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多少度是標槍的最佳投出角度?

2024-08-01科學

標槍是一項投擲類運動,談到最佳投擲角度,想必學過中學物理的同學並不陌生,這不就是課本上典型的斜拋運動嘛。最佳投擲角度想必大家也都計算過,正是標準的45°。然而真實的情況並非這麽簡單。

一次完整的標槍投擲包括起跑、助跑、跨步、放步、投擲等動作,每個動作都會影響標槍最後出手時的速度、角度和高度,並且由於標槍本身品質較其他投擲物輕便,所以空氣動力學因素也是影響標槍飛行遠近的一大因素。王等人[1]將影響標槍飛行距離的因素分為三類,分別為標槍飛行初始條件、標槍參數和天氣因素,其具體內容如下圖:

文獻[2]中指出,在眾多的因素中,釋放速度是決定標槍運動員成績差異的主要因素。此外,從投擲技術原理而言,最終飛行距離顯著取決於出手初速度和投擲角度,數學模型表明標槍最佳出手角度為35°,初始速度為40m/s,理想飛行距離為141.88m,肩帶和前臂角速度與投擲成績有很高的相關性。註意這裏的出手角度是出手速度方向與水平地面的夾角,而不是標槍與水平地面的夾角,見下圖。

圖片摘自文獻[4]

現階段關於影響標槍投擲成績的大部份研究僅僅關註運動學參數本身,動力學研究相對較少。目前主流的研究方法是利用高畫質數位攝影機記錄投擲過程,用直接線性轉換(direct linear transformation, DLT)演算法分析投擲及釋放期,透過二維或三維的角度描述運動員的動作和運動學變量,從而客觀模擬標槍運動軌跡,分析標槍技術動作可改進性。然而這種方法獲得的數據是有限的,很難給出準確的模擬。同時,也有部份文獻基於動力學理論給出最佳投擲參數,不過由於數值計算不能考慮所有因素,其計算結果的可信度也存在質疑。

王等人的研究證明[1],男子標槍的最佳出手角度約為42°,女子標槍的最佳出手角度為38°。廖等人[4]基於剛體理論,在考慮空氣阻力的前提下,計算得出在無初始俯仰角速度時,最好的出手角度範圍在37-43°,若加入初始俯仰角速度,則最好出手角範圍在39-44°。不同的計算方法給出的最佳出手角度也不同,一般認為,男子運動員的出手角度在31-34°之間比較理想,女子運動員30-35°之間比較理想。然而實際上最佳的出手角度還要根據運動員的個人情況、風速大小、標槍參數等因素變化。不過可以肯定的是,由於出手點和落地點之間存在地斜角,其最佳出手角度一定小於45°。

參考文獻:

[1]王倩,於芳晏,佘軍標,等.決定標槍飛行遠度因素的系統分析[J].北京體育大學學報,1999(02):106-110.

[2]朱新宇,李翰君.標槍投擲的生物力學研究進展[C]//中國力學學會.中國力學大會-2021+1論文集(第三冊).北京體育大學;,2022:1.

[3]周金明,尹景梅,林小鑫,等.基於力學回歸模型的標槍動態因素評價[J].赤峰學院學報(自然科學版),2019,35(09):119-123.

[4]廖紅,張緒樹,陳維毅,等.考慮空氣阻力時標槍最佳出手角度研究[J].中國體育科技,2007,(01):98-101.