生活中的物理：体育中的科学

拔河比赛究竟赛什么

—般人总以为拔河比赛是比哪个队的力气大，甲乙两队比赛,若甲队把乙队拉过来，就认为甲队力气比乙队大。但从力学角度分析，拔河比赛恰恰并不是比谁的力气大，从某种意义上说是比哪个队的体重大。但实际的拔河比赛并不那么筒单，而是一个十分复杂的力学问题，拔河的胜负在很大程度上还取决于人的主观因素，例如用足用力蹬地，有节奏地拉,掌握一定时机，使人有一定的倾斜角度等等，其目的都是积极地创造条件尽量增大地面对自己一方的静摩擦方，就能取得胜利。

热气球的原理

气球常见于用作小孩的玩具，还用于气象测控、悬挂广告标语条幅等。这类气球都是用比空气密度小的氢气、氦气等充满密封薄膜球体而做成的，利用外界空气对整个球体的浮力，使气球向上漂浮。在气球的家族中还有一类被称为热气球的，它与普通气球不同。热气球是开放式的,球内并不充氢、氮等气体而是普通的空气。700年前我国三国时期的诸葛亮发明的孔明灯，就是—种热气球，当时是用纸做的。1783年，法国蒙戈尔费埃兄弟发现充满热空气的布襄能升空，同年11月举行了人类历史上第一次热气球飞行。现在一般都用锦纶绸涂上胶做球囊,容积大至上万立方米。

现代热气球由球囊、燃烧器、吊篮、贮气瓶、鼓风机以及仪表等组成9操作时，先用鼓风机向球内吹入空气，当球襄膨胀到一大半时，开始用燃烧器从气囊下端开口处对球内空气加热，空气受热膨胀,气囊被热空气膨胀到足够大，这时球内热空气密度比外界的小，浮力就大于重力，于是在外界空气浮力的作用下，热气球带着吊篮等装置冉冉上升。由于热气球是无动力漂浮，它在空中主要随风漂移，升空高度由燃烧器加热情况决定，一般高度可达几十至几百米，所以热气球飞行驾驶比较容易。

降落时依风向选择好合适的地方及时关闭燃烧器，让球内的热空气冷却,气球就缓缓下降。一着陆就要打开气囊上的排气阀，排空球内空气后可折叠好球囊，以备再用。利用热气球可在复杂地形进行运输。20世纪60年代开始，用热气球进行娱东与体育比赛，比赛项目包括留空时间、升高和飞行距离，现在热气球飞翔运动已成为全球性的一项体育运动项目。

体育比赛中的测量误差

随着科学技术的发展，体育比赛中计时的精确度已达到相当高的程度。如游泳、田径比赛的计时，由于采用了电子计时，其精确度已髙达百分之一秒。但一些客观因素的影响已远远不止百分之一秒了，用物理语言来说，其系统误差已超过百分之一秒。以游泳比赛为例,根据规定标准游泳池长度为50米，误差为±3厘米。若游1500米，就要来回30次，累计总误差为米。若以自由式为例，1500米的平均速率约为1.7米/秒，则上述误差折合为时间的话，就相当有0.53秒的误差，大大超过百分之一秒。

其次是水温，因为水的密度随温度而变，水温低（4℃以上),密度大、韧性也大，就会影响游速。正因为如此，游泳纪录往往是在比较高的水温中创造的。如果要消除这种误差，那么对比赛时的水温就应有一定的要求。再有一个因素就是发令的枪声，运动员所站位置离发令员的距离不同，因而听到枪声的时间也会不同，若有8个运动员参赛，每条跑道宽1.25米，发令员站在一旁。则最后一位运动员与第1位就相差8.75米，以声速为340米/秒，差8.75米就相隔0.026秒，因此最一位运动员就比第1位吃亏了0.026秒。

比较好的办法是在每一个跑道的出发处后面装一台扬声器。但即使这样，也难做到绝对公平，因为人的高矮不同，听到枪声的先后也会不同，不过其误差在百分之一秒以下了，马拉松比赛是一项超长距离的赛跑活动，全程规定为42195米。到现在为止，国际上比较流行的马拉松测距方法是:利用50米长的粗钢丝或特制的厚钢皮卷尺进行测量。但无论是粗钢丝还是钢卷尺，都由于热胀冷缩会出现较大的误差。

钢的线膨胀系数为1.1×10-5（度-1）度那么50米的钢卷尺，在温度由10℃变化到30℃时，就会伸长1.1厘米，这个数字看起来微不足道，但由于马拉松全程很长,需要用50米的钢卷尺丈量844次，这样累计误差就有9.3米之多。根据国际田协组织规定，马拉松测距允许误差为4.2米，因此要保证这样的精确度，绝非易事。事实上，包括美国、英国、加拿大和日本等发达国家在内的许多国家,为马拉松大赛测定的齊程都出现过“令人不能容忍”的偏差，从而导致了十余次国际大赛的纪录不得不因此宣告“作废”。由此可见，一些看似非常准确的东西，如果仔细追究起来，又会发现存在不少问题,如何更有效地减小这些误差，也正是人们为之努力的目标。