反射运动

关键词：

反射运动（精选六篇）

反射运动 篇1

500 m口径球反射面射电望远镜———Five-hundred-meter aperture spherical telescope(FAST)将是世界上最大的单口径射电望远镜。其结构与美国的Arecibo望远镜相似。FAST有别于Arecibo的创新点之一是其反射面是可动的[1]。FAST主反射面整体索网支撑,由4 400块三角形反射面单元铺设在整体索网上,整体索网有2 300个索网节点连接[2]。天文观测时,根据不同的观测源,在上位机的控制界面中输入不同的参数并发出命令给控制器,控制器通过自带的算法计算每一时刻节点的目标长度。目标长度与当前长度有变化时,控制器给出指令,电机运动带动索网节点下方的下拉索伸缩,使得反射面在照明区内由球面变成抛物面。为验证整体方案的可行性,在密云建造了30 m缩尺模型[3]。此模型中使用的控制算法是恒速控制,通过简单控制电机起停和运动方向完成控制。恒速控制优势是电机价格低,控制算法简单;代价是电机启停次数多、磨损大。在FAST原型反射面变形时,将有两千多台电机驱动节点运动,电机寿命成为影响望远镜可靠性的关键因素。由于球面各向同性,分析其中一个节点的运动特性可代表所有节点运动状态。本文目标是规划控制算法,优化下拉索出索速率。在满足控制精度的前提下电机的启停次数最小、减小磨损,为FAST反射面控制选择何种电机提供理论依据。

1 FAST主反射面节点控制要求及基础参数确定

按天文观测目的不同,天文观测分换源和跟踪观测两种工况[4]。

运动范围:节点沿径向运动最大行程1 200mm,实现抛物面变形时最大行程960 mm。

速度要求:为达到10 min换源的目标,抛物面与球面的径向最大偏移为960 mm,最大换源速度为960/600=1.6 mm/s。因此电机出索最大速率不小于1.6 mm/s,换源过程不要求节点高精度运行;观测时,地球自转每小时15°,节点运动速率比换源时低,最大速率约0.7 mm/s。

精度要求:变形抛物面的表面精度要求达到RMS 5 mm,分配给节点动态测量与控制误差RMS2 mm,促动器运动精度0.25 mm,节点测量频率0.02 Hz,由于节点测量频率低,基本处于半开环状态,节点运行精度主要靠控制和执行保证,控制算法的优劣直接影响望远镜总体性能,按分配指标节点测控达到RMS 2 mm,考虑到其他因素及三分之一原则节点控制理论误差限定为0.7 mm。

控制周期:任一节点从进入有效照明口径到离开经历的最长时间为60°/15°=4 h,双边对称,分析时长选为2 h即7 200 s。理论上控制周期越小带来的量化误差越小,但需付出其它代价,因此需优化控制周期,观测时节点运动最大速率0.7 mm/s,如果控制周期设定为2 s,一个周期运动带来的量化误差极限值为1.4 mm/s,控制周期为1 s时,极限误差为0.7 mm/s,因此将控制周期暂定为1 s。

2 FAST主反射面节点径向位置变化规律

时角坐标系{xt,yt,zt},其中zt指向北天极,yt指向西点,xt和yt满足左旋规则。地平直角坐标系{x,y,z},其中z指向天顶,x指向北点,y指向东点,O为地球球心也为地平直角坐标系的原点。

射电源的时角坐标表达式:

式(1)中rsky是天球半径,δ是赤纬,H是时角。

H=S0+(t-8)(1+μ)+λ-α (2)

式(2)中S0为当地时间为0(h)时所对应的恒星时,t是北京时,$\mu =\frac{1}{365.2422}‚\lambda$为观测站的地理经度,α为天体的赤经。

由图1及地平坐标系与时角坐标系的关系有:

