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體育運動中的流體力學

發布時間:2021-03-14 00:44:24

1. 語文閱讀 林家翹追尋流體力學之美

引言:林家翹回憶,當時的大學跟國外大學的差距較小,清華好幾位教授的課都講得很好,剛從國外拿到博士學位歸來的年輕人帶來的知識很前沿,學生都很用功。大學一年級時,林家翹選修了薩本棟教授的大學普通物理。薩先生自撰課本,每周一次15分鍾小考。
林家翹(1916~2013年),應用數學家、物理學家、天文學家。生於中國北京。1937年畢業於清華大學。曾在中國清華大學、美國加利福尼亞理工學院、布朗大學等校任教。對近代應用數學和流體力學的發展做出突出貢獻。
1916年7月7日,林家翹生於北京,原籍福建福州,其父林凱是清末鐵道部文職人員, 伯父林旭是戊戌變法犧牲的六君子之一。林家翹父親英年早逝, 他由母親鄧氏(著名教育家鄧萃英之妹)撫養成人。林家翹自幼聰穎,早歲即嶄露頭角,1933年以全校第一名的成績考入國立清華大學物理系,1937年又以第一名畢業。
莘莘清華學子的幽幽報國心
當時的清華正是梅貽琦掌舵時期,匯集了大批從海外留學歸國的著名學者,林家翹所在的物理系就有近代著名物理學家葉企孫、吳有訓、周培源等大家。
1933年,初入清華園的林家翹感覺校園像個「世外桃源」。「美麗的校園、草地、建築、設備,都是富有國際風味的;與那時候北京城內的舊式房屋,頗為不同。」在清華70周年校慶時,林家翹如此撰文回憶:「許多同學,都是在校園中第一次喝到咖啡、紅茶,吃到冰激凌,並享受到二院食堂的松軟玉米饅頭。此外,還有許多中學時代沒有見過的東西,如體育館游泳池、淋浴室、圖書館。這種環境,對於同學們安心求學工作,很為適宜。」
林家翹回憶,當時的大學跟國外大學的差距較小,清華好幾位教授的課都講得很好,剛從國外拿到博士學位歸來的年輕人帶來的知識很前沿,學生都很用功。大學一年級時,林家翹選修了薩本棟教授的大學普通物理。薩先生自撰課本,每周一次15分鍾小考。
在眾多老師中,對林家翹影響最深遠的,是後來被稱為中國應用數學鼻祖的周培源。當時周培源放棄了長年研究的廣義相對論,專心於數學應用到航空上,為中國製造自己的飛機。他不僅在治學態度上影響了林家翹,而且也引導林家翹選擇了研究和航空有關系的問題——湍流。林家翹曾感慨:「雖然我最後在學術界的工作方向,並未完全限於大學時代所學;但是這一段求學經驗,對於我日後事業的發展,關系非常重大。」
清華畢業後的林家翹,夢想著到美國學習頂尖的科學與文化,以便讓中國能夠盡快步入現代國家之林。1939年,林家翹與錢偉長、郭永懷等21人同期考取庚子賠款留英公費生。因二戰爆發,船運中斷,一行人途經日本時受阻,折返回昆明。後來在周培源先生的幫助下,直到1940年林家翹等人才改派加拿大多倫多大學深造。一年後,林家翹拿到了碩士學位,受周培源推薦入加州理工大學學習,在世界導彈之父西奧多·馮·卡門教授的門下攻讀博士,在大師馮·卡門的門下,走出了錢學森、郭永懷等如明星閃耀的名字,林家翹在大師的指導下研究流體動力學穩定性和湍流問題。
