体育运动中摩擦力学表现——评《摩擦学原理》

正伴随社会与经济的发展,健康理念不断深入人心,人们越来越重视体育运动,普通民众与专业人士都认为体育运动已成为他们日常生活中重要的运动形式。在体育运动中,人们逐渐意识到许多体育运动具有丰富的物理学原理。现代体育的基本理论指出,对体育当中的运动力学进行分析是加深对运动技术的认识的重要途径。     

漫话踢毽子、羽毛球和射箭

叙述我国的踢毽子体育游戏与羽毛球运动和射箭运动的关系. 分析利用羽毛对飞行起稳定作 用的力学原理,并说明科学技术和自然界中存在的类似现象.     

??????????????????

围绕力学与奥林匹克体育运动这一主题,通过若干实例,简要介绍力学与奥林匹克 运动体育的渊源、贡献和当前发展趋势,使读者对力学与奥林匹克运动体育的关系有 一个概貌性的认识,从而为进一步深入探索有关专题提供基本的思路.     

??????????????о????

运动生物力学是应用力学概念、原理与方法对人体运动规律进行研究的科学. 运动生 物力学的发展对人们深刻理解人体运动规律,提高竞技体育的运动成绩,预防运动损伤,设 计合理有效的康复手段等都具有积极的促进作用. 本文简要介绍了运动生物力学的历史和研 究现状,结合研究实例介绍了运动生物力学在我国的应用,以及运动生物力学的发展趋势.     

流体力学在体育运动中的某些应用

随着近代科学技术的发展出现了许多边缘性学科。体育科学和流体力学的结合也是这股洪流中的产物,它不仅对体育运动的发展有促进作用,而且也给流体力学增添了新的内容。 我们知道体育科学是一门涉及众多学科的综合性很强的科学。运动项目多种多样,成绩的优劣,比赛的胜负,情况相当复杂,其影响因素是多方面的,但总有一些带共同性的、基础性的问题,譬如运动生物力学、运动心理学等,流体力学也是其中的一个。可以说凡和流体介质(如水和空 ...     

运动生物力学发展现状及挑战

狭义的运动生物力学特指人体运动中的生物力学,主要解决竞技体育领域中如何提高运动成绩和减少运动损伤的问题.随着相关学科的融合和发展,当前运动生物力学的研究已扩展到与人类运动相关的生物学、医学、力学等学科领域.近年来,智能测试、大数据分析、人工智能等技术快速发展,对运动生物力学实验、仿真方法产生了重要的影响,在不断拓展和深化着该学科的研究内容和方向的同时,也对运动生物力学发展提出了新的挑战.本文综述了近年来运动生物力学领域的研究现状,并指出了相关研究方向的关键问题及发展趋势:在理论建模和模拟仿真计算方面,肌肉本构理论及肌肉力计算准确性是重点和难点;实验测试的新技术在竞技体育运动项目中的应用研究中扮演重要角色,其中基于深度学习的人体关键点检测算法在解决竞技体育的非接触测量方面有突破性进展;对于骨、韧带、软骨、肌肉等组织的宏观损伤机制认识不断清晰,但对于其早期损伤预测以及跨尺度损伤发生机制的研究仍有待深入;智能可穿戴装备、人工智能等新技术开始应用于运动生物力学研究及实践,成为目前运动生物力学领域最具活力的研究方向之一.本文的综述表明当前运动生物力学研究越来越向智能化、个体化、定量化发展,并正在...     

运动生物力学的力学模型问题

运动生物力学是研究与人体运动有关的力学问题。其中将人体抽象成多刚体系统研究其整体动力学规律的部分可以看作是在经典刚体动力学基础上发展起来的一般力学分支。这门学科最早可追溯到1894年对自由下落猫转体运动的研究。近年来为了适应体育科学、宇航技术以及仿生技术的要求而有了很大的进展。本文综述按经典力学观点建立人体力学模型的若干问题。     

第1届世界生物力学大会预告

<正> 会议由国际指导委员会组织,东道主是美国生物力学全国委员会。内容涉及生物力学的所有方面,包括实验,临床,体育医学和理论等,学科领域有:心血管力学;肌肉骨骼力学;矫形学;细胞的性质与能动性;运动力学;创伤研究;血液流变学;应力与生长的相互作用;牙科力学;步态分析;组织工程;微循环;软组织流变学;肌肉力学;分子力学。      

