Спортод физикийн хэрэглээний жишээнүүд
Спортыг ихэвчлэн булчингийн хүч чадал, тэсвэр тэвчээр, тоглоомын стратеги дээр тулгуурладаг үйл ажиллагаа гэж ойлгодог. Гэсэн хэдий ч хурдан гүйлтээс эхлээд муруй өшиглөлт, өндөр үсрэлт хүртэл тамирчны хөдөлгөөн бүрийн цаана физикийн хууль үйлчилдэг. Физик нь бөмбөг яагаад эргэлдэж, чиглэлээ өөрчилдөг, тамирчин хэрхэн илүү өндөр үсэрч чаддаг, эсвэл биеийн тодорхой байрлал яагаад сэлэлтийг хурдан болгодог болохыг тайлбарлахад тусалдаг. Спортын физикийн ойлголтыг ойлгох нь зөвхөн шинжлэх ухааны хувьд сонирхолтой төдийгүй гүйцэтгэлийг сайжруулах, гэмтлийн эрсдэлийг бууруулах, бэлтгэлийн техникийг оновчтой болгоход тустай.
1. Ньютоны хууль ба тамирчны хөдөлгөөн
Ньютоны хуулиуд нь спортын хөдөлгөөнийг ойлгоход чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Ньютоны нэгдүгээр хууль (инерц) нь хүч үйлчлэхгүй бол объект шулуун шугамаар тайван эсвэл тогтмол хөдөлгөөнтэй хэвээр байх болно гэж тайлбарладаг. Спортын нөхцөлд талбай дээр өнхөрч буй бөмбөг үрэлт болон агаарын эсэргүүцэл зогсох хүртэл хөдөлсөөр байх болно. Тамирчид хөдөлгөөн эхлүүлэх эсвэл зогсоох үед инерцийг мэдэрдэг; ийм учраас спринтчид тайван байдлыг эвдэж, гүйж эхлэхийн тулд хөлнөөсөө хүчтэй түлхэлт авах шаардлагатай болдог.
Ньютоны хоёрдугаар хууль (F = m·a) нь хурдатгал нь хүч болон массаас хамаарна гэж заасан байдаг. Жишээлбэл, хүндийг өргөлтөд тамирчин их хүч хэрэглэх тусам штанг дээшээ чиглэсэн хурдатгал их байдаг. Гэсэн хэдий ч штангны масс их байх тусам ижил хурдатгалыг бий болгоход шаардагдах хүч их байдаг. Регби эсвэл Америк хөлбөмбөг гэх мэт спортод тоглогчийн биеийн масс нь гүйлт эсвэл мөргөлдөөний үед хурдатгал болон түлхэлтэд нөлөөлдөг.
Ньютоны Гуравдугаар Хууль (үйлдэл-урвал) нь үсрэлтэд тодорхой илэрдэг. Тамирчин тодорхой хүчээр газарт түлхэхэд газар нь тэнцүү хэмжээтэй боловч эсрэг чиглэлд урвалын хүчийг үзүүлж, тамирчныг дээш түлхдэг. Хүч их байх тусам болон түлхэлтийн чиглэл илүү нарийвчлалтай байх тусам биеийг өргөх урвалын хүч их байдаг.
2. Мөргөлдөөн ба цохилтын импульс ба эрч хүч
Импульс нь масс ба хурдны үржвэр юм (p = m·v). Олон спортод импульс нь хөдөлгөөний үр дүнд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, бөмбөг шидэгч бөмбөг өндөр хурдтай, хангалттай масстай үед хүчтэй шидэлт хийдэг. Хөл бөмбөгт өшиглөж буй хөлийн импульс нь бөмбөг хэр хурдан хөдлөхийг тодорхойлдог.
Импульс нь импульсийн өөрчлөлттэй холбоотой (I = F Δt). Теннис эсвэл бадминтоны цохилтод цохиурын бөмбөг/бокстой харьцах хугацааг (секундын өчүүхэн хэсэг ч гэсэн) нэмэгдүүлэх нь импульсийг нэмэгдүүлж, бөмбөг/бокс илүү хурдан хөдлөхөд хүргэдэг. Энэ ойлголт нь боксын бээлий яагаад ашиглагддагийг тайлбарладаг: тэдгээр нь цохилтын харьцах хугацааг нэмэгдүүлж, оргил хүчийг бууруулж, гэмтлийг бууруулахад тусалдаг.
