跳跃

瓦德登海国家公园(Wadden Sea National Parks

跳跃跳跃是一种运动或运动形式,其中有机体或非生物(例如机器人)机械系统沿着弹道轨迹向空中推动自身。跳跃可以与跑步,疾驰和其他步态区分开,在整个身体是暂时空中的,通过空中阶段的持续时间相对较长的持续时间和初始发射的高角度。

有些动物,例如袋鼠,采用跳跃(通常在这种情况下称为跳跃)作为它们的主要运动形式,而其他动物(例如青蛙)仅将其用作逃避掠食者的手段。跳跃也是各种活动和运动的关键特征,包括跳远跳高表演跳跃

物理

瓶子海豚
跳海鳟鱼

所有跳跃都涉及对基材的应用,这反过来又产生了反应力,从而将跳线从基板上推动。任何能够产生相对力的固体或液体都可以用作基材,包括地面或水。后者的例子包括进行旅行跳跃的海豚,以及从水中执行站立跳跃的印度滑水蛙

跳跃生物很少受到重要的空气动力,因此,它们的跳跃受弹道轨迹的基本物理定律的支配。因此,尽管一只鸟可能会跳入空中启动飞行,但一旦空降被认为是跳跃的行动,它就不会执行,因为最初的跳跃条件不再决定其飞行路径。

在发射时刻(即,与基材的最初失去接触)之后,跳线将穿越抛物线路径。发射角度和初始发射速度决定了跳跃的行程距离,持续时间和高度。弹丸的最大水平行进距离发生在45°的发射角度,但是在35°至55°之间的任何发射角将导致最大可能距离的90%。但是,最大化水平距离的人类的跳角在〜23-26°时较低(请参阅下面的长跳跃力学的部分)。

ACRO舞者执行的拆分飞跃。这是舞蹈中发现的几种飞跃之一。
一只狗从固定位置跳跃

肌肉(或非生存系统中的其他执行器)进行体力工作,在跳跃的推进阶段的过程中为跳线的身体增添了动能。这导致发射时的动能与跳线的速度正方形成正比。肌肉所做的工作越多,发射速度越大,加速度和跳跃推进阶段的时间间隔越短。

机械功率(每单位时间工作)和应用该功率的距离(例如,腿长)是跳跃距离和高度的关键决定因素。结果,许多跳跃动物的腿部和肌肉长,根据肌肉的力量关系,可针对最大力量进行优化。但是,肌肉的最大功率输出受到限制。为了规避这一限制,许多跳跃物种缓慢地预伸的弹性元素(例如肌腱apodemes )将其作为应变能量存储。这样的弹性元素可以比等效肌肉释放能量(功率更高)的能量,从而将发射能量提高到超出单独肌肉能够的水平。

跳跃时,跳投可能是固定的,也可以移动。从固定的跳跃(即站立跳跃)的跳跃中,通过发射来加速身体所需的所有工作都是在单个运动中完成的。在移动的跳跃跑步跳跃中,跳线在发射时引入了额外的垂直速度,同时可以节省尽可能多的水平动量。与静止的跳跃不同,在启动时跳线的动能仅是由于跳跃运动,而移动跳跃具有更高的能量,这是由于跳跃前的水平速度所带来的。因此,从运行开始时,跳线可以跳到更大的距离。

解剖学

牛蛙骨骼,显示细长的肢体骨头和额外的关节。红色标记表明骨骼在青蛙中大大伸长,关节已经流动。蓝色表示未经修饰或仅伸长的关节和骨骼。

动物使用各种解剖学适应来跳跃。这些适应仅与发射有关,因为任何扩展范围或控制跳跃的后发布方法都必须使用空气动力,因此被认为是滑行跳伞的

水生物种很少显示任何特定的跳跃专业。那些良好的跳线通常主要是为了速度而适应,并通过以高速游动到表面来执行跳跃。一些主要的水生物种可以在陆地上跳跃,例如泥泞的船长,通过尾巴轻弹进行。

肢体形态

在陆地动物中,主要的推进结构是腿,尽管有几种物种使用尾巴。跳跃物种的典型特征包括长腿,大腿部肌肉和其他肢体元素。

长腿增加了跳跃动物可以推向基材的时间和距离,从而使更多的动力和更快的跳跃。大腿肌肉可以产生更大的力,从而提高跳跃性能。除了伸长的腿部元素外,许多跳跃动物的脚和脚踝骨骼都被伸长并具有额外的接头,有效地为肢体增加了更多段,甚至更长。