合理运用物理知识,提高体育运动认知——评《体育运动中的物理学》

正《体育运动中的物理学》是科学普及出版社出版的体育物理学教育普及类用书,该书详细介绍了常见运动中的所涵盖的物理学现象和内在物理学关系原理,可以作为当代体育运动教学中物理学关系理论的指导用书.作者在书中的开头以发问的形式,从日常体育运动中常见的多个体育运动现象入手,深入浅出地阐述了物理学对于体育运动训练研究的意义,体现了该书作者求真务实的著书态度.而在该书的正文部分,作者将多种物理学基本原理,如摩擦力学、离心现象、动量定理、伯努利方程、能量转换和力的相互作用等关系概念与对应的体育项     

卷首语

举世瞩目的2008北京奥林匹克运动会就要开幕了,在中华民族期盼了百年的振奋人心的时刻,在我国力学工作者的大力支持下,《力学与实践》隆重推出了奥运专刊。 奥林匹克运动追求"更高、更快、更强"的宗旨,也是人类对力学认识不断深入和实践的过程。牛顿曾经说过"自然的一切现象,完全可以根据力学的原理用相似的推理一一演示出来。"力学作为人类认识自然界外力作用规律的智慧结晶,与奥林匹克运动有着固有的密不可分的关系。我们将通过介绍力学在奥林匹克体育运动中的应用,一方面让读者从力学的角度更加了解奥林匹克运动的奥秘和魅力,为2008北京奥运会加油,另一方面也借助奥运的广泛号召力传播力学的科普知识,让"科技奥运"理念更加深入人心。 本期奥运专刊将从力学的角度向读者展示和回答与奥林匹克运动会有关的以下问题： 奥林匹亚的火炬能够狂风吹不熄,暴雨浇不灭,高山缺氧无损其亮度,其内部结构与燃烧系统蕴含哪些力学奥秘？ 独特结构的鸟巢--国家体育场、晶莹剔透的水立方--国家游泳中心、富于动感的中国折扇--国家体育馆……。你知道这些复杂结构的奥林匹克场馆的内部应力是怎样分析计算的？它们的强度、刚度和稳定性又如何得到保证？ 用力学概念、原理与方法对人体运动规律进行研究的学科--运动生物力学。你知道这门科学的历史、现状、发展前景以及对保护运动员、提高运动成绩所产生的神奇的作用吗？ 在运动装备和器械方面,挑战流体最低阻力极限的"鲨鱼皮"泳装、由力学性能优化带来的标枪结构演变、从木质、竹制杆到金属杆再到当代最先进的复合材料跳高撑杆……运动器械革命性的改进带来运动成绩革命性的突破,带来竞技体育激烈性与观赏性的大幅度提高。奥运盛会不仅是身体素质、运动技巧与能力的竞技舞台,更是国家科技与经济等整体实力比拼的宏大"战场"。 在观赏运动项目时,我们常常惊叹,足球运动员为什么能踢出"香蕉球"绕过人墙？跳水运动员为什么能在空中不受外力时改变自身转轴？排球下落轨迹为什么会飘忽不定？粗糙的高尔夫球为什么比光滑的飞得更远？ 我们还将展示中国功夫、踢毽子、竹蜻蜓、回旋镖、抖空竹等这些具有中国特色的运动项目的力学奥妙,揭示数千年东方古代灿烂文明和现代高科技融合的神奇和魅力。 在同一个世界,同一个梦想的召唤下,2008北京奥林匹克运动会来了,让我们和全世界的朋友们一起迎接这一伟大的时刻,共享这一历史盛会的快乐。     