馮·卡門除了給予林家翹一般性的指導,還讓他完成著名理論物理學家和量子力學創始人之一海森堡的論文《關於流體流動的穩定性和湍流》中存疑部分。1944年,林家翹博士畢業時,撰寫了3篇關於海森堡問題的博士論文,這些文章後來發表在美國應用數學雜志上。
因為解決了海森堡沒有解決的問題,29歲的林家翹從此在學術界聲名大噪。獲得博士學位時,馮·卡門請林家翹到一家中國飯館吃飯,把日後成為世界計算機之父的馮·諾依曼介紹給他。當時馮·諾依曼正在做推進電子計算機的用法,馮·卡門把林家翹所做題目拿給馮·諾依曼做,結果相同。海森堡後來評價林家翹:一個中國人運用深刻的數學方法,得到了更好的結果。
博士畢業後,林家翹先去了布朗大學,一年半後被麻省理工學院挖走。1953年,林家翹被評為教授,1966年又從教授升為學院教授。在大師雲集的麻省理工,全校100多位教授中能從教授升為學院教授的不超過10人。1962年起,林家翹成為美國國家科學院院士。在應用數學領域,林家翹發展了解析特徵線法和WKBJ方法,是當代應用數學學派的領路人。他將數學應用到航空和天文物理方面的研究,曾大大推動這兩個領域的基礎科學進程。在美國,有人將林家翹譽為「應用數學之父」,有人說「他使應用數學從不受重視的學科成為令人尊敬的學科」。
「台灣中央研究院」天文研究所袁旗曾到麻省理工跟隨林家翹攻讀博士後。林家翹給袁旗留下的第一個深刻的印象,不是他數學研究之高深,而是他物理研究之透徹。袁旗記得,林家翹決不搶人家的研究成果,他甚至一再把密度波的創始歸功於林德布。其實,林德布1959年提出的密度波「非常粗略原始」,與林家翹精心構建、演繹出來的理論並不是一回事。但當麻省理工Toomre教授對密度波提出反駁時,林家翹立刻用駐波的概念擋住反駁,後來又用數學物理的框架將密度波概念建立起來,並使之發展成為可證的理論。
在袁旗的記憶中,林家翹是一副恂恂儒者彬彬君子的模樣,個子不高,對人和氣,一口「京片子」。其夫人梁守瀛是著名飛魚導彈之父梁守盤的妹妹,夫婦兩人同鄉。梁守瀛一直在哈佛大學教中文,不僅是林家翹的賢內助,對待學生、晚輩如家人子弟一般。袁旗1966年剛到波士頓時舉目無親,是林夫人的照顧給他帶來了溫暖。
執著堅守科研與教育陣地
林家翹雖長期在美國從事科學研究,但一直關心中國教育和科研發展。1972年,中美關系融冰之後,林家翹多次回國做學術訪問,並邀請眾多美國知名專家來華講學,接受多位中國學者到麻省理工學院深造,為國內培養了一批學者。
林家翹的頭銜很多,諸如國際力學和應用數學權威、天體物理學家,美國國家科學院院士、美國國家藝術和科學院院士,麻省理工學院榮退教授、清華大學高等研究院教授。他的一生見證了劇烈變動的中國。在人生的最後10年,他回到了母校。
2002年,86歲的林家翹決定回清華大學定居,當時他的好友、微分幾何之父陳省身已在南開大學創辦了數學研究所。林家翹說,因為有陳省身的先例,他願意「落葉歸根」,回母校幫忙。為了推進清華大學應用數學研究,他主持建立了清華大學周培源應用數學研究中心,並致力於用應用數學方法進行生物學研究,他認為這個領域「充滿了機會」。正如他1965年與清華校友、美籍華裔歷史學家何炳棣相見時所說:「要緊的是不管哪一行,千萬不要做第二等的題目。」
林家翹的理想是希望清華理學院能重回當年輝煌。據周培源應用數學中心主任雍穩安介紹,歸國後,每周一和周四上午,林家翹都要去數學中心上班。2005年起雖然要靠輪椅代步,他仍堅持出席該中心每周的討論班。他將國家發的生活費全部捐出,2007年賣掉了在美國的全部股票,400萬元全部捐給數學中心。