3. Гүйцэтгэл дэх энерги, ажил, хүч чадал
Физикийн хувьд хүч нь шилжилт үүсгэх үед ажил үүсдэг (W = F·s). Дугуй унахдаа тамирчин дугуйгаа урагшлуулахын тулд дөрөө гишгэх үед ажил гүйцэтгэдэг. Ашигласан энерги нь бие дэх химийн энергиэс үүсч болох бөгөөд энэ нь механик энерги болж хувирдаг.
Кинетик энерги (Ek = ½ m v²) нь хурд нэмэгдэхийн хэрээр огцом нэмэгддэг, учир нь энэ нь хурдны квадратаас хамаардаг. Тийм ч учраас гүйлтийн хурд бага зэрэг нэмэгдэх нь энергийн ихээхэн өсөлтөд хүргэдэг. Таталцлын потенциал энерги (Ep = m g h) нь өндөр үсрэлт болон хаданд авирахад илэрдэг бөгөөд тамирчид энергийг өндрөөр "хадгалдаг".
Чадал гэдэг нь ажил хийх хурд (P = W/t). 100 метрийн гүйлтийн тэмцээнд тамирчид богино хугацаанд их хэмжээний хурдатгал үүсгэхийн тулд өндөр чадал шаарддаг. Үүний зэрэгцээ, марафонд дундаж чадал бага байж болох ч маш удаан хугацаанд хадгалагдах ёстой. Чадлын шаардлагын энэхүү ялгаа нь гүйгч болон холын зайн гүйгчдийн биеийн хэлбэр болон бэлтгэлийн ялгааг тайлбарладаг.
4. Аэродинамик: Агаарын эсэргүүцэл ба биеийн байрлал
Агаарын эсэргүүцэл (чирэх хүч) нь дугуй унах, спринт хийх, цанаар гулгах эсвэл авто уралдаан зэрэг өндөр хурдны спортод чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Чирэхэд биеийн хэлбэр, хөндлөн огтлолын талбай, хурд нөлөөлдөг. Уралдааны дугуйчид ихэвчлэн бөгтийж, биеэ шахаж, хөндлөн огтлолын талбайг багасгаж, илүү жигд агаарын урсгалыг бий болгодог.
Спортын хувцас нь мөн аэродинамик байхаар бүтээгдсэн. Жишээлбэл, тэмцээний усанд сэлэлтийн тэмцээнд усны хувцас нь чирэлтийг бууруулж, хөдөлгөөний үр ашгийг нэмэгдүүлэх зорилгоор тусгайлан бүтээгдсэн байдаг. Үүнтэй адил зүйл нь эрчим хүчний алдагдлыг багасгах зорилгоор тусгайлан бүтээгдсэн дугуйн дуулга, гүйлтийн гуталд ч мөн адил хамаарна.
5. Магнусын нөлөө: Бөмбөг эргэлдэж, эргэлдэх
Та хөлбөмбөгийн муруй дээр чөлөөт цохилт огцом эргэхийг эсвэл теннисний бөмбөг топспинээр цохигдсоны дараа "унахыг" харж байсан уу? Энэ үзэгдлийг Магнусын эффектээр тайлбарладаг. Бөмбөг эргэлдэх үед бөмбөгний нэг талын агаарын урсгал нөгөөгөөсөө хурдан хөдөлж, даралтын зөрүү үүсгэдэг. Энэхүү даралтын зөрүү нь бөмбөгний траекторыг хазайлгах хүчийг үүсгэдэг.
Хөл бөмбөгт бөмбөгийг эргүүлэх нь хана дээгүүр муруйх боломжийг олгодог. Теннисний тоглоомд бөмбөгийг дээш эргүүлэх нь доошоо хүч өгч, бөмбөгийг илүү хурдан доошлуулж, дээш үсрэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь өрсөлдөгчид хүндрэл учруулдаг. Үүний эсрэгээр, арагшаа эргүүлэх нь бөмбөгийг илүү удаан нисгэж, доош үсрэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн зүсмэл цохилтод ажиглагддаг.