卷首语

举世瞩目的2008北京奥林匹克运动会就要开幕了，在中华民族期盼了百年的振奋人心的时刻，在我国力学工作者的大力支持下，《力学与实践》隆重推出了奥运专刊。 奥林匹克运动追求"更高、更快、更强"的宗旨，也是人类对力学认识不断深入和实践的过程。牛顿曾经说过"自然的一切现象，完全可以根据力学的原理用相似的推理一一演示出来。"力学作为人类认识自然界外力作用规律的智慧结晶，与奥林匹克运动有着固有的密不可分的关系。我们将通过介绍力学在奥林匹克体育运动中的应用，一方面让读者从力学的角度更加了解奥林匹克运动的奥秘和魅力，为2008北京奥运会加油，另一方面也借助奥运的广泛号召力传播力学的科普知识，让"科技奥运"理念更加深入人心。 本期奥运专刊将从力学的角度向读者展示和回答与奥林匹克运动会有关的以下问题： 奥林匹亚的火炬能够狂风吹不熄，暴雨浇不灭，高山缺氧无损其亮度，其内部结构与燃烧系统蕴含哪些力学奥秘？ 独特结构的鸟巢--国家体育场、晶莹剔透的水立方--国家游泳中心、富于动感的中国折扇--国家体育馆……。你知道这些复杂结构的奥林匹克场馆的内部应力是怎样分析计算的？它们的强度、刚度和稳定性又如何得到保证？ 用力学概念、原理与方法对人体运动规律进行研究的学科--运动生物力学。你知道这门科学的历史、现状、发展前景以及对保护运动员、提高运动成绩所产生的神奇的作用吗？ 在运动装备和器械方面，挑战流体最低阻力极限的"鲨鱼皮"泳装、由力学性能优化带来的标枪结构演变、从木质、竹制杆到金属杆再到当代最先进的复合材料跳高撑杆……运动器械革命性的改进带来运动成绩革命性的突破，带来竞技体育激烈性与观赏性的大幅度提高。奥运盛会不仅是身体素质、运动技巧与能力的竞技舞台，更是国家科技与经济等整体实力比拼的宏大"战场"。 在观赏运动项目时，我们常常惊叹，足球运动员为什么能踢出"香蕉球"绕过人墙？跳水运动员为什么能在空中不受外力时改变自身转轴？排球下落轨迹为什么会飘忽不定？粗糙的高尔夫球为什么比光滑的飞得更远？ 我们还将展示中国功夫、踢毽子、竹蜻蜓、回旋镖、抖空竹等这些具有中国特色的运动项目的力学奥妙，揭示数千年东方古代灿烂文明和现代高科技融合的神奇和魅力。 在同一个世界，同一个梦想的召唤下，2008北京奥林匹克运动会来了，让我们和全世界的朋友们一起迎接这一伟大的时刻，共享这一历史盛会的快乐。     

MULTIPLE TIME SCALES OF AEOLIAN AND FLUVIAL PROCESSES AND DEPTH-AVERAGED INTEGRAL MODELLING

针对风沙与水沙动力学研究的共性,提出风沙与水沙运动统一深度积分模式;在此基础上,将水沙运动过程多重时间尺度理论扩展至风沙运动,比较研究风沙与水沙运动向平衡状态调整的时间尺度特征. 数值算例与风洞实验结果对比表明,积分平均模型能够基本准确地捕捉风沙运动的输沙率变化等基本特征;风沙与水沙运动的积分时间尺度比较分析表明,风沙运动与水沙运动类似,推移质运动能够很快地调整到平衡状态,而悬移质运动调整到平衡状态则需要相对较长的过程,在湍流悬移质实验和数值模拟研究中应考虑恢复平衡过程的影响.     