針對國內大學的教育和科研現狀,他都強調,國內應用數學和純數學概念與區別相當模糊,大學將「應用數學」簡單等同於「實用數學」,重科技,輕科學。而應用數學的核心是用數學方法解決實體科學問題,在中國它應該成為一門與純數學有重大區別的獨立學科。
林家翹對理想中的博士研究生要求太高:必須承擔一個系統而完整的工作,對所在領域有全面的了解,能熟練使用英文撰寫論文並和國際同行無障礙探討。
林家翹對於中國高等教育的歷史與現狀有著尖銳的反思。新中國成立六十年來高等教育的成效甚低,可能與新中國建國之初高等學校院系調整有關。當時中國向蘇聯學習,將所有的人才集中在一起,解決實際的問題,但不一定是學術的問題,因此可能逐漸遠離了大學的主要職責。大學的主要職責應該是教育新的人才,推動新的學術發展,大學應該堅持學術第一原則,不能喧賓奪主。
面對中國學界何時獲得諾貝爾獎的問題時,林家翹認為,現在中國大學的發展水平,恐怕還差一點兒,「我覺得,在中國的大學里出一個人,在中國的大學里做研究,並得到諾貝爾獎,這件事情是很不容易的。」當務之急是中國需要一批一流的大學做研究,單純依靠一兩所大學不行,需要大學整體水平提升,「目前國內比較好的大學,如清華、北大、中科大、復旦等這種水平的大學數目要加大,增加到10所左右,才能形成一個好的研究問題的環境。」
在進行校際交流時,應該明確「想了解的知識」和「想製造的東西」之間的區別。關鍵性的技術可能很難獲取,但基礎知識則是公開的,無需龐大的資金、人力投入就能走得很深。而「更要緊」、更能帶來長期效果的,也恰恰是基礎科學的交流學習。當然,自己首先要「練好內功」,達到能與國際同行平等對話的程度,交流合作才能順利進行下去。
「和國外名校交流時,最重要的就是認識彼此的優勢和缺點,取人之長、補己之短。」太過注重實用性、以為「走在尖端和前沿」就是要引入先進技術,這是一種可能陷入短淺片面的看法。原則上先進科學應當與先進技術並重,但此中比例分配是一個比較難決定的問題。因為這個決定要基於國家需要以及人才物力和財政資源的實際情況,而這種情況也隨著時代變更。
MIT的「全校必修課」是一個不妨參考的制度。在MIT,所有學生第一年必須全面學習數理化生4門基礎科學的知識。「中國的教育很早就開始突出專業性,MIT的全校必修課則是先廣再深。」林家翹認為,也許不一定要完全照搬這一模式,但請校外學者客觀審視相關領域的教研工作,這個思路是值得借鑒的。
曾以工科成就享譽世界的MIT,如今在理學領域突飛猛進,生物等學科的發展水平更是令人刮目相看,所以和MIT的交流應該理、工兼重,理學方面尤其應該予以重視。
追逐鍾愛一生的研究事業
晚年的林家翹深居簡出,幾乎不接受記者采訪。應用數學中心的師生倒是常常可以見到他。在他卧床不起之前,他堅持出席該中心每周的討論班,不論刮風下雨。人們常常看到他的輪椅准時出現在走廊里。他聽完別人的講座會參加討論,持續時間通常有兩三個小時。
94歲那年,林家翹為清華大學學生開講座時提出,做科研始終要「趕時髦」關注那些熱點的前沿問題。他給學生們題詞:「研究自然科學是沒有終點的,可以作為一生的目標,及一生的業事。」

