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多少度是标枪的最佳投出角度?

2024-08-01科学

标枪是一项投掷类运动,谈到最佳投掷角度,想必学过中学物理的同学并不陌生,这不就是课本上典型的斜抛运动嘛。最佳投掷角度想必大家也都计算过,正是标准的45°。然而真实的情况并非这么简单。

一次完整的标枪投掷包括起跑、助跑、跨步、放步、投掷等动作,每个动作都会影响标枪最后出手时的速度、角度和高度,并且由于标枪本身质量较其他投掷物轻便,所以空气动力学因素也是影响标枪飞行远近的一大因素。王等人[1]将影响标枪飞行距离的因素分为三类,分别为标枪飞行初始条件、标枪参数和天气因素,其具体内容如下图:

文献[2]中指出,在众多的因素中,释放速度是决定标枪运动员成绩差异的主要因素。此外,从投掷技术原理而言,最终飞行距离显著取决于出手初速度和投掷角度,数学模型表明标枪最佳出手角度为35°,初始速度为40m/s,理想飞行距离为141.88m,肩带和前臂角速度与投掷成绩有很高的相关性。注意这里的出手角度是出手速度方向与水平地面的夹角,而不是标枪与水平地面的夹角,见下图。

图片摘自文献[4]

现阶段关于影响标枪投掷成绩的大部分研究仅仅关注运动学参数本身,动力学研究相对较少。目前主流的研究方法是利用高清数码摄像机记录投掷过程,用直接线性转换(direct linear transformation, DLT)算法分析投掷及释放期,通过二维或三维的角度描述运动员的动作和运动学变量,从而客观模拟标枪运动轨迹,分析标枪技术动作可改进性。然而这种方法获得的数据是有限的,很难给出准确的模拟。同时,也有部分文献基于动力学理论给出最佳投掷参数,不过由于数值计算不能考虑所有因素,其计算结果的可信度也存在质疑。

王等人的研究证明[1],男子标枪的最佳出手角度约为42°,女子标枪的最佳出手角度为38°。廖等人[4]基于刚体理论,在考虑空气阻力的前提下,计算得出在无初始俯仰角速度时,最好的出手角度范围在37-43°,若加入初始俯仰角速度,则最好出手角范围在39-44°。不同的计算方法给出的最佳出手角度也不同,一般认为,男子运动员的出手角度在31-34°之间比较理想,女子运动员30-35°之间比较理想。然而实际上最佳的出手角度还要根据运动员的个人情况、风速大小、标枪参数等因素变化。不过可以肯定的是,由于出手点和落地点之间存在地斜角,其最佳出手角度一定小于45°。

参考文献:

[1]王倩,于芳晏,佘军标,等.决定标枪飞行远度因素的系统分析[J].北京体育大学学报,1999(02):106-110.

[2]朱新宇,李翰君.标枪投掷的生物力学研究进展[C]//中国力学学会.中国力学大会-2021+1论文集(第三册).北京体育大学;,2022:1.

[3]周金明,尹景梅,林小鑫,等.基于力学回归模型的标枪动态因素评价[J].赤峰学院学报(自然科学版),2019,35(09):119-123.

[4]廖红,张绪树,陈维毅,等.考虑空气阻力时标枪最佳出手角度研究[J].中国体育科技,2007,(01):98-101.