青蛙是所有三种趋势的一个很好的例子:青蛙腿几乎可以是体长的两倍,腿部肌肉最多可以占体重的20%,它们不仅可以延长脚,胫骨和大腿,而且延伸了脚踝骨头进入另一个肢体,并类似地延伸了臀部骨头,并在ac骨上获得了s骨的迁移率,以进行第二个“额外关节”。结果,青蛙是无可争议的脊椎动物的冠军跳线,超过了五十个身体长度,距离超过八英尺。

通过存储的能量扩增功率

蚱hopper使用弹性能量存储来增加跳跃距离。尽管功率输出是跳跃距离的主要决定因素(如上所述),但生理限制将肌肉功率限制为每公斤肌肉约375瓦。为了克服这一局限性,蚱hopper通过内部“捕获机制”锚定腿,而肌肉则伸展弹性apodeme (类似于脊椎动物肌腱)。当捕获量释放时,Apodeme迅速释放了其能量。由于Apodeme比肌肉更快地释放能量,因此其功率输出超过了产生能量的肌肉的功率。

两辆摩托车在英格兰的乡村博览会上跳车

这类似于人手用手扔箭而不是用弓的人。弹性存储(弓)的使用使肌肉可以在力 - 速度曲线上更接近等距。这使肌肉能够在更长的时间内发挥作用,因此产生的能量比其他能量更多,而弹性元素的释放释放速度比肌肉更快。在跳跃的哺乳动物和青蛙中发现了弹性能量储存的使用,其功率的相应增加范围为等效肌肉质量的两倍到七倍。

分类

对跳跃进行分类的一种方法是通过脚转移方式。在此分类系统中,有五个基本的跳跃表格有区别:

  • - 从两英尺
  • - 从一只脚跳下并登陆同一脚
  • 跳跃- 从一只脚跳下来,降落在另一只脚上
  • 汇编- 从一只脚跳下并降落在两英尺上
  • Sissonne - 从两英尺跳下并降落在一只脚上

跳跃的步态不同于跑步步态(请参阅运动),包括慢跑疾驰疾驰或插入。一些来源还将边界区分为重复跳跃的周期性运动,用于维持从一个跳跃到下一个跳跃的能量。

站立跳远力学

理论上计算出的最佳跳远跳远角度(由人执行)的角度为〜22.6°,大大低于弹丸(即45°)的最佳起飞角。这是由于跳线的身体配置随着起飞角的起飞降低而造成的。已经表明,经验丰富的跑酷运动员使用的脱角度约为25.6°,而初学者Traceurs则使用〜34°角。经验丰富的运动员也更大程度地挥舞着手臂,然后倒退。这些因素有助于跑酷运动员进行比初学者更长的跳远跳远。

(官方的)男性站立跳远世界纪录为371厘米,女性纪录为292厘米(截至2023年6月)。这些分别由Arne Tvervaag和Annelin Mannes实现。长跳距离距离为146.2厘米至219.8厘米(第10至90%),18岁的男性在100厘米至157厘米之间的范围为18岁的女性。

增强高度的设备和技术

跳上蹦床的人

通过使用蹦床或借助设备(例如半管道)将水平速度转化为垂直速度,可以通过将水平速度转化为垂直速度,可以提高跳跃的高度。

可以使用各种练习来增加运动员的垂直跳跃高度。此类练习的一类(Plyometrics)雇用了离散跳跃相关运动的重复,以提高速度,敏捷性和力量。

在研究中已经表明,更有身体活跃的儿童更精确地跳跃(以及其他基本运动技能)模式。

还指出,儿童的跳跃发展与年龄有直接关系。随着孩子的年龄增长,可以看出他们以各种形式的跳跃能力也会增加。由于身体差异较小,因此在儿童而不是成年人中,跳跃发展更容易识别。相同年龄的成年人在身体和运动能力方面可能会大不相同,这使得很难看到年龄如何影响跳跃能力。

2021年,研究人员将棘轮纳入机器人设计中,并创建了一个能够垂直跳动超过30米的机器人。

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