力量的飞翔

力量的飞翔

科技之光

投掷是人类最基本的运动形式之一，标枪、铁饼、铅球、链球都是奥运会最资深的“招牌项目”。如果有人问，在所有体育竞赛里，哪种运动和投掷最相近。我们的回答是，跳跃！无论从运动形态还是力学机制上看，投掷和跳跃一样，都是斜抛物运动，都需要经历助跑、“起跳”、腾空、落地四个环节。不同之处仅仅在于，投掷中“跳跃”的是器械而不是人，而跳跃运动中，“投掷”出去的是人而不是器械。

与人体高度相若的标枪原本是冷兵器中的老大。早期奥运会上的标枪成绩从70米提高到80米用了25年，“标枪之国”的芬兰选手叶尔维宁和尼卡宁是这一时期的领尽风骚的田坛明星(图1）。1953年，美国运动员赫尔德一举突破了80米大关。他成功的关键在于改造了标枪的空气动力学性能。

（１）叶尔维宁和尼卡宁

一张平展光滑的纸能在空中“飘扬”，揉成一团的纸却会迅速坠落，说明了空气阻力和物体表面积及其展布程度的关系。赫尔德标枪的秘密在于把传统的实心标枪做成空心，对于同样按800克规定重量制成的标枪，表面积随之增大，由此带来了标枪在空气中“滑翔”能力的增强（图２）。

（２）图组:1984年前民主德国选手霍恩创标枪投掷104.80米纪录

我们把标枪出手后质心的运动方向和地面的夹角称为投掷角，标枪纵轴和地面的夹角称为仰角，标枪纵轴和气流阻力方向的夹角就是攻角，而空气阻力合力的作用点就是标枪的压力中心。当攻角为正值时，空气在枪杆后侧出现涡流，压差阻力的垂直分量托举标枪上升，从而获得更多在空中飞行的时间。此后出现的金属材质又减少了标枪的振颤。1984年7月20日在柏林举行的一次比赛中，前东德选手霍恩投出的标枪在飞过90米距离行将下落时又冉冉升起，最后以104.80米的惊人成绩创造了全新的世界纪录，以至于田径场记分牌无法显示。国际田联官员们的忧虑远远大于喜悦，因为这样的“突破”也同时突破了看台上观众的安全底线，全世界的体育场不可能因此而扩建。加上滑翔标枪大多为水平落地，成绩不易确定，被田径界戏称为“放飞鸡鸭”。1986年，国际田联决定将男子标枪的重心前移4厘米，1999年又将女子标枪重心前移3厘米，和标枪的压力中心拉开距离，从而确保对标枪施加“头朝下”的力矩。这一举措不仅削弱了标枪的滑翔性能，使它的飞行轨迹更接近于抛物线，还确保了枪尖着地的优美姿态。而霍恩创造的世界纪录也从此成为空前绝后的顶峰。不过近年来随着标枪投掷技术的提高，新的世界纪录已经再次向百米逼近，1996年5月，捷克运动员泽勒兹尼投出了98.48米的成绩。不知标枪的设计会不会考虑新的对策。