斜坡跑的生物力学

用生物力学方法选择提高运动员速度的斜坡跑超速训练的合适跑道闫松华1，金季春21.首都医科大学，北京（100069）2.北京体育大学，北京（100084）摘要：斜坡跑超速训练的目的是通过让运动员完成超出本人当前最大速度水平的练习，来增加步长和步频。

本文主要研究斜坡跑这种超速训练方法对提高运动员短跑成绩的意义，用生物力学方法确定指标来说明哪个坡度对运动员训练效果会更好，即：既能增大运动员的跑速，又使动作技术结构不变形。

关键词：斜坡跑；超速训练；生物力学方法；步长；步频；速度斜坡跑超速训练的目的是通过让运动员完成超出本人当前最大速度水平的练习，来增加步长和步频。

这会对神经系统产生影响，通过进行这种超速训练，使运动员的神经和肌肉系统适应较高的收缩频率。

当然超速是有限度的，超过一定速度，运动员出于自我保护意识，就会改变动作技术结构，影响未来在正常跑道上的技术动作，甚至造成膝关节损伤等伤害事故，训练就会走向反面，[1]因此，选择恰当坡度的斜坡跑道是十分重要的。

本文主要研究斜坡跑这种超速训练方法对提高运动员短跑成绩的意义，用生物力学方法确定指标来说明哪个坡度对运动员训练效果会更好，即：既能增大运动员的跑速，又使动作技术结构不变形。

1.研究对象与研究方法1.1研究对象受试者是7名短跑运动员，基本情况见表1：表1运动员基本情况编号性别年龄运动年龄身高(m) 体重(kg) 最好成绩 (s)1 男152 1.74 62 112 男14 1 1.75 55 56(400m)3 男16 6-7 1.77 62.5 114 男16 2.5 1.69 65 10``865 女15 2 1.72 56 11``96 女14 0.5 1.68 53.5 10``787 男16 2 1.75 63 10``651.2 研究方法我们将测试超速训练跑道上运动员的速度等运动学参数。

北京体育大学专门为本研究所建的斜坡跑道的示意图如图1所示：四条跑道的平地部分都为20米，斜坡的坡度分别是1°、2°、3°、4°，斜坡的长度为15米，后面的平地部分与400米田径跑道相连。

初中物理斜坡相关知识点一、斜坡上的力与运动。

1. 重力沿斜坡的分力。

- 物体放在斜坡上，受到重力G = mg（其中m为物体质量，g =9.8N/kg）。

重力可分解为沿斜坡向下的分力F_1和垂直于斜坡的分力F_2。

- 根据三角函数关系，若斜坡的倾角为θ，则F_1 = Gsinθ=mgsinθ，这个分力会使物体有沿斜坡下滑的趋势；F_2 = Gcosθ = mgcosθ。

2. 摩擦力。

- 当物体在斜坡上静止或滑动时，会受到摩擦力的作用。

- 静摩擦力：当物体静止在斜坡上时，静摩擦力f与重力沿斜坡向下的分力F_1平衡，即f = F_1=mgsinθ（f≤slant f_max，f_max=μ N，这里是静摩擦系数μ和正压力N = mgcosθ）。

- 滑动摩擦力：当物体在斜坡上滑动时，滑动摩擦力f=μ N=μ mgcosθ（μ为动摩擦系数），方向与物体相对运动方向相反，沿斜坡向上。

3. 牛顿第二定律在斜坡上的应用。

- 根据牛顿第二定律 F = ma。

例如，当物体沿斜坡下滑时，沿斜坡方向的合力 F = mgsinθ - f（如果有摩擦力），则物体下滑的加速度a=(mgsinθ - f)/(m)。

如果没有摩擦力，a = gsinθ。

- 当物体沿斜坡向上运动时，若施加一个沿斜坡向上的拉力F，则沿斜坡方向的合力F - mgsinθ - f=ma（f为滑动摩擦力）。

4. 功和能在斜坡上的体现。

- 重力势能：物体在斜坡上相对某一参考平面具有重力势能E_p = mgh（h为物体相对参考平面的高度）。

当物体沿斜坡下滑高度降低时，重力势能减小，转化为其他形式的能。

- 动能：根据动能定理W = Δ E_k。

例如，物体从斜坡顶端无初速度下滑到底端，重力做正功W_G = mgh（h为斜坡高度差），如果有摩擦力做负功W_f=-fs（s为斜坡长度），则动能的增加量Δ E_k = mgh - fs。

