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踢毽子、羽毛球和射箭 精选

已有 4009 次阅读 2020-10-27 08:47 |系统分类:科普集锦

踢毽子是我国民间的传统体育游戏活动(图1)。根据汉代画像砖上的踢毽子形象,踢毽子的起源应比汉代更早,至少已有两千多年的历史了。在南北朝和隋唐时期踢毽子已十分盛行,已有各种高超技巧。宋代高承编撰的《事物纪原》记载:

“今时小儿以铅锡为钱,装以鸡羽,呼为鞬子,三五成群走踢,有里外廉、拖枪、耸膝、突肚、佛顶珠、剪刀、拐子各色。”

到明清时期踢毽子更为普及,踢法多达百余种。即使在近代,踢毽子仍是我国青少年喜爱的体育活动,许多省市都举办过踢毽子比赛。 在1935年第六届全国运动会上曾将踢毽子列为比赛项目。

关于毽子的构造,清人潘荣陛的的《燕京岁时记》有详细说明

毽儿者,垫以皮钱,衬以铜钱,束以雕翎,缚以皮带,儿童踢弄之,足以活血御寒
表明毽铊和毽羽是构成毽子的两个部分。毽铊集中了毽子的几乎全部重量,毽羽的作用在于避免毽铊在空中翻滚,维持毽子在飞行中的稳定姿态。


毽子.jpg

踢毽子


踢毽子是羽毛球运动的始祖。同样都是利用羽毛起稳定作用,区别仅在于将脚踢改为用球拍击打。这种与毽子非常类似的运动最早出现于十八世纪印度的蒲那(Poona)。游戏者将鹅毛插在圆形小硬纸板上,用木拍击来击去。这种运动被带入英国后,1870年改进为用羽毛和软木做的球和穿弦的球拍。1873年在伯明顿镇(Badminton)举行的表演赛促使这种有趣的运动风行全国。这个带羽毛的小球从而被命名为“伯明顿”,至今仍成为羽毛球的英文名称。1992年的巴塞罗那奥运会上将羽毛球定为正式比赛项目。羽毛球运动在我国发展迅速,历次在国际重大比赛中取得好成绩。羽毛球也是最普及的深受群众喜爱的体育活动。

与羽毛有关的另一个运动项目是射箭。将毽铊改成尖锐的箭镞,插羽毛的鹅管加长成为箭杆,雕作成箭羽,毽子就转变成箭。从狩猎工具到重要的战争武器,弓箭的使用是人类发展史的重要事件,至今已有数万年历史了。射箭运动在我国尤其是少数民族运动会不可缺少的比赛项目。现代射箭运动也是奥林匹克的运动项目之一。

   毽子、羽毛球或箭都是利用羽毛对飞行起稳定作用。以羽毛球为例,羽毛球的质心 O 位于前方的橡皮头附近。羽毛球在空中飞行时,设 O 点的速度为 v,与速度方向相反的空气阻力合力 F 作用在圆锥形羽毛的后方位置。设空气阻力 F 的作用点 相对 O 点的距离为 l,当羽毛球的中心轴 相对沿飞行方向的 Z 轴偏转 θ 角时,阻力  对 点的力矩 Flsinθ 驱使羽毛球回复到原来位置(图2)。毽子和箭的稳定原理也完全相同,只是羽毛球和箭的飞行速度比毽子快得多。与毽子的软羽毛相比,羽毛球的硬羽毛能产生更强烈的空气动力效应。箭的加长的箭杆为空气动力提供更长的力臂使稳定作用更为有效。


羽毛球.jpg

2 羽毛球的受力图


上述利用空气动力的稳定作用也在现代战争中得到应用。所有不旋转弹丸,如迫击炮弹、火箭弹、空投炸弹等都带有尾翼。没有尾翼的弹丸在飞行时,接近圆柱形的弹体所受到空气动力的合力作用点位于弹体质心的前方。当弹体的轴线偏离轨道时,空气动力对弹体质心的力矩与偏离方向一致而起倾覆作用。尾翼的作用在于将空气动力的作用点移到弹体质心的后方,使倾覆力矩转变为恢复力矩,起了与羽毛球相同的稳定作用。

属于双子叶植物的槭树科(Aceraceae)俗称枫树。许多种枫树的种子包含在外形带有翅翼的翅果内(图3)。翅翼的作用不仅能借用风力将翅果散播到各处,而且在翅果下落时能使包含种子的一端先着地,有利于生根发芽。它的稳定飞行原理和上述毽子或羽毛球完全相同。由此可见,这种稳定方法在自然界里早已成为一种生存方式了。


种子.jpg

枫树的翅果


                   (原文载于《力学与实践》,200830(3)106-107)






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