2. 流體力學-足球塊數如何影響球旋轉

由阿迪達斯全新設計的這款比賽用球名為團隊之星(Teamgeist),
寓意致勝世界盃賽場的重要精神:團隊的力量。
她採用了全新的異形拼塊和無縫壓合技術,
史無前例地將足球球面拼塊減少到14塊,
最大程度地消除了球體表面不規則的凹凸,
令球體呈現完美圓弧,從而有效提高了足球運行的精準度。

「 團隊之星」 主要由黑、白、金三色組成,
黑、白是東道主德國國家足球隊的傳統顏色,
而金色則代表著世界盃冠軍獎杯。

足球的圓形程度和表面光滑度直接決定著她運行的穩定性和精準度。
「 團隊之星」 的非凡之處就在於她革命性地將球面拼塊減少到14塊,
而以往所有的足球表面都是由32塊表皮組成的。
這樣的革新使球外表面的拼接點從原來的60個變為24個,降低了60%,
而拼接線的總長度也從40.05厘米降到33.93厘米,減少了15%以上。
這樣的拼塊設計再配合阿迪達斯獨有的無縫壓合技術,
使「 團隊之星」表現出前所未有的卓越性能。
在英國拉夫堡大學和德國Scheinfeld阿迪達斯實驗室進行的大規模比對測試都證明了這一點。

多位球星已經率先試踢過這款全新的世界盃比賽用球。
貝克漢姆評價說:「『+團隊之星』是有史以來最漂亮的世界盃比賽用球之一,我非常喜歡!」
勞爾則表示:「我認為在所有阿迪達斯的足球中,這款『+團隊之星』是有史以來最完美的一個。
她的設計非常獨特,用她無論是進行傳切球還是射門,球感都非常舒適。」

3. 風帆的基本知識

風帆簡介

風帆是坐著的,其桅桿是垂直固定於船身上,用一手操作舵桿,另一手則透過操帆繩控制帆面與風之間的角度來捕捉風的動力。而風浪板的操作者則必須站在一塊狹長的板子上,用手抓著可以任意調整方向的帆。所以操作者必須要有靈活的身手,來保持身體的平衡,讓船身往你期望的方向前進,學習風浪板的技術難度頗高,因為必須學習相當多相關知識,其中包含了流體力學、平衡、了解氣候、水流等等。而風浪板又可分為短板及長板。

但其中最主要的差異是在於中央板的設計,有中央板的好處是在於可讓船隻頂風航行的角度更小,不容易產生側移,並加強船身的穩定性,不但讓船隻的轉向更靈活,也可以做出高難度的花式動作,有中央板的叫長板,沒有中央板的則叫短板,而短板又有一別名叫Funboard。但一般來說這兩型的風浪板是不能放在一起比賽。目前長板賽事分成開放型及標准型,開放型則不限定帆型及船板類別;標准型是指奧運採用的標准船型。賽程規劃又以繞標賽為主。而「短板」賽程一般分競速賽、繞圈賽、及花式三種,但則以繞圈賽為主,同樣不限帆型及船板類別,而且比賽期間可以換帆。頂風指正逆風差某一角度航行,一般在45度角上下。

4. 流體力學是一門什麼樣的學科

流體力學,是研究流體的力學運動規律及其應用的學科,是力學的一個重要分支

5. 如何運用體育的核心動能為人的健康服務

田徑理論試題

一、

名詞解釋

1
、田徑運動
2
、田賽
3
、徑賽
4
、實效性
5
、經濟性
6
、運動能力
7
、周期性運動
8
、技
術質量
9

內力
10

外力
11

步長
12

步頻
13

後蹬角
14

重心波動差
15

補嘗作用
16

騰起角
17
、騰起初速度
18
、出手角度
19
、超越器械
20
、工作距離
21
、地斜角
22
、沖擊

23
、最後用力
24
、身體訓練
25
、一般身體訓練
26
、專項身體訓練
27
、訓練程
28
、心
理訓練
29
、恢復訓練
30
、內外突沿
31
、計算線
32