- 机械效率：如果用一个拉力F沿斜坡向上拉物体，有用功W_有用=Gh（G 为物体重力，h为物体上升的高度），总功W_总=Fs（s为拉力作用的距离，即斜坡长度），机械效率eta=frac{W_有用}{W_总}=(Gh)/(Fs)。

牛顿第二定律在斜面运动中的应用牛顿第二定律是力学中的一条基本定律，它描述了物体在受力作用下的运动规律。

在斜面运动中，牛顿第二定律同样适用，并可以帮助我们理解和解释物体在斜面上的运动。

首先，我们来回顾一下牛顿第二定律的表达式：力等于质量乘以加速度，即F = m*a。

在斜面运动中，物体所受的合力可以分解为两个分力，一个是垂直于斜面的重力分力mg*sinθ，另一个是沿斜面方向的摩擦力f。

根据牛顿第二定律，物体在斜面上的运动可以用以下方程描述：mg*sinθ - f = m*a。

在这个方程中，mg*sinθ表示物体在斜面上受到的垂直分力，它与物体的质量m以及斜面的倾角θ有关。

摩擦力f则取决于物体和斜面之间的摩擦系数以及物体所受的垂直分力。

a表示物体在斜面上的加速度。

根据这个方程，我们可以看出物体在斜面上的加速度与斜面的倾角有关。

当斜面的倾角增大时，物体受到的垂直分力增大，摩擦力也会相应增大，从而减小物体在斜面上的加速度。

相反，当斜面的倾角减小时，物体受到的垂直分力减小，摩擦力也会减小，从而增大物体在斜面上的加速度。

除了倾角，摩擦系数也会对物体在斜面上的运动产生影响。

摩擦系数越大，摩擦力也会越大，从而减小物体在斜面上的加速度。

反之，如果摩擦系数较小，摩擦力也会较小，物体在斜面上的加速度则会较大。

牛顿第二定律在斜面运动中的应用不仅可以帮助我们理解物体在斜面上的运动规律，还可以用来解决一些实际问题。

例如，我们可以利用牛顿第二定律计算物体在斜面上的加速度，从而进一步求解物体在斜面上的位移、速度等运动参数。

此外，牛顿第二定律还可以帮助我们分析物体在斜面上的平衡条件。

当物体在斜面上达到平衡时，其受力平衡，即合力为零。

根据牛顿第二定律的方程，我们可以得到mg*sinθ = f，即物体所受的垂直分力等于摩擦力。

通过求解这个方程，我们可以计算出物体在斜面上达到平衡时的倾角。

总之，牛顿第二定律在斜面运动中的应用为我们理解和解释物体在斜面上的运动提供了有力的工具。

斜面原理在动物中的应用1. 引言斜面原理是物理学中一个重要的原理，也被广泛应用在机械工程中。

然而，在自然界中，我们也能观察到斜面原理在动物行为中的应用。

本文将介绍一些动物中利用斜面原理的应用案例。

2. 案例一：树獭的滑行树獭是一种生活在河流附近的动物，它们可以在树上建造巢穴。

当树獭从巢穴顶部想要下滑时，它们会选择一定倾斜角度的树干作为滑道。

树獭滑行时会利用斜面原理，通过调整身体的姿势来降低滑行时的摩擦力。

它们会紧贴树干，将身体往下方压，并利用自身体重加速下滑。

3. 案例二：山羊的攀爬山羊是一种擅长攀爬的动物，它们在陡峭的山岩上行走自如。

山羊攀爬时会选择斜坡或者悬崖壁作为攀爬的路径，这样可以减少身体受到的重力影响。

山羊利用斜面原理，通过调整身体重心的位置来保持平衡，使得它们能够在陡峭的斜坡上稳定地爬行。

4. 案例三：蜜蜂的蜂巢建造蜜蜂是勤劳的昆虫，它们会选择将蜂巢建造在斜面上。

蜜蜂在建造蜂巢时，会选择倾斜的斜面作为基础，这样可以让蜂巢更加稳固。

斜面原理让蜜蜂可以利用斜坡的倾斜角度来提高蜂巢的稳定性，防止蜂巢受到外力的影响而倒塌。

5. 案例四：蛇类的攀爬蛇类是灵活的爬行动物，它们可以在各种地形上爬行。

当蛇类面对树木、岩石等倾斜的表面时，它们会利用斜面原理来提高攀爬的效率。

蛇类可以将身体的一部分沿着斜坡滑行，然后用肌肉的力量抓住斜面上的小凸起来继续攀爬。

这种利用斜面原理的攀爬方法可以让蛇类更加轻松地攀爬各种斜坡。

6. 总结斜面原理在动物中的应用是生物界智慧的体现。

