出水面减少阻力，需要经过长期的训练才能找到适合自己的方法。

此外，同学们可以留意到，奥运会游泳运动员会穿一种叫“鲨鱼皮”的游泳装，这又是为什么呢？2000年悉尼奥运会上，号称“鱼雷”的泳坛名将索普身穿仿生技术的“鲨鱼皮”游泳衣，在泳赛中一路领先，连连夺冠，秘诀是泳装表面微型棘齿产生的细小涡流能有效减少前进中的“压差阻力”。

运动员的“行头装束”是很有讲究的。泳衣可以使体表更“光滑”，大大减小运动员受到的水的阻力，我们普通人对泳衣影响的直观感受可能不太明显，但对于顶级运动员而言差异就很大了，瞬息之间决定胜负。

除了泳衣，篮球明星乔丹脚下的“气垫鞋”，短跑名将约翰逊的“金缕鞋”，琼斯的“水晶鞋”，刘翔的“红色魔鞋”，都为公众津津乐道和耳熟能详。运动服已经成为服装行业中的“独立王国”，高科技新型材料和人体工程学、运动力学的结合，共同打造了体育健儿的披挂、战靴和征衣。

铅球技术好坏，看三方面因素

接下来，我们讲一讲铅球。至今，在英语中“铅球”（shot）一词，仍与“炮弹”一词相同。这可以追溯到铅球运动的起源。

远古时期，人类想在地球上生存延续下去，不仅要跑得快，要能迅速跳越障碍，还要学会把石头、鱼叉等投得又远又准，以便击中猎物而获得食物。这可以说是铅球运动的前身。

现代铅球的起源大概始于公元1340年，欧洲炮兵在日常训练中使用废弃的铅制炮弹进行比赛，后逐渐形成投掷铅球的体育运动。1896年，铅球就是第一届现代奥运会上的投掷比赛正式项目。

目前，国内外流行两种推铅球技术：背向滑步推铅球技术和旋转式推铅球技术。无论这两种技术的差异如何，评定和衡量其技术好坏主要有三方面的因素：出手初速度，出手角度和出手高度。

首先是出手初速度，指通过人体一系列的运动作用于铅球，使铅球在离手一瞬间获得一定的飞行速度。在一定角度范围内，出手初速度越大，铅球飞行就越远，因此力气大的运动员有先天优势。当然，实际情况还和运动员具体的发力姿势有关，比如完整的背向滑步推球技术可分为握球持球、滑步、转换、最后用力和维持身体平衡五个部分。旋转推铅球技术则更多地利用了转体的动能。

其次是出手高度，指铅球最高出手点到地面的垂直距离。通常出手点较高，出手角相对减小些，可以加大水平分力，使铅球远度增加，因此，在最后用力过程中髋、膝、踝和脚趾关节应充分蹬伸，躯干、手臂充分伸展，以便获得理想的高度。

最后则是出手角度，指铅球出手的飞行方向线与球出手前最高点的水平线之间的夹角。假设抛射点和落地点在同一水平面上时（不计空气阻力），利用高中物理斜抛运动的知识，可以计算得到45°抛出的铅球落点最远。但实际情况是，起抛点大约在运动员的肩膀高度，最后落在地面上，那么就不是45°抛出最远了，而是与运动员肩高、臂长和初始抛出速度有关。比如起抛高度1.8米，初始速度假设10米每秒，那么最佳角度大约是40.5°，可以最远抛到11.7米。

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科技伴奥运同行

铅球投掷中加长做功距离的背向滑步技术取代垫步技术；体操和跳水动作中对身体转动惯量的精确把握，带来了花样百出的空翻和旋转；跳台滑雪运动中两只滑雪板呈V字形排开能在空气中获得更好的升阻比，因此取代了滑雪板的平行姿势……人类的体育运动本质上是将体内的化学能转变为机械能，体育技术的每一项进步，无不伴随着对运动力学更深刻的理解和应用。

值得一提的是，对时间和距离的准确计量，也是体育运动“可比性”的基础。随着科技的发展，测量投掷、跳远距离的皮尺、钢卷尺早已送进了历史博物馆，激光测距仪能够瞬时判读出比赛成绩。各种新颖别致的光电仪器在赛场上层出迭见，使运动数据的粗放式测量变得日益快捷、精准和可靠：起跑线上抢跑百分之一秒就会被“捉拿归案”；游泳池终点触摸屏则“一触即发”并精确到毫秒；在球赛场上，雷达测速仪当场显示运动员击球的速度；明察秋毫的“鹰眼”则能随时回放网球、足球在三维空间的运动轨迹和准确落点。

一切种种，足以使人相信，没有科技，奥运会成不了今天的气候。反过来，体育竞赛的巨大需求也成为了科学发展的重要引擎。

现如今，我们运动成绩的不断突破，已经非常依赖科学技术，这也能最大限度调动和发挥了人体的潜能。科技和体育的“共生关系”，将继续伴随奥运会走向明天。

》》》考点

在400米（50米×8）自由泳比赛中，运动员甲的速度是每秒1米，运动员乙的速度是每秒0.6米，请问整个比赛过程中他们会相遇几次（起终点不计）？

答：6次。

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