直、曲段分界線
33
、切入差
34

起跑線前伸數
35

賽次
36

輪次
37

附加賽
38

免跳
39


極點

現象
40


騰空步

41

支撐時期
42
、騰空時期
43
、後擺階段
44
、前擺階段
45
、著地階段
46
、後階段段
47
、周

48


退讓

49
、縱軸
50
、中心點
51
、軌跡角
52
、傾斜角
53
、直段
54
、直道
55
、跑
道寬
56
、分道寬
57
、分道線
58
、背越式跳高
59
、俯卧式跳高
60
、三級跳遠
61
、撐桿跳

62

適量性身體鍛煉原則
63

正弦丈量法
64

餘弦丈量法
. 65

講解法
66

示範法
67

完整練習法
68
、分解練習法
69
、游戲法和比賽法
70


預防和糾正錯誤動作法
71
、間歇

72
、直接指示法
73
、誘導法
74
、身體鍛煉
75
、田徑運動鍛煉
76
、推鉛球

二、判斷題

1
、田徑運動是比速度、比高度、比遠度的競賽項目。




2
、田徑比賽是奧運會獎牌最多的項目。




3
、男子成年組的鉛球重量為
7.27
公斤。




4
、用時間計算成績的項目稱為徑賽。




5
、用遠度計算成績的項目稱為田賽。




6
、競走是一項單腳支撐與騰空相交替的周期性運動。




7
、競走時身體重心的最高點是在單腳支撐階段。




8
、跑時,著地緩沖動作一般不能為人體移動提供動力。




9
、跑時,重力既是阻力是動力。




10
、跑時,摩擦力雖是阻力,但可使人體間接地獲得運動的動力。

11
、跑時,腳著地時的前撐沖力,對人體向前運動起動力作用。




12
、人體起跳時的騰起角與起跳角是相同的。




13
、因為起跳是改變人體運動的方向的動作,所以它是跳躍中的主要技術動作。




14
、起跳時的放腳動作,應為制動式著地。




15
、起跳時,擺動腿及兩臂快速的擺所產生的動量,向下傳遞到支撐點,從而增大對地面
的作用力,提高起跳效果。




16
、人體起跳騰空後,在沒有外力作用下,其身體重心運動軌跡是可以改變的。




17
、投擲項目助跑的目的,是為了使身體在器械出手前獲得一個良好的姿勢。




18
、投擲中的超越器械是由於上體主動後仰而形成的。




19
、在旋轉投擲中,當角速度一定時,旋轉半徑越長,其線速度越大。




20
、根據流體力學原理,順風時投擲角度應加大,逆風時投擲角度應減少。




21
、在運用完整法進行教學時,要多做專門輔助性練習。




22
、田徑運動訓練是在田徑運動教學的基礎上進行的,在訓練中仍有教學因素。




23
、運動訓練的內容,通常指的是身體訓練。




24
、田徑運動的優異成績,是通過系統的、不間斷的多年訓練獲得的。




25
、發展爆發力,可多採用一些小重量,多次數的力量練習方法。




26
、長跑訓練一般不進行柔韌性和協調性的練習。


6. 流體力學中靜壓強的概念、特性、表示方法

當流體處於絕對靜止或者相對靜止時,流體中的壓強稱為流體的靜壓強。

特性1、流體靜壓強的方向沿作用面內法線方向。
特性2、流體靜壓強的數值與作用面的空間方位無關。

表示方法
p=F/A
若面積A上各點的壓力不等,則P=lim dF/dA (A--->0)

7. 流體力學中兩種液體的容器中,壓力中心怎麼求

Ic為圖形對其形心C軸的慣性矩,一般應通過積分得到,以矩形為例,在y軸上取一dy,Y軸上的坐標為y,其寬度為b,

8. 2. 某圓管直徑d=30mm,其中液體平均流速為20cm/s。液體粘滯系數為0.0114cm3/s,則此

流體粘滯系數的單位錯了,經計算雷諾數大概在6000左右大於4000所以為紊流。

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