15242 - работа. Физика в спорте
 Скачать 3.07 Mb.
|
1.2 Законы молекулярной физики и термодинамикиПри изучении темы равновесия жидкостей и газов можно привести пример Эффекта Магнуса. При игре в футбол, часто можно заметить, если удар, пришедший не в центр мяча, а сбоку, тем самым заставляет мяч вращаться слева направо. Справа от мяча образуется область низкого по сравнению с атмосферным давлением – причина изменения траектории полета мяча. Такой удар в футболе называется "сухой лист". Это явление, названо в честь немецкого физика Генриха Густава Магнуса – эффект Магнуса. Суть его в том, что при движении вращающегося тела в потоке воздуха скорость движения среды с одной стороны тела увеличивается, с другой стороны – уменьшается. Разность скоростей приводит к разности давлений (P1 – P2) и, в возникновении перпендикулярной силе Магнуса Fм, действующей на вращающееся тело. Вращающийся объект создаёт в среде вокруг себя вихревое движение. С одной стороны объекта направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока и, соответственно, скорость движения среды с этой стороны увеличивается. С другой стороны объекта направление вихря противоположно направлению движения потока, и скорость движения среды уменьшается. Ввиду этой разности скоростей возникает разность давлений, порождающая поперечную силу от той стороны вращающегося тела, на которой направление вращения и направление потока противоположны, к той стороне, на которой эти направления совпадают. Подъемная сила тянет мяч вверх и вбок, что вызывает эффект Магнуса [2]. Можно рассчитать силы, действующие вовремя хорошо выполненного штрафного удара. Предположим, что скорость мяча составляет 25-30 м/с, а скорость вращения – 8-10 об/с. Тогда подъемная сила оказывается равной примерно 3,5 Н. Поскольку согласно правилам ФИФА масса мяча должна быть равной 410-450 г, его ускорение составляет 8 м/с2. А так как мяч за секунду пролетит 30 метров, то подъемная сила может заставить его отклониться на целых 4 м от обычной прямой линии – вполне достаточно, чтобы вратарю стало не по себе! Тема «Закон Архимеда» применяется в водных видах спорта. Одним из водных видов спорта, где физика оказывает наибольшее влияние, является плавание. В нем сочтены различные явления и законы (такие например как гидродинамика, силы трения, сопротивления и др.).Любой пловец знает, что тело плавает, когда действующая на него сила тяжести уравновешена выталкивающей силой или меньше ее. Если силы уравновешены или плотности тела и воды одинаковы, то тело не тонет, не всплывает и может находиться в жидкости на любой глубине. Это условие соблюдается у рыб, морских животных. Так может плавать и человек: ведь в любом живом организме до 80% и более воды и его средняя плотность мало отличается от плотности воды: она немного больше и равна 1,03 г/см кубический. Плавучесть человеку обеспечивает воздух, набираемый им при вдохе в легкие. При полном большом вдохе объем тела увеличивается, средняя плотность человеческого тела становится меньше плотности воды, и он всплывает. При выдохе объем тела уменьшается (тело теряет плавучесть ) и человеку приходится создавать себе подъемную силу движением рук. Искусство плавания это прежде всего умение правильно дышать, координируя свои вдохи и выдохи с движениями рук и ног. Так же на пловцах существуют гидрокостюмы. Они служат как средство уменьшения сопротивления трения воды о тело, что повышает скорость пловца. При плавании необходимо не только правильно «махать» руками, работать ногами, но и всем телом [3]. 1.3. Законы оптикиТема «Отражение света». Хорошим примером является игра в настольный теннис или бильярд. Если ударить шар по центру, он будет двигаться строго вперёд и, столкнувшись с препятствием, остановится. А при смещении кия в сторону шар получит дополнительное вращение в том же направлении. Например, если мы ударим в нижнюю точку, шар покатится вперёд, но при этом будет вращаться вокруг горизонтальной оси в обратную сторону. Когда он столкнётся с препятствием, основной импульс движения вперёд исчезнет, и за счёт оставшегося дополнительного вращения шар немного откатится назад. Удар вправо или влево закрутит его в ту же сторону. Бильярдный стол не бесконечен, и шары обязательно будут сталкиваться не только друг с другом, но и с его бортами. Что же говорит физика о поведении шаров в этом случае? Угол падения равен углу отражения. Прямо пущенный шар отскакивает от борта стола практически так же, как луч света отражается от зеркала. Если же шар закручен влево или вправо, от удара о борт он получит дополнительное вращение, и его траектория исказится, он отскакивает под тем же углом, под каким углом ударился. |