冰壺運動軌跡計算機仿真論文
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冰壺運動是以隊為單位在冰上進行的一種投擲性競賽項目。投擲的冰壺為圓壺狀，周長約為91.44厘米，高(壺的底部與頂部)11.43厘米，重量(包括壺柄和壺栓)最大為19.96公斤，冰壺底部和冰面相接觸的部分是一個半徑約為12.8至13.1厘米的圓環(huán)。冰壺所用場地是一個長44.5米、寬4.32米的冰道。場地冰面澆過平整的冰面后，還需要用噴頭像冰面噴灑熱水滴，保證冰面出現(xiàn)表面圓滑的凸起的小冰點，使冰壺的底面不能完全接觸到冰面，并且冰面更粗糙，對冰壺的阻力更大。冰道的一端畫有一個直徑為1.83米的圓圈作為球員的發(fā)球區(qū)，被稱作本壘。冰道的另一端也畫有一圓圈，被稱為營壘。在場地兩端各裝有一個斜面橡膠起蹬器。在冰壺場地前后兩端各有一條藍色的實線稱為“前衛(wèi)線”和“后衛(wèi)線”。球員擲壺時，身體下蹲，蹬冰腳踏在起蹬器上用力前蹬，使身體跪式向前滑行，同時手持冰壺從本壘圓心推球向前，至前衛(wèi)線時，放開冰壺使其自行以直線或弧線軌道滑向營壘中心。在一名隊員擲球時，由兩名本方隊員手持毛刷在冰壺滑行的前方快速左右擦刷冰面使冰壺能準(zhǔn)確到達營壘的中心或者將對方冰壺擊打出得分區(qū)域。最后當(dāng)雙方隊員擲完所有冰壺后，以場地上冰壺距離營壘圓心的遠近決定勝負。
2運動學(xué)方程的建立
冰壺在冰面上滑行可以視為剛體的平面運動，可以將其分解為質(zhì)心的平動和繞過質(zhì)心軸的定軸旋轉(zhuǎn)。以前衛(wèi)線的中心為O，前衛(wèi)線中線為x軸，垂直于x軸的是y軸，垂直與冰面的為z軸建立坐標(biāo)系。
2.1旋轉(zhuǎn)
冰壺的質(zhì)量為m，開始時的角速度為，冰壺與冰面間的摩擦系數(shù)為μ，μ的大小與溫度T有關(guān)，可表示成假設(shè)摩擦力是均勻分在整個低面圓盤上，故計算摩擦力矩時，應(yīng)將圓盤分解為許多的以轉(zhuǎn)軸為圓心的同心環(huán)來考慮。
3仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了實現(xiàn)冰壺運動軌跡的仿真，根據(jù)前面所述的運動方程模型，需要先確定冰壺運動軌跡的一些參數(shù)。為此將冰壺運動軌跡仿真系統(tǒng)分成兩部分，即基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置和動態(tài)模擬。基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置中分別輸入初速度、初始角速度和溫度。冰壺場地兩營壘之間的距離近30米，所以在沒有任何干擾的情況下，冰壺應(yīng)可以自由滑行20米才是有可能到達營壘。
4結(jié)論
根據(jù)機械能量守恒理論建立的冰壺運動方程，從主觀上驗證了它的正確性，可以幫助運動員分析投擲冰壺時應(yīng)以怎樣的初速度和角速度投壺，才能有效的進入營壘。
作者：田雨 單位：沈陽體育學(xué)院