通过利用斜面原理，动物们可以更加高效地滑行、攀爬和建造。

观察和研究动物中斜面原理的应用，不仅可以深入了解动物的行为和生存策略，也可以为工程技术带来灵感和启示。

以上就是斜面原理在动物中的应用的一些案例。

希望通过这些案例的介绍，能够增加对斜面原理的理解，并发现更多有趣的动物中应用斜面原理的例子。

小球斜坡滚动的原理
小球在斜坡上滚动的原理可以由牛顿的第二定律来解释。

当小球在斜坡上滚动时，存在两个主要的力作用在小球上：
1. 重力：小球受到重力的作用，向下拉，其大小为m*g，其中m是小球的质量，g是重力加速度。

2. 斜坡对小球的支持力：斜坡对小球有一个力，垂直于斜坡的向上，阻止小球掉下去。

这个力的大小为N，可以分解为两个分量：垂直于斜坡的分量N⊥，和平行于斜坡的分量N∥。

根据牛顿第二定律，小球在斜坡上滚动的加速度可以由以下公式得到：
m*a = m*g*sinθ- μ*N⊥
其中，a是小球在斜坡上的加速度，θ是斜坡的倾角，μ是小球和斜坡之间的滚动摩擦系数。

根据公式可以看出，小球在斜坡上滚动的加速度受到重力和摩擦力的共同作用。

如果斜坡足够陡，小球将加速下滑；如果摩擦力足够大，小球将受到阻力，并减缓或停止滚动。

滚动的过程中，斜坡对小球的支持力会提供一个垂直于斜坡的分量N⊥，使得小球保持在斜坡上。

而平行于斜坡的分量N∥将提供小球滚动的推动力，使小球沿着斜坡向下滚动。

总结起来，小球在斜坡上滚动的原理可以归结为重力和摩擦力的共同作用，重力使小球加速下滑，而摩擦力提供一个与斜坡平行的推动力，使小球沿着斜坡滚动。

伽利略斜坡实验报告
《伽利略斜坡实验报告》
伽利略斜坡实验是伽利略在16世纪提出的一项重要实验，通过这个实验，他证明了物体的运动与质量无关，揭示了物体在重力作用下的运动规律。

这个实验
对于后来的物理学发展产生了深远的影响，成为了现代物理学的基石之一。

在这个实验中，伽利略使用了一个倾斜的斜坡和一些小球，通过观察小球在斜
坡上的滚动情况，他得出了一些重要的结论。

首先，他发现不同重量的小球在
斜坡上滚动的速度是相同的，这表明物体的质量对于其运动速度没有影响。

其次，他还得出了物体在重力作用下做匀变速直线运动的规律，即物体在重力的
作用下，其加速度是恒定的。

伽利略斜坡实验的成果为后来的牛顿力学奠定了基础，揭示了物体在重力作用
下的运动规律，成为了物理学史上的一个重要里程碑。

这个实验也启发了许多
科学家对于物理学规律的探索，对于现代物理学的发展产生了深远的影响。

总之，伽利略斜坡实验是一个具有重要意义的实验，它为我们揭示了物体在重
力作用下的运动规律，对于后来的物理学发展产生了深远的影响。

这个实验的
成果也启发了无数科学家对于自然规律的探索，成为了现代物理学的基石之一。

基于生物力学原理对斜坡跑训练方法现有研究成果的探讨本文档格式为WORD,感谢你的阅读。

G804 文献标识：A 1009-9328（2014）08-000-02摘要斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被广泛运用到提高短跑成绩的训练中，本文基于生物力学原理对斜坡跑训练方法现有研究成果进行综述和探讨。

研究表明：影响速度的因素很多，就斜坡跑训练方法而言，对跑速产生影响的直接因素步长和步频这两个参数的变化上影响效果明显，科学合理的运用斜坡跑训练方法对提高短跑速度具有积极意义。

关键词斜坡跑训练方法步长步频一、前言斜坡跑是提高短跑速度的有效方法之一，被广泛运用到提高短跑成绩的训练中。

国内外对斜坡跑进行广泛的研究，有学者认为，斜坡跑对提高短跑速度有比较明显的作用；斜坡跑除了能提高速度耐力、力量和心肌功能外，还能让运动员体验超过自己速度能力的动作感受，改善运动员的加速疾跑能力，从而增大步幅和缩短支撑阶段时间，帮助运动员掌握加速跑的技术。

