體育運(yùn)動(dòng)中的力學(xué)原理010722精儀12王夏偉體操或跳水運(yùn)動(dòng)中，身體繞橫軸的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為空翻(如前空翻，后空翻)，身體繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為轉(zhuǎn)體或旋轉(zhuǎn)，也簡(jiǎn)稱旋(如左旋、右旋)。在冢原光男以前，單杠的下法就只有空翻動(dòng)作，沒有轉(zhuǎn)體。自從他完成了空翻加轉(zhuǎn)體的動(dòng)作后，各國(guó)遠(yuǎn)動(dòng)員紛紛研究并實(shí)踐，創(chuàng)造出了許多“旋空翻”的動(dòng)作。現(xiàn)在的高水平運(yùn)動(dòng)會(huì)上，形形色色的旋空翻動(dòng)作比比皆是。怎樣才能實(shí)現(xiàn)旋空翻呢?最容易想到的方法是在騰空的初始時(shí)刻獲得繞縱軸的角速度，這格在騰空以后，由于動(dòng)量矩守恒，身體就有可能繼續(xù)繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。至于繞縱軸的初始角速度，則可通過騰空開始前身體受到繞縱軸的不對(duì)稱力而獲得。例如，在跳水運(yùn)動(dòng)中，起跳時(shí)一腳在前一腳在后；在單杠運(yùn)動(dòng)中，讓兩手在不同的時(shí)間脫杠。這種從騰空一開始就有的轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)稱為“早旋”。早旋的技術(shù)原理簡(jiǎn)單但難于掌握，例如單杠運(yùn)動(dòng)中雙手脫扛的時(shí)間差就很難控制；此外，由于騰空前受力的不對(duì)稱，運(yùn)動(dòng)員質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)也難于保證在預(yù)定方向。另一種實(shí)現(xiàn)旋空翻的辦法是在騰空的初始階段只有繞橫軸的空翻，但通過手臂的動(dòng)作在空中發(fā)起旋轉(zhuǎn)，這種族轉(zhuǎn)又名“晚旋”。仔細(xì)觀察上圖就會(huì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員的旋轉(zhuǎn)是在空翻一周以后才開始的。晚旋的方法比早旋容易掌?？罩械姆v動(dòng)作也更加優(yōu)美、精彩，然而它的力學(xué)道理卻不簡(jiǎn)單。騰空過程中，整個(gè)身體的動(dòng)量矩守恒，且平行于橫軸。怎能產(chǎn)生繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度呢？國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)此問題有不少探討然而并不是都找到了正確的答案。有的資料上說(shuō)；“后空翻轉(zhuǎn)體是身體騰空以后才做轉(zhuǎn)體動(dòng)作，也就是說(shuō)，它完全靠肌肉內(nèi)力來(lái)造成身體繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)。完成轉(zhuǎn)體有兩個(gè)動(dòng)作要領(lǐng)：(1)用力轉(zhuǎn)頭。騰空以后向轉(zhuǎn)體方向快速用力轉(zhuǎn)頭是產(chǎn)生身體沿垂直軸旋轉(zhuǎn)的第一個(gè)動(dòng)力來(lái)源(因?yàn)?頭的轉(zhuǎn)動(dòng)必然帶動(dòng)軀干的轉(zhuǎn)動(dòng)?！?2)反向揮臂，形成力偶。在用力轉(zhuǎn)頭的基礎(chǔ)上，用力揮臂以帶動(dòng)轉(zhuǎn)肩，是加速軀干沿垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的第二個(gè)動(dòng)力來(lái)源?！聪驌]臂動(dòng)作，揮臂的兩個(gè)力方向相反，圍繞總重心的垂直軸形成了力偶，因此它能進(jìn)一步加快身體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。”這種解釋就值得懷疑，因?yàn)榈凇?；身體的內(nèi)力只能改變身體各部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，無(wú)法解釋整體繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；第二，在動(dòng)量矩守恒情況下，頭、雙臂的轉(zhuǎn)動(dòng)只能引起身體其他部分的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而不會(huì)帶動(dòng)它們同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。其實(shí)，只要正確運(yùn)用動(dòng)量矩定理，旋空翻的力學(xué)機(jī)理也是不難弄清的。設(shè)運(yùn)動(dòng)員有繞橫軸的初始角速度及初始動(dòng)量矩，在整個(gè)翻騰過程中，動(dòng)量矩守。為了空中發(fā)起旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)員揮動(dòng)雙臂圖—3所示。圖—3由于繞矢狀軸的動(dòng)量矩為零。這時(shí)運(yùn)動(dòng)員的縱軸將有一微小轉(zhuǎn)角，其方向與雙臂動(dòng)的方向相反。于是動(dòng)量矩在縱軸上有投影因而產(chǎn)生身體繞縱軸的旋轉(zhuǎn)角速度。如果將圖—3所示的人體剛化，看成一個(gè)以Z為稱軸的對(duì)稱剛體，則應(yīng)用一些剛體繞定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的知識(shí)就能清楚地分析運(yùn)動(dòng)的特征。將總角速度沿G與Z軸分解得及，則人體的運(yùn)動(dòng)就可看成是人體縱軸繞G的轉(zhuǎn)動(dòng)(即空翻)及人體繞縱軸的單方向轉(zhuǎn)動(dòng)(即旋)的合成，兩種轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小分別為及此外，如忽略由領(lǐng)臂動(dòng)作引起的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化，由圖—3還可定量解出： ,,,所以，……◎當(dāng)運(yùn)動(dòng)員直體時(shí)，約有，；當(dāng)運(yùn)動(dòng)員直體領(lǐng)臂時(shí)，約有。代入式◎得：?？偨Y(jié)以上可得下面幾條結(jié)論。(1)空翻中通過領(lǐng)臂動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)“空中發(fā)起旋轉(zhuǎn)．順空翻動(dòng)作基本不受影響。(2)在前空翻情況下，領(lǐng)左臂可以產(chǎn)生左旋(＞0)，領(lǐng)右臂可以產(chǎn)生右旋。在后空翻情況下，領(lǐng)左臂可以產(chǎn)生右旋，領(lǐng)右臂可以產(chǎn)生左旋(＞0)。(3)旋轉(zhuǎn)角速度可以大于空翻角速度。在直體情況下，空翻一周中可以旋轉(zhuǎn)二周；在屈體情況下，由于領(lǐng)臂可使角到達(dá)，所以空翻一周中，完全可以旋轉(zhuǎn)三周以上，即實(shí)現(xiàn)空翻轉(zhuǎn)體。由此可見，我們用動(dòng)量矩守恒原理可以很清晰正確的解釋這一物理現(xiàn)象。從而體會(huì)到了