设某时刻抛物面顶点Om的球面坐标为(rom,θom,βom),由于抛物面顶点始终在球面上,所以rom=-R。由式(3)及地平坐标与球坐标的关系得到抛物面顶点Om的球面坐标为:

$\left[\begin{array}{c}r{}_{om}\\ \theta {}_{om}\\ \beta {}_{om}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-R\\ \cos {}^{-1}\left(\frac{z}{r}\right)\\ tg{}^{-1}\left(\frac{y}{x}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-R\\ \cos {}^{-1}(\cos \phi \cos {\rm H}\cos \delta +\sin \phi \sin \delta )\\ tg{}^{-1}\left(\frac{-\cos \delta \sin {\rm H}}{-\sin \phi \cos {\rm H}\cos \delta +\cos \phi \sin \delta }\right)\end{array}\right](4)$

在地平直角坐标系{x,y,z}中,抛物面顶点在球冠中心时,用球坐标表示的抛物面方程为:

r2sin2θ+4Frcosθ-4FR=0 (5)

式(5)中F为焦距等于0.467R,R是曲率半径为300 m[4]。

由式(5)可得以球冠中心为顶点的抛物面上任一点的球面坐标为:

$r=\frac{-2F\text{c}\text{o}\text{s}\theta +2\sqrt{F{}^2\cos {}^2\theta +FR\text{s}\text{i}\text{n}{}^2\theta }}{\sin {}^2\theta }(0\le \beta \le 2\pi )(6)$

图1中抛物面上任意节点Ni与抛物面顶点Om夹角为ω,ω为极角[5]。当抛物面顶点在偏离球冠中心的时,理想抛物面上任意节点Ni对应的径向半径为:

$r=\frac{-2F\text{c}\text{o}\text{s}\omega +2\sqrt{F{}^2\cos {}^2\omega +FR\text{s}\text{i}\text{n}{}^2\omega }}{\sin {}^2\omega }$ (7)

由图2可得,抛物面上的节点与抛物顶点最大夹角γ=sin-1(D/2/R)=30°,其中照明口径D=300 m。cos(ω)≤cos(γ),由公式(7)分母不为零,有ω=(0,30°]。

则节点Ni从球面沿径向移动到当前理想抛物面的距离为:

Δri=R-ri (8)

节点径向长度随时间的控制量为:

δt=rt-rt-T (9)

式(9)中T为控制周期,t为当前时刻。

由于地球自转每小时15°,在理想状态下,极角ω与时间t的关系为:

ω=15(°/h)t (10)

时间范围(0,7 200 s)

把式(10)代入式(7),可得抛物面上所有节点的径向长度随时间的变化关系,图3所示。

3FAST主反射面节点运动速率算法

反射面的节点速度由换源速度和跟踪速度组成。换源速度比跟踪速度大,当完成一次换源后,节点的运动速度由换源速度转为跟踪速度[4]。

由v=dr/dt(mm/s),对式(7)求导,得到抛物面上所有节点的跟踪速度随时间t的变化关系,图4所示。图4中可得抛物面节点最大跟踪速度为0.699 2 mm/s。

4节点控制速率及算法优化

4.1分析方法及处理流程

分析约定:设节点理论运行速率为V,节点调整时需要的运行速率为v_temp,控制周期为T,误差界Limit_dr,设定电机速率为set_v,电机起停次数break_n,控制误差RMS_R,电机停止周期数量k0,电机满周期运行数量k1,单周期内停止周期数kn。

分析方法:设定运行时长t=7 200 s、控制周期T=1 s和误差界Limit_dr=0.7 mm,计算出每个时刻i,节点的径向长度r(i)。优化电机输出速率,优化目标为满足误差要求的基础上电机起停次数最少。流程如图5。

