在平动中是用速度评定物体运动的快慢,在转动中是用转速、角速度和线速度评定物体运动的快慢。
ω=θ/t
角速度的单位是弧度/秒。在体育运动中,经常用角速度来评定物体转动的快慢。例如。在排球扣球时,用角速度来评定上臂挥臂的快慢。
V=Rω
当角速度一定时,线速度V与半径R成正比,即离开转轴越远的点,它的线速度越大;而当半径R一定时,线速度V就与角速度ω成正比。
如果从整体考察转动物体的快慢,则用角速度或转速;如果要考察转动物体上某一点的快慢情况,则用线速度。
转动物体的惯性,叫转动惯性。例如飞转的马达,电源切断后不会马上停止;旋转的铁饼飞行时比较稳定;自行车不动时要倒,骑动后不会倒。这些都是转动惯性的表现。在平动中,反映惯性的物理量是质量;在转动中反映转动惯性的物理量叫转动惯量,用符号J来表示转动惯量。
物体转动惯量由三个因素决定:1.物体的全部质量,即物体越重,转动惯量越大。例如,为了使机器转得平稳,一般要加一个飞轮,飞轮比较笨重,一些冲床的飞轮更是巨大,因为要利用它的转动惯量来产生很大的压力冲制各种零件;2.物体全部质量的分布情况,质量越是集中在转动轴,转动惯量越小,质量越是分布在四周,转动惯量越大。直体后空翻比团身后空翻难做,因为前者身体伸直,转动惯量大,后者团身,转动惯量小;3.转轴的位置,转轴在物体的一端,转动惯量大,单杠大回环时的转轴在单杠,远离身体中心,转动惯量大,而做单杠腹回环时的转轴靠近身体中心,转动惯量小,所以前者难做,后者易做。
所谓转动惯量大,是指物体较难转动,转动起来后又较难停止。
物体受到力矩的作用,就要发生角速度的变化。描述角速度变化的物理量叫角加速度,用β来表示。
β=(ωt-ω0)/t
转动定律
物体转动的角加速度β跟力矩M成正比,跟物体的转动惯量J成反比。公式如下:
M=Jβ
转动定律是用来判断转动效果的定律,是一条重要的定律,要体育运动的转动动作中很重要。
用同一个力矩作用在转动惯量不等的物体上,则转动惯量小,物体的角加速度大。例如,用同样的力矩做大回环和腹回环时,由于大回环的人体转动惯量大,腹回环的人体转动惯量小,因此,大回环的角加速度小,而腹回环的角加速度大。如果用不同的力矩作用在转动惯量相等的物体上,则力矩大,产生的角加速度也大,力矩小,产生的角加速度也小。例如,要使乒乓球猛烈旋转,在削球时就要发出较大的力矩。
做直腿或屈腿摆动时,如果它们的角加速度相差不大,则直腿摆动时,由于腿的转动惯量大,要求有较大的肌力矩;屈腿摆动时,需要的肌力矩也小。四肢各环节绕关节横轴做屈伸动作时的转动惯量,要比绕纵轴做旋内旋外动作时大得多。因此,做屈伸动作时要有较大的肌力。人体各环节上的屈肌和伸肌力量所以比旋前肌和旋后肌强大,就是这个道理。
若在运动中无法增大力矩,则在动作中尽量减少阻力矩。例如,做单杠翻身上动作时,身体重心要贴近单杠,这样容易上成支撑;反之,身体重心远离单杠,则阻力矩增大,有时完不成动作。
补充知识:运动的分类
体育动作除了少数是静止平衡动作外,大部分是运动动作。这些运动动作的形式多种多样,组成了几十个大的竞赛项目,但若从力学上分析,只能分成两大类,即转动和平动。
转动——物体绕着一个运动中心或一个固定点(轴)做旋转运动,叫转动。物体做转动时,其内部各点都绕同一个运动中心做圆周运动或转过一段弧线。转动又叫角运动。
平动——物体从一个地方移动到另一个地方的运动,叫平动。物体做平动时,其内部所引的任何一条直线总是跟原来的方向平行。
纯粹的转动或平动很少,大部分运动都是平动和转动的复合动作。例如跑步,对整个人体来说,从起点移动到终点是平动,但是每一步的下肢动作都是髌关节、膝关节和足关节的转动。
转动和圆周运动的区别——凡把一个物体看作是有一定大小和一定形状的刚体,并研究这个物体内部某些部分或点的运动情况,则作为转动来考虑。凡不考虑一个物体的大小和形状,而把它当作一个质点,从整体去考察它的运动规律,则作为曲线运动或圆周运动对待。