2021年8月1日,在东京奥运会女子铅球项目的比赛上,北京奥运会银牌、伦敦奥运会铜牌得主,中国选手巩立姣在第一掷成绩即锁定冠军的情况下,再接再厉,奋勇拼搏,在最后一掷中投出20.58m的本年度最佳成绩,当之无愧的获得奥运冠军,为中国军团再添一枚金牌。
巩立姣身高1.75m,出手高度接近头顶。根据现场高速摄像机的记录,从发力到球离开手共计t0=0.06s,国际比赛女子铅球重量为4kg,优秀运动员的投实心球出手角度在35-39度之间,这里取37°,g=9.8m/s2,无视空气摩擦阻力。(sin37°=0.6 cos37°=0.8)
求:巩立姣出手时对球的推力有多大?
由于给定了发力时间,出手推力可以由动量定理 F=mΔv /Δt 求得
而铅球的出手速度V则可以通过受力分析的方式分解为垂直和水平向的速度
v垂直=v*0.6
v水平= v*0.8
由于不考虑空气阻力影响,球的初始高度为h=1.75m,水平移动距离s=20.58m,球上升的高度为h1,上升阶段时间为t1,下落阶段时间为t2
由球的垂直移动距离可得
(1).v垂直2= 2*g*h1 ∴ h1=0.18*v2/g(首先计算出上升高度h1)
(2).h+h1=1/2*g*t22
(3).v水平*(t1+t2)= s = 20.58m
(4).t1 = v垂直/g
(1)(2)联立得
h+0.18*v2/g= g*t22/2 ∴ (5).t22=2h/g+0.36*v2/g2
(3)(4)联立得
v*0.8*(v*0.6/g+t2)= 20.58m
(6).0.48*v2/g + 0.8*v* t2 =20.58m
将(6)移项后两边平方
0.64* v2* t22=(20.58-0.48 v2/g)2
将(5)代入,替换t22得到:
0.64* v2*(2h/g+0.36*v2/g2)= (20.58-0.48 v2/g)2
解得V=13.74m/s
F = mv/t =915.7N
算出来了,哦耶~
作者:后仰天勾