4.2恒速控制速率优化

如前文所述,分析时长为7 200 s,Limit_dr=0.7 mm,本节对T=0.5 s、1 s、1.5 s及2 s进行初步考虑。前文分析得到最大换源运动速率为1.6 mm/s,观测时最大跟踪速率为0.7 mm/s,如恒定调整速率大于1.6 mm/s超出电机运行能力,小于0.7 mm/s,达不到运动精度,理论上恒速越接近瞬时速率起停次数会越少,因此观测运行时非零调整速率set_v,本文只分析0.7 mm/s和1.6 mm/s两种速率。经分析对比可确定如果采用恒速控制T=1 s,set_v=0.7 mm/s最优,相同条件下采用0.7 mm/s速率较1.6 mm/s速率电机起停次数降低29%。

4.33观测中变速控制分级优化

当分析时长为7 200 s,T=1 s时,对节点理论调整速率进行统计结果如表2所示。

从结果看,大部分电机速率小于0.3 mm/s,在进行变速控制时无需无级变速,通过归一化处理进行有级变速控制。经细分统计速率小于0.25的点数为5 956约6 000点,0.25—0.7之间约1 200点。初步规划电机速率分级为:0、0.25、0.7、1.6(用于换源),观测时非零电机运行速率为两级0.25、0.7,分析结果显示采用四级速率运动的启停次数相对于以0.7 mm/s恒速控制时,起停次数降低了38%。

4.4观测中变速控制分级优化基础上采用超调控制策略

由于主反射面控制中测量提供的反馈信息频率是0.02 Hz,基本处于开环控制状态,节点运行精度与运行状态与算法密切相关,为减少电机起停次数,调整过程中根据节点运行轨迹,可采用预测超调策略。控制周期为1 s,节点观测运动最大速率为0.7 mm/s,控制中可提前执行下一周期半周期的执行量,可能带来的极限误差为0.35 mm,由于大部分运行速率小于0.25 mm/s,因此超调带来的误差有限。分析结果表明,采用超调策略没有引入误差,对降低电机起停次数有一定的效果,起停次数降低了17%。

5总结与结论

(1) 在运行能力达到要求的基础上,节点运行精度仅与误差限相关,对控制周期及速率不敏感;

(2) 电机运行速率是电机起停频率的敏感参数,优化结果显示当采用恒速控制时,控制周期为1 s,电机运行速率为0.7 mm/s时起停次数最少,相对1.6 mm/s时电机起停次数降低了29%;

(3) 当观测时采用两级非零运行速率(0.25 mm/s,0.7 mm/s)时,可降低电机起停次数,相对于以0.7 mm/s恒速控制时,起停次数降低了38%;

(4) 在两级控制基础上采用超调算法进行控制,可继续降低起停频次,当运行速率为(0.25 mm/s,0.67 mm/s)时,电机起停频次相对常规两级调整降低17%;

通过优化控制算法,规划电机出索速率,可达到简化驱动和大大降低电机起停频次目的,优化后电机起停次数相对于开始1.6 mm/s恒速运行工况,起停频次降低了63%,为将来FAST反射面控制策略和电机选型提供了重要的参考意见。

参考文献

[1] Qiu Y H.A novel design for a giant Arecibo-type spherical radio tele-scope with an active main reflector.MNRAS,1998;301:827—830

[2] Nan R D,Li D,Jin C J,et al.The five-hundred-meter aperturespherical radio telescope(FAST)project.International Journal ofModern Physics D,2011;20(6):989—1024

[3]张志伟.基于CAN总线技术的天文望远镜索网促动控制系统的研制.硕士学位论文.沈阳:东北大学信息科学与工程学院,2006;14—15

[4] FAST系统.FAST初步设计报告.北京:中国科学院国家天文台,2006:6—21

反射和反射弧 篇2

布置任务 当你的手指无意间碰到灼热的物体时，会立即缩回手臂，这一反应使你及时避开了造成伤害性刺激的物体。人体通过神经系统对刺激做出的规律性反应，叫做反射上述反应就是一个具体的反射过程，可叫做‘缩手反射”。