6. Шидэлтийн өнцөг ба параболик хөдөлгөөн
Олон спортод жад шидэх, бөмбөлөг шидэх, сагсан бөмбөг, хөл бөмбөг гэх мэт параболик (сум) хөдөлгөөн багтдаг. Хамгийн тохиромжтой нь агаарын эсэргүүцэлгүйгээр 45 градусын өнцөг нь өгөгдсөн анхны хурдны хамгийн их зайг хангадаг. Гэсэн хэдий ч бодит нөхцөл байдалд эхлэх өндөр, агаарын эсэргүүцэл, шидэлтийн техник зэрэг хүчин зүйлүүд харилцан адилгүй байж болно.
Сагсан бөмбөгт тоглогчид сагсанд цохих магадлалыг нэмэгдүүлэхийн тулд зөв нум үүсгэхийн тулд шидэлтийн өнцгөө тохируулах ёстой. Нум өндөр байх тусам бөмбөг орох цонх том боловч хүчний илүү нарийн хяналт шаарддаг.
7. Үрэлт: Зүтгүүр ба удирдлагын түлхүүр
Үрэлт нь бараг бүх спортод чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хөл бөмбөгийн гутал нь газартай үрэлтийг нэмэгдүүлэхийн тулд гогцоо ашигладаг бөгөөд энэ нь тоглогчдыг гүйж, эргэж байхдаа хальтирч унахаас сэргийлдэг. Хөнгөн атлетикийн спортод спринтчдийн гутал дээрх өргөс нь замыг барихад тусалдаг бөгөөд урагшлах хурдатгалыг бий болгоход арагш түлхэлтийг илүү үр дүнтэй болгодог.
Нөгөөтэйгүүр, зарим спортын төрлүүд үрэлтийг багасгах зорилготой байдаг. Цана, тэшүүрээр гулгах нь тамирчдыг хурдан гулсуулахын тулд гулгамтгай гадаргууг ашигладаг. Усанд сэлэх гол зорилго нь устай үрэлтийг бууруулж, биеийг бага энергиэр хөдөлгөх явдал юм.
8. Тэнцвэр, Массын төв ба Тогтвортой байдал
Биеийн тэнцвэрийг биеийн жингийн төв болон тулгуур хэсгийн байрлалаар тодорхойлдог. Шалны гимнастикт тамирчид байрлал эсвэл буух үед тулгуур хэсгийн дээгүүр байхын тулд биеийн жингийн төвөө хянадаг. Бөх, жүдо бөхийн төрөлд өрсөлдөгчөө унагаах нь ихэвчлэн биеийн жингийн төвийг тулгуур хэсгийн гаднаас шилжүүлж, тэнцвэрээ алдагдуулах замаар хийгддэг.
Тэшүүрээр гулгах эсвэл серфинг зэрэг спортод тогтвортой байдал нь тамирчны массын төвийг хурдан хөдөлгөж, самбар болон гадаргуугаас ирэх хүчний өөрчлөлтөд дасан зохицох чадвараас хамаардаг.
Хаах
Физикийг спортод хэрэглэх нь зөвхөн сурах бичигт гардаг онол биш, харин тэмцээн, бэлтгэлийн үеэр гардаг бодит байдал юм. Ньютоны хуулиуд хөдөлгөөн ба хүчийг, импульс ба импульс нь цохилт ба мөргөлдөөнийг тайлбарладаг, энерги ба хүчний тухай ойлголтууд нь гүйцэтгэлийн шаардлагыг харуулдаг бол аэродинамик, Магнусын эффект, параболик хөдөлгөөн, үрэлт, тэнцвэр нь техникийг илүү гүнзгий ойлгоход хувь нэмэр оруулдаг. Физикийг ойлгосноор тамирчид болон дасгалжуулагчид стратегиа оновчтой болгож, техникээ сайжруулж, тохирох тоног төхөөрөмжийг сонгож, гэмтлийн эрсдлийг бууруулж чадна. Эцсийн эцэст спорт бол шинжлэх ухаан, хүний чадвар хосолж, ер бусын гүйцэтгэлийг бий болгож чадна гэдгийг нотолж байна.
