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标枪比赛中标枪运动规律的数学建模.doc
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2023-09-08
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标枪比赛中标枪运动规律的数学建模.doc
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摘 要
本文主要研究对于标枪最终投掷距离的初始的条件的影响,例如出手的角度、
出手的速度等。而空气动力学的研究表明,单纯增加标枪投掷的初始速度,获得
的成效并不能令人满意。这时,就引入了初始攻角这个概念。同时,还要考虑到
在标枪的飞行过程中所受到的空气阻力。对这些回产生影响的因素之间的关系进
行简化,使用这些参数建立起标枪的飞行轨迹模型。最后,对于这些影响最终投
掷距离的参数的相对重要性进行合理的总结和分析。最终得出,标枪初始的速度
和出手的角度两种参数的影响较大,其中在出手角度为 41°时达到最大值,而
初始攻角的影响相对较小,在 18°时达到最大值。其他的参数造成的影响几乎
可以忽略不计。
关键词 标枪 参数 空气动力学 相对重要性
Abstract
The article mainly studies the influence of the initial conditions on the final
throw distance of Javelin, such as the angle of release and the speed of release. But
research at the aerodynamics suggests that simply increasing the initial speed of
javelin throwing is not as effective. At this point, the concept of the initial angle of
attack is introduced. At virtually the same moment, during the flight of the Javelin, the
air resistance must be taken into account. Between these factors, the relationship is
simplified, and the flight trajectory model of Javelin is established by using those
variable. Finally, the relative importance of these parameters which influence the final
throw distance is reasonably summarized and analyzed. The final results lay out that
the initial velocity and the angle of the Javelin throw have a great influence on the
javelin throw, and the maximum value is reached when the angle of the javelin throw
is 41, while the effect of the initial angle of attack is relatively small, reaching the
maximum value at 18. The impact of the other parameters is almost negligible.
Keywords Javelin Parameters aerodynamics Relative importance
目 录
摘 要 .....................................................................................................................................I
Abstract ..................................................................................................................................I
引言 .........................................................................................................................................1
1.问题的提出.......................................................................................................................1
2.模型假设 ...........................................................................................................................1
3.符号说明 ...........................................................................................................................2
4.问题分析 ...........................................................................................................................3
4.1 受力分析 ................................................................................................................3
4.2 标枪的几何参数 ..................................................................................................4
4.3 问题分析 ................................................................................................................5
5.模型的建立与求解 .........................................................................................................5
5.1 问题一模型建立与求解.....................................................................................5
5.2 问题二模型建立与求解.....................................................................................6
5.3 问题三模型建立与求解.....................................................................................8
5.4 问题四模型建立与求解.....................................................................................9
结论 .......................................................................................................................................11
参考文献 ..............................................................................................................................12
致 谢...................................................................................................................................13
附录 .......................................................................................................................................14
1
引言
标枪,作为一种中小型的投掷工具,在旧石器时代又被称作“投枪”、“投矛”、“短矛”等。在
旧石器时代,标枪曾有过一段时间被当作捕猎所使用的工具。在我国历史长河流传下来的体育运动中,
投掷标枪是一项历史较为悠久的田径比赛项目。这项运动对运动参赛者的手臂以及身体各处的核心力量
的要求非常严格。当然,如果运动员想要在这种标枪运动中获得令人满意的成绩,光是拥有特别强大的
身体素质和核心力量,也还是不够的。还需要搭配严谨科学的数学模型分析来得出最佳的投掷方案。同
时,每位标枪投掷的参赛选手在正式比赛当天的比赛状态也是取得优良成绩的重要影响因素。然而,就
事实而言,比赛状态的好坏是由多种因素所影响改变的,并不是我们想要调节就可以调节成功的,其中
涉及到的方面太多,哪怕经过精密的分析也难以掌握。所以,在这种情况下,标枪运动员们的投掷技术
就成了如何在标枪投掷比赛中获胜的至关重要的环节。本文尝试运用多元回归建立模型得出标枪的运动
规律,再结合空气动力学建立标枪的运动轨迹方程组,结合数据得出最终解。
1.问题的提出
问题一详情:已知,在某场进行的标枪比赛中,24 位标枪运动员使用的均为同一型号的标枪。同
时提供了 24 位运动员的出手时的速度,出手的角度,初始攻角以及最终的投掷远近的数据。在题目提
供的数据上进行研究,结合题目,创建适宜的数学模型,最终得出这种型号的标枪在空气中飞行时的运
动规律。
问题二详情:标枪的参数与问题一相同,假设出手瞬间运动员投掷标枪的初始俯仰角速度为 0,同时,
忽略风速对于投掷距离的影响。通过研究,分析标枪的出手的速度、初始攻角以及出手的角度,建立出标
枪在空中飞行的数学模型。
问题三详情:在问题二的基础上,加入风向对标枪飞行产生的影响。假设风向既有顺风,也有逆风,
顺风时的风速为 3m/s、6m/s 以及 9m/s,而逆风时的风速也和顺风相同。某位运动员在标枪出手瞬间的
速度是 31.70m/s。结合以上条件,建立合适的标枪飞行轨迹的数学模型,计算出能使最终标枪的投掷距离最
大的初始的俯仰角速度、初始的攻角和出手时的角度。
问题四详情:研究标枪出手时的角度、初始的攻角、初始的俯仰角速度,同时考虑风速,分析这些参
数对标枪最终投掷的距离造成的影响,并得出这些参数间的相对重要性。
2.模型的假设
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南抖北快东卫
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