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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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奇妙的体育仿生

2017-06-22 15:19:00

  气象万千的自然界,历来就是丰富人类科技思想的源泉。模拟生物形态和结构的科学,同样和体育运动结下了不解之缘。今天,人们正从模仿生物动作进入到模拟生物系统功能和结构的新阶段,从而大大促进体育科学的迅猛发展。

  古代体育的仿生

  在古人的心目中,熊是勇气的象征,鹤是长寿的代表。春秋战国时,人们把模仿熊、鸟活动特点的“熊经鸟申”,作为谋求强身、长寿的锻炼手段;到了西汉,又发展到枭浴、缓蠼、鸱视、虎顾等伸展肢体的体育仿生;1973年,在长沙马王堆三号汉墓中出土的《导引图》上,还发现有鹞背、猿滹、龙登、鹤口等仿生锻炼形态;后汉三国时期,名医华佗在前人的基础上总结汇编出效仿虎、鹿、熊、猿、鸟动作的“五禽戏”,至今仍在广大群众中流行;晋代,名医葛洪也创立了龙导、龟咽、莺飞、蛇屈、兔惊等体育仿生名目。这些均对我国体育运动和医疗体育的发展产生了重大影响。

  古代把摔跤称为“角抵”,最初就是模仿野牛相抵的动作。猴拳更是借鉴猴子敏捷灵活、机智好动等特点,结合武术中的踢、打、摔、跳跃、翻腾等技巧而自创一体的拳术。同样,鹰拳亦是如此。

  运动技术的仿生

  人类很早就羡慕青蛙有力的划水动作。古人早在两、三千年前,便模仿水中青蛙创造出蛙泳。1875年8月24日,世界著名游泳运动员M.韦布凭蛙泳横渡了英吉利海峡,历时21小时45分。

  1936年以后,蛙泳又异变成蝶泳。人们观察到,海豚游水时靠身体和尾巴不停地摆动,造成水浪后涌,产生提高游泳速度的反作用力。后来人们将模仿海豚创造的这种泳姿称作“蝶泳”。

  从游泳技术的发展过程中我们可以了解到,人类模仿鱼、蛙等动物的活动形态,以不断完善游泳技术的历程。至于体操竞技中的鱼跃滚翻、燕式平衡、单杠猫跳……更是对各种动物千姿百态的模仿。

  训练方法的仿生

  当前,世界各国都在探索新的训练途径。具有世界先进训练水平的日本长跑界,曾经仔细总结过鹿上下坡的动作,认为鹿上下坡需要很大力量,动作难度大。为了挖掘人类这一方面的潜力,日本早稻田大学田径部最先提出“山坡训练法”。上世纪80年代初,南斯拉夫800米赛跑选手萨维奇,在训练时常采用牵拉500千克重车上坡跑的手段,有效提高了腿部力量的耐久力。科学家通过研究发现,袋鼠一类的动物在提高其奔跑速度时,跨步频率几乎保持不变,以保证肌肉维持最佳收缩效率,减少能量消耗。人们从而创造出“平均速度训练法”,现已广泛运用在田径和游泳的中长距离训练中。苏联女子400米跨栏运动员塔吉雅娜·捷莲采娃,在漫长的运动生涯中一直为探索训练方法而苦恼。在她年近30岁并当了母亲时,终于学会了“平均速度训练法”,使她在1977年和1978年的跨栏比赛中,连续两次打破了世界纪录。

  运动器械的仿生

  看看体操运动器械中的木马、鞍马和山羊,以及现代潜水运动中广泛采用的蛙鞋、手蹼和脚蹼等等器具,我们不难找出其模仿的动物原型。苍鹰在高空翱翔时,能根据不同飞行姿势调节羽毛相对气流的位置,从而提高升力与阻力之比。人们因此仿制出一种高级滑翔机,能在万米高空飞行1000多千米,留空时间曾达50多个小时。荷兰国家应用科学研究中心的研究人员认为,用椰子壳做的摩托车运动员头盔是最安全的头盔,因为椰壳吸收震荡的能力远比任何其他头盔强。人们因而努力研制出一种尽可能与椰壳相似的纤维结构塑料,从而更好地保护了运动员的安全。

  体育建筑的仿生

  为了开阔观众的视野,建造庞大的现代体育馆需要一改昔日的建筑方法,尽量减少或不使用支撑屋顶的柱子和房梁。针对这个难题,科学家恰恰从小小的、毫不起眼的鸡蛋壳中求得了答案。科学家发现,蛋壳具有惊人的强度,从而研制出了一种新的混凝土构件 — — “壳式”弧形屋顶。这种混凝土屋顶的强度简直令人难以置信:厚度不过7厘米,竟能横跨约75米的距离而不断裂。加拿大建筑师模仿椭圆海螺壳结构,成功地建造了可以容纳7.4万名观众的立体运动场。

  人们还根据动、植物细胞内液体和气体对细胞壁的压力,即所谓“液柱静压力”的原理,建造出了各种使用尼龙等人造纤维外壳的充气体育馆、充气泳池等。

  或许,在不久的未来,人们还将模仿叶脉设计,建造出更多美观轻巧、牢固稳定的新型体育场馆。

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