(完整版)對(duì)冰壺運(yùn)動(dòng)中的物理原理的分析

1、對(duì)冰壺運(yùn)動(dòng)中的物理原理的分析山東省北鎮(zhèn)中學(xué)高二六班付帥指導(dǎo)老師王志芳1、引言研究的問(wèn)題的主要背景情況和意義：隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，冰壺這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)漸漸走進(jìn)尋常百姓的視野。2010 年，我國(guó)女子冰壺隊(duì)在溫哥華冬奧會(huì)上再創(chuàng)佳績(jī)，成為世界強(qiáng)隊(duì)，冰壺運(yùn)動(dòng)也越來(lái)越流行。然而，冰壺這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)在我國(guó)的群眾基礎(chǔ)較差，所以科學(xué)的訓(xùn)練對(duì)中國(guó)冰壺的發(fā)展尤為重要。然而，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在的訓(xùn)練主要還是靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)訓(xùn)練，這顯然是不行的，所以對(duì)冰壺運(yùn)動(dòng)進(jìn)行科學(xué)的分析是勢(shì)在必行的。主要研究的問(wèn)題：冰壺運(yùn)動(dòng)距離的影響因素；建立更加合理的物理模型；研究擦冰對(duì)冰壺軌跡的影響；研究方法： 運(yùn)用一些物理與數(shù)學(xué)知識(shí)建立合理的模型；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜

2、索大量冰壺運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；2、符號(hào)說(shuō)明m冰壺的質(zhì)量單位：克v冰壺由運(yùn)動(dòng)員手中離開(kāi)時(shí)的瞬時(shí)速度( 初速度 )單位:米/秒u冰面的動(dòng)摩擦系數(shù)g重力加速度單位:米2/ 秒S冰壺由離開(kāi)運(yùn)動(dòng)員手時(shí)到停止一共運(yùn)動(dòng)的距離單位：米a冰壺的平均加速度2單位:米 /秒3、物理建模在這個(gè)部分， 我們只討論冰壺從離開(kāi)運(yùn)動(dòng)員手到靜止這段運(yùn)動(dòng)，而且假設(shè)冰壺受到的摩擦力大小和方向不變。運(yùn)動(dòng)員將冰壺由起點(diǎn)推出，使其停止在冰道盡頭的數(shù)個(gè)同心圓內(nèi)，并設(shè)法將對(duì)方的壺撞出。來(lái)看一下冰壺的運(yùn)動(dòng)過(guò)程吧。投擲者手推冰壺一起做加速運(yùn)動(dòng)（這一過(guò)程不作分析），冰壺由此獲得初速度。投擲者放手時(shí)， 冰壺由于受到冰面的摩擦，暫且假設(shè)做勻減速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

3、，直到速度為零。運(yùn)動(dòng)中冰壺所受重力mg與地面給冰壺的支持力二力平衡即 Fn=mg根據(jù)摩擦力公式f=u*F n=umg由牛頓運(yùn)動(dòng)定律a=f/m=ug根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式S=v2/2a=v2/2ug由此可知， 冰壺運(yùn)動(dòng)的距離與初速度的平方成正比， 而與冰壺的質(zhì)量無(wú)關(guān)。 從發(fā)球點(diǎn)到目標(biāo)的圓心的距離約有 29.6 米，再結(jié)合冰面實(shí)際的動(dòng)摩擦系數(shù) , 可以算出投壺時(shí)大體的初速度。摩擦系數(shù)的檢測(cè)方法相對(duì)來(lái)講比較統(tǒng)一：使用一個(gè)試驗(yàn)板( 安置在水平操作臺(tái)上的) ，將一個(gè)試樣用兩面膠或其他方式固定在試驗(yàn)板上，另一試樣裁切合適后固定在專(zhuān)用滑塊上，然后將滑塊按照具體操作說(shuō)明放置在試驗(yàn)板上第一個(gè)試樣的中央，并使兩試樣的試驗(yàn)

4、方向與滑動(dòng)方向平行且測(cè)力系統(tǒng)恰好不受力。通常采用如下形式的檢測(cè)結(jié)構(gòu)。注： A.滑塊； B.試驗(yàn)板； C. 支持底座； E.測(cè)力系統(tǒng)； F.恒速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；I.尼龍絲但摩擦力不變和勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)只是理想狀態(tài)的情況，實(shí)際情況下由于一壘的偏差，需要二壘運(yùn)動(dòng)員通過(guò)擦冰來(lái)修正冰壺的運(yùn)動(dòng)軌跡和距離。擦冰是怎樣改變修正冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡和距離呢？原來(lái)擦冰是為了用克服摩擦力做功的方式增加冰的內(nèi)能，使冰面上融化有一層薄薄的水，以減小摩擦系數(shù)，這樣，冰壺就能行駛得又遠(yuǎn)又直了。在干燥的表面上，球體運(yùn)動(dòng)時(shí)前方受到的摩擦力比后方要大，且其旋轉(zhuǎn)方向和滑行方向是不同的。 而在液態(tài)的冰面上則正相反，因?yàn)橐簯B(tài)層減少了前方的摩擦，球體滑行

5、和旋轉(zhuǎn)的方向是相同的。 隊(duì)員擦冰時(shí)， 兩名運(yùn)動(dòng)員用刷子擦冰壺前面的冰面，使得液態(tài)膜變得更光滑來(lái)控制冰壺前進(jìn)時(shí)的彎曲程度以及滑行距離。美國(guó)小組進(jìn)行的測(cè)試表明擦冰員可以讓冰壺多走約 4.8 米。其實(shí)冰壺賽道的橫截面是U 形的，并不水平，之所以如此設(shè)計(jì)并不是制冰師的失誤，而是制冰師專(zhuān)業(yè)水平的體現(xiàn)。因?yàn)?U形的冰面可以幫助高水平的運(yùn)動(dòng)員打出弧線(xiàn)球。冰道表面也不是光滑的所以旋轉(zhuǎn)時(shí)不同的部位摩擦不一樣，旋轉(zhuǎn)速度及平動(dòng)速度不一樣，再配合擦冰，因此可以打出弧線(xiàn)球。簡(jiǎn)而言之，可以改變方向，在冰壺一邊刷另一邊不刷就可以造成冰壺刷的一邊摩擦力小另一邊摩擦力大，從而改變方向。4、實(shí)際應(yīng)用根據(jù)我推導(dǎo)出來(lái)的公式S=v2/2ug ，我設(shè)想可以設(shè)計(jì)一種儀器，可以根據(jù)冰壺的初速度來(lái)估算出運(yùn)動(dòng)距離，再根據(jù)估算值與目標(biāo)距離比較來(lái)指導(dǎo)二壘運(yùn)動(dòng)員的擦冰。測(cè)量瞬時(shí)速度在目前的技術(shù)水平上很容易達(dá)到，冰面的動(dòng)摩擦系數(shù)也易測(cè)得，通過(guò)電腦的數(shù)據(jù)整理應(yīng)該能達(dá)到指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員擦冰目的。右圖就是我設(shè)想的通過(guò)指示燈閃爍頻率來(lái)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員練習(xí)的程序。我想這會(huì)在輔助冰壺初學(xué)者和指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練等方面發(fā)揮積極的作用。5、感謝感謝我的物理老師王志芳對(duì)我的指導(dǎo)，感謝學(xué)校圖書(shū)館的管理員老師方便我查閱資料。最感謝的是中國(guó)女子冰壺隊(duì)，是她們的優(yōu)秀表現(xiàn)讓我開(kāi)始認(rèn)識(shí)冰壺這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，帶給