二、斜坡跑训练方法的运动生物力学原理斜坡跑包括上坡跑和下坡跑，上坡跑是一种抗阻力性速度力量练习，在阻力增加的情况下增加训练强度，获得无氧练习的效果，从而改善心血管的机能。

上坡跑加强了股四头肌、臀大肌等下肢肌群的力量，有利于提高步长。

下坡跑是一种神经系统适应性训练，下坡跑是人们有意识地利用自然的或人工的斜坡，根据势能与动能转换的原理进行训练，有利于提高步频。

影响步长的因素主要有：一是腿部的肌力，腿部的肌力越大，产生的后蹬反作用力相对越大，跑的步幅则越大；二是腿长和髋关节的灵活性与柔韧性，下肢越长、髋关节的灵活性与柔韧性越好，跑的步幅则越大；三是后瞪的角度与摆动腿摆动的方向，从理论上讲，摆动腿与后蹬腿的角度与方向直接影响步幅越大小。

对于跑的步频而言，其影响因素有两个：一是肌肉中快肌纤维百分比和肥大程度。

二是神经过程的灵活性，大脑皮层运动中枢兴奋与拟制的转换速度是影响位移速度的重要因素。

用生物力学方法选择提高运动员速度的斜坡跑超速训练的合适
跑道
闫松华;叶磊
【期刊名称】《天津体育学院学报》
【年(卷),期】2005(20)6
【摘要】为研究斜坡跑超速训练方法对提高运动员短跑成绩的意义,通过3台数码摄像机同步拍摄,应用视讯运动解析系统对图像进行解析,得到运动学参数,并对数据进行统计学处理,用生物力学方法确定指标来说明哪个坡度对运动员训练效果会更好,即既能增大运动员的跑速,又使动作技术结构不变形.结果表明:3°斜坡是7名受试者进行提高速度的斜坡跑超速训练所应选择的合适坡度.
【总页数】3页(P43-45)
【作者】闫松华;叶磊
【作者单位】首都医科大学,生物医学工程学院,北京,100054;北京市朝阳区周家井,公路一局科研所,北京,100024
【正文语种】中文
【中图分类】G804.6;G808
【相关文献】
1.超速训练法提高短跑运动员速度的实验研究 [J], 李俊源
2.斜坡跑训练方法对提高运动员绝对速度各参数积极意义的研究 [J], 霍舟
3.采用“意念训练”提高少年男子400米跑运动员速度分配能力初探 [J], 刘江南;
廖立新
4.100米、200米跑运动员体能训练要点及训练方法研究
——以速度素质训练为例 [J], 叶刚
5.对提高普通高校200m跑运动员速度耐力的训练浅析 [J], 何惠
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斜面运动物体在斜面上滑动的力学分析斜面运动是指一个物体在斜面上滑动的运动过程。

在斜面运动的力学分析中，我们可以考虑以下几个方面：斜面上的重力、斜面的倾角、物体的质量、摩擦力、加速度等。

首先，我们来考虑斜面上的重力作用。

重力是指物体受到地球的引力。

在斜面上，重力可以分解为垂直于斜面方向的分力（N）和平行于斜面方向的分力（Mg sinθ，其中M为物体的质量，g为重力加速度，θ为斜面的倾角）。

接下来，我们考虑斜面的摩擦力。

在斜面上，物体会受到摩擦力的作用，其方向与物体所受的平行分力相反，大小由摩擦系数（μ）和垂直分力（Mg cosθ）决定。

摩擦力可以分为静摩擦力与动摩擦力。

斜面上的动摩擦力可以通过下面的公式来计算：F_friction = μ * N然后，我们来考虑物体在斜面上的加速度。

根据牛顿第二定律，物体在斜面上的加速度可以通过下面的公式计算：a = (Mg sinθ - F_friction) / M当物体开始滑动时，静摩擦力的大小可以通过下面的公式计算：F_friction_m ax = μ_s * N其中，μ_s为静摩擦系数，N为垂直分力。

另外，斜面的倾角也会对物体的滑动速度产生影响。

我们可以通过下面的公式来计算物体的滑动速度：v = sqrt(2 * g * h)以上是对斜面运动物体力学分析的基本内容。

但是需要注意的是，上述分析是基于理想情况下的情形，并假设斜面是光滑的。

在实际情况中，还需要考虑其他因素的影响，如空气阻力、斜面的粗糙度等。

综上所述，斜面运动物体的力学分析包括斜面上的重力、斜面的倾角、物体的质量、摩擦力、加速度等要素。

通过运用牛顿力学定律，可以计算出物体在斜面上的加速度和滑动速度。

然而，在实际情况中，需考虑其他因素的影响，以获得更精确的结果。