第2节            反射和反射弧

反射是神经活动的基本方式

完成某一反射过程的结构，叫做反射弧。每一反射弧都由五个部分组成：感受器、传入神经元、神经中枢、传出神经元效应器。感受器受到刺激后即产生冲动，由传入神经元将冲动传导到神经中枢（如缩手反射的感受器就在受刺激部位的皮肤里; 神经中枢再发出冲动，由传出神经元将冲动传达到效应器，使效应器作出反应（如缩手反射的效应器就是手臂相应的肌肉）。神经中枢则是反射弧位于中枢神经内的有关联系结构。这种联系结构大多要在传人与传出神经元之间加入若干“中间神经元”来联络，但也有的反射弧神经中枢上没有中间神经元，只是借传入神经元轴突末端与传出神经元树突或胞体来联系，例如，“膝反射’就是这种“两神经元反射”。

反射除了能通过骨骼肌运动对刺激作出反应之外，还能够通过平滑肌和腺体的活动来调节相应内脏器官的功能状态。例如当膀胱内尿液积累达到一定量时，会使膀胱壁内感受器感受到刺激，进而通过神经调节使膀胱壁平滑肌收缩、尿道内四周围控制尿道开放的肌肉舒张，尿液就从膀胱经尿道排出体外，这叫做排尿反射。又如，当口腔内一些感受器受到食物等造成的刺激时，也会通过神经调节使唾液腺分泌唾液，这称为唾液分泌反射。总之，神经系统就是通过每一个具体的反射活动来实现其调节功能的，反射是神经调节的基本方式。

反射可分为非条件反射和条件反射

非条件反射是生来就已建立的先天性反射。引起非条件反射的刺激称为非条件刺激。例如，由于食物等刺激直接作用于口腔黏膜上的感受器，引起唾液分泌反射，就属于非条件反射。条件反射是在出生以后个体生活中逐渐形成的后天性反射。引起条件反射的刺激叫做条件刺激。像经过训练后，狗能对铃声做出分泌唾液的反应，这就属于条件反射，此时的铃声就是条件刺激。

如果要使已经建立的条件反射长时间保持下去，还需要经常使非条件刺激与之结合。否则，已建条件反射将逐渐减弱。甚至消失。当然，条件反射还可以改建或

重建。这些都说明。条件反射不像非条件反射那么固定，而是有着相当的“可塑性，这些特点对于人或动物适应环境的能力来说，显然要比非条件反射有着更为积极的意义。

条件反射的神经中枢远比一段非条件反射的要复杂。进一步的实验研究还证明，人和高等动物的许多非条件反射在大脑皮层以下（脑干或脊髓）的各个中枢即可完成，而条件反射则一般要在神经系统的最高级中枢—大脑皮层参与下才能实现。

如何判断镜面反射与漫反射 篇3

1按反射面是否光滑来区分

若反射面是光滑的，则发生的是镜面反射；若反射面是粗糙的，则是漫反射。

不少人受图一、二中“平行光线”的影响，认为要判断镜面反射和漫反射首要的条件必须是平行光线入射，然后再根据反射光线是否平行来判断是镜面反射还是漫反射，其实，在相同的平行光线入射的情况下，图1、图2的反射之所以不同，是由其表面性质的不同造成的，图1中的反射光线是平行的，是由于其反射面是光滑平面的缘故，而图2中的反射光线却射向各个方向则是由于其表面是粗糙的缘故，镜面反射与漫反射的本质区别不在于“反射光线是否平行”，而在于反射面是否“光滑”，只要在光滑表面上发生的反射就是镜面反射。