内行看门道——————《奥运中的科技之光》评介

奥运百年梦圆,举国一片欢腾. 媒体热闹非凡,书市空前活跃. 且看屏幕、书店,奥运题材、 体育题材的,比比皆是,层出不穷. 虽说鱼龙混杂,但也涌现出一批经得起时间考验的上乘 之作,笔者手头的《奥运中的科技之光》$^{[1]}$就是一本值得推荐的好书. 作为中国力学学会``大众力学丛书'最先问世的一本(该丛书第一辑有5本),一上市,就受 到了读者的热烈欢迎. 根据``中国图书出版网(www.bnpcn.com)'2008年7月16日的报道, 在北京图书大厦(2008.7.7$\sim$7.13)销售排行榜中,高等教育出版社(蓝色畅想)的《奥运 中的科技之光》在科普类图书中名列第二. 不久前,我们的力学科普代表团出访宝岛台湾, 以大众力学丛书先出的三本书$^{[1\sim 3]}$馈赠给那里的力学同行,他们爱不释手,争相阅读,最后作为奖品,发给两岸中学生力 学竞赛的优胜者,《奥运中的科技之光》在彼岸也广受欢迎. 人们会问：为什么此书能在书海 中脱颖而出？是什么吸引了读者有点苛刻的眼光？这里给大家细说端详. 《奥运中的科技之光》脱胎于电视节目``科技与奥运'的解说词,这档节目由中央电视台、 交通银行和武汉电视台联合摄制,此书收录的35篇作品由电视片的文字稿改写而成. 作者赵 致真先生曾任武汉电视台台长,是一位资深的科教影视编辑、知名的科普作家. 一年前他受 命担任节目主编之后,夙兴夜寐,奋战二百天,``几乎天天`三更暂眠,五更复起',先后披 览了几百册中文和英文原版书籍,下载了海量的中外网页,`恶补'了一把体育运动 知识$\cdots\cdots2008-8-72008-08-08http://lxsj.cstam.org.cn/CN/10.6052/1000-0879-2008-393http://lxsj.cstam.org.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=137837奥运;科技;评介;题材;体育/qk/93530X/200804/27976463.html''(见作者的后记$^{[1]}$). 正因为有这样严谨、勤奋的精 神,使他充分掌握了相关资料, 并殚精竭虑地加以提炼、剪裁,写成了一篇篇有力度的佳作. 俗话说,``外行看热闹,内行看门道'. 就体育竞技而言,这里说的``内行'有两种. 一种 是体育竞技实践及其技巧的内行,如教练员和运动员,也包括一些资深体育``粉丝',他们 对一些体育项目的规律、技巧和要领了如指掌,或能运用自如,或能击节欣赏;另一种是体 育科技的内行,如体育教授和经过``修炼'的体育科普作者,他们对体育项目的内在机理乃 至体育设施的性能特点深有体会,因此,更能心领神会地把握体育竞技,欣赏它们的内在美. 本文所说的内行指的是后一种,此书作者是这一意义下的内行. 要掌握体育竞技的内在机理,需要掌握广博的知识,包括力学、物理学、机械工程学、人体 解剖生理学、运动心理学等等,其中最重要的是力学. 正如武际可教授所说：``竞技体育运 动的目标是更快、更高、更强,其中绝大部分都和力学有关,所以本书的主题大致上可以说 是体育竞技与力学学科的关系. '$^{[4]}$. 读完了此书,读者会感受到力学的确无处不在. 此书涉及体育科技的各个方面,大体说来,可分为两大类. 一类是运动技巧的力学原理,包 括各类技巧的人体运动及其与运动客体的相互作用、运动客体的运行轨迹及其内在规律,例 如,撑竿跳高握杆点的运行轨迹、各种跳高姿势的重心运移及其优劣分析、田径运动员的重 心运动规律、投掷物(标枪、铁饼、铅球、链球等)的飞行力学、大小球(如足球、排球、 乒乓球、网球等)飞行中的马格努斯效应产生的轨迹(香蕉球、飘球、弧圈求等)、游泳赛跑 时所受流体阻力分析、赛艇帆船前行中的伯努利原理、跳水和体操动作中转动惯量控制、滑 冰滑雪的力学机理等等;另一类则涉及运动器械和设施的力学和物理原理分析,例如,测时 测距测速仪表的改进和原理、现代跑道的复合材料力学设计、球拍球鞋球衣泳装设计的力学 原理、球场跑道的力学设计、防护用具的力学机理等等. 总而言之,本书全方位地勾画了与 体育竞技有关的科学原理,真正做到了周光召院士的题词中所说的:``通过科学欣 赏体育,通过体育理解科学'. 此书付梓之前,笔者曾有幸通读过全稿. 听说此书作者毕业于中文系,因此,更以审慎的眼 光关注书稿中涉及的科学内容,特别是有关的力学叙述. 令人拍案惊奇的是,从这一角度看 来,全书几乎无懈可击. 可见作者的科学底子不薄,也可见他长期从事科普工作的功力. 全 书构思缜密,叙述生动,文笔简练,行文流畅,读来引人入胜. 综上所述,本书是一本不可多得的力学科普著作,无论哪一行读者,都会开卷有益. 让我们 在享用奥运``盛宴'的同时,也来享用一下这份``配餐'吧！而且,如果你愿意,还可以一 直享用下去.     

同向回转双机驱动振动系统的频率俘获

提出了改进小参数平均法,将两个转子的同步问题转化为相位差及平均转速扰动参量微分方程的零解存在与稳定性问题,得出了同步实现与稳定性条件,提出了频率俘获力矩的概念,解释了两个转子自同步的奇特现象.自同步产生于系统的运动选择动力学特征,即两偏心转子激励起机体的圆运动和绕质心的摆动运动,圆运动对频率俘获力矩贡献驱动相位差向π趋近,实现摆动运动;摆动运动对频率俘获力矩贡献驱动相位差向O趋近,实现圆运动.频率俘获力矩与两电动机的输出力矩之差的比值称为同步指数,实现同步条件为同步指数的绝对值大于1.当同步指数绝对值远大于1,摆动运动占优势时,系统实现圆运动;而圆运动占优势时,实现摆动运动.     

运动板干扰长杆体分析模型

通过对长杆体与运动板相互作用物理过程分析,在长杆体与半无限靶板高速碰撞的理论模型基础上,建立了长杆与运动板作用直径损失模型,并应用杆体直径损失量来定量地描述运动薄板干扰过程,初步得到了实验和数值模拟结果验证,为研究长杆弹与运动靶板相互作用提供理论基础.     

??????????????????????????????

介绍了运动机器人针对动态变化环境的运动控制与决策(如运动障碍物规避,运动 目标跟踪等)问题. 分别从速度空间控制决策的角度分析阐述了运动 决策的基本方法,以及各自的特点. 提出了关于随机运动障碍物与目标的避障问题以及解 决思路,从而建立起基于概率分析的全局优化的速度避障决策方案. 通过仿真试验说明了方 法的有效性,并与传统非概率分析的实时局部决策的方法进了比较与评价.     

运动学中点的合成运动分析方法

本文就运动学中点的合成运动分析方法进行了梳理与研讨。采用广义坐标方法推导了动参考系作一般运动下点的速度与加速度合成公式,并与教材中的表达式进行了对比。此外还采用本文提出的基于牵连点运动的分析方法,对点的合成运动进行了详细的研究,并重点讨论了两种分析方法的特点与应用。     

人体肌骨的多柔体系统动力学研究进展

人体肌肉骨骼系统简称肌骨系统, 包括骨骼、骨骼肌与关节连接, 其力学模型是典型的多柔体系统. 从多体动力学角度研究肌骨系统, 主要关注其在运动过程中的肌肉内力、关节力矩及产生的动力学影响, 属于动力学与生物力学的交叉融合. 肌骨系统的多体动力学模型已被广泛地应用于临床医学、竞技体育、军事训练、人机工程等诸多领域, 其仿真结果可为提高人体运动能力、降低关节载荷与能耗、避免运动损伤、加快康复进程等提供重要计算参考数据. 与此同时, 上述研究亦对肌骨动力学研究提出了许多新挑战. 本文综述了人体肌骨多柔体系统动力学相关研究进展, 包括骨骼肌功能解剖与生物力学建模、神经与肌肉控制理论、肌骨系统动力学问题与求解方法, 以及近年来肌骨多体动力学在步态分析、飞行员抗荷动作、口颌手术规划等领域的典型应用. 与工程领域的机械多体系统相比, 人体肌骨多体系统具有肌肉内力主动性与肌肉控制冗余性两大特征. 现有骨骼肌模型难以同时考虑肌肉的解剖结构、三维几何与肌力产生的生物化学机制. 已有大多数肌骨模型采用静态优化假设消除肌肉冗余性, 忽略了肌肉与肌腱内力平衡及兴奋收缩耦联机制. 此外, 目前仍缺乏实现肌骨模型个性化的无创在体测试手段. 未来, 人体肌骨多体动力学研究将会向更精确、智能、个性化的方向发展, 成为动力学与生物力学交叉的热点研究领域.      

往复泵自动球阀的精确运动微分方程及其数值解

综合考虑了液体可压缩性与泵阀运动的魏氏效应对液缸内液体连续流条件的影响,并考虑泵阀运动的动力特性,建立了描述往复泵自动球阀运动规律的精确运动微分方程,它是关于液缸内液体压力、泵阀升程与泵阀运动速度的一阶常微分方程组,在泵阀的整个运动周期内都不存在奇点．本文应用数值积分方法求解了该微分方程组．     

空泡在非均匀流场中的运动特性

1.运动方程的建立 空泡在非均匀流场中的运动特点是空泡与液体间有相对运动,从而它不再保持球形.本文统一把空泡对液体的相对位移、空泡变形作为广义坐标向量,利用Lagrange方程建立空泡的运动方程. 取固定坐标系x_1 o_1 y_1,随液体运动的坐标系xoy,x轴与流动方向重合;rcθ为确定泡壁运动的球座标系.设在任意时刻t,空泡对称轴与x轴成a角,与c点运动方向一致,c为泡壁与对称轴所夹线段的中点.将极角θ(0≤θ≤π)分成m等分,对应于θ_i=