再则，图1、图2展示的只是一种平行光线入射时的特殊情景，在生活中，有很多人站在平面镜前看到镜中自己的像、“看到墙上挂着的一幅画”等现象，在这些现象中入射光线是不平行的，反射光线也都是不平行的，是向着各个不同方向的，在这种不平行光的照射下，也有镜面反射和漫反射之分，而利用“平行光线入射时反射光线是否平行”是无法判断的，但我们同样可通过观察其反射面是否“光滑”来判断，这里反射面仅仅要求是光滑的，而不一定是平面的，只要是光滑的，球面或其他任意形状的曲面发生的反射都是镜面反射，如凸面镜、凹面镜、哈哈镜、水面、玻璃等均可以发生镜面反射；而在粗糙表面发生的反射则是漫反射，如在电影屏幕、白纸上发生的反射。

2按反射面能否成像来区分

若反射面能成像的，是镜面反射；不能成像的(此时却能看清反射面的情况)，则是漫反射，发生镜面反射时，物点S出来的入射光线经镜面作用后传播方向发生了改变，但光束的聚散等性质却没有改变，反射光束还是如入射光束一样是同心光束(如图3所示)，因此，当反射光线进入眼睛时，我们感觉就如同是从像点S'出来一样，我们在镜中看到了物体的“像”，像点S'与物点S是完全一样的，这是由于反射面绝对光滑，入射光线被直接反射出去了，有关入射光的颜色、强弱等信息都被完全地保留在了反射光中，但正由于入射光线是被直接反射出去的，所以反射光线中没有携带物体表面的任何信息，我们看不到物体表面的情况，在光滑的凸面镜、凹面镜上，发生的情况也与平面镜类似，我们可以看到物体成的像(像与物虽并不完全一样，但像的变化是有规律的)，而其它形状的光滑曲面，我们可以看成是由光滑的平面、凸面和凹面组成，也是可以成像的。

而当发生漫反射时，入射光线与粗糙表面发生了复杂的作用，其所携带的有关物体的信息会被破坏，反射光线中没有了入射光线中原有的信息，但却携带了有关反射面的信息，因此，当人眼接收到此反射光线时，就能看清反射面的情况，比如反射面的颜色、形状等等。

3按观察到的反射光是否“耀眼”来区别

若看到的反射光是“耀眼”的，就是镜面反射，反之，则可能是漫反射，也可能是镜面反射，当然，光是否“耀眼”也与光照的强弱有关，我们这里指的“耀眼”是相对其周围物体的反光而言的。

发生镜面反射时(如图1)，反射光会集中从一个方向射出去；而发生漫反射时(如图2)，反射光则射向四处，其强度就会分散，再则，镜面反射时，由于反射面绝对光滑，会将入射光没有任何吸收地完全反射出去，反射光的能量因此不会有丝毫减少；而发生漫反射时，反射面则会吸收一部分入射光，然后再将其向四面八方反射出去，所以，在同样强度的平行光入射的情况下，镜面反射时，某一方向上的光会很强，若眼睛刚在那个方向上，则会观察到“耀眼”的光，在其他方向及发生漫反射时则感觉不到“耀眼”的光，当然，若光照很弱的情况下，即使在镜面反射的那个反射光的方向上也很难观察到“耀眼”的光；另外很多时候，入射到物体表面的光不是平行光线，尽管表面光滑，但反射光线也会射向各个方向而显得不是很“耀眼”，但一般总是比周围物体的反光要强一些，亮一些。

在实际生活中，我们会看到很多“耀眼”的光：如“黑板上出现的反光”、湖面上的“波光粼粼”、“光亮”的不锈钢圆柱表面、“锃亮”的皮鞋等等，这些事例中看到的“耀跟”的光都是镜面反射引起的。

姿势反射在跆拳道运动中的应用研究 篇4

目前有些学者误把状态反射与姿势反射混为一谈, 且不知犯了以偏概全的错误, 在文章里错把其它反射活动全当状态反射来运用, 这些学者没有弄清姿势反射的概念与原理, 更是在专项运动技能运用时误导读者。因此, 为了以正视听, 详细地阐述姿势反射的概念与原理及其在跆拳道运动中的运用势在必行。

1 姿势反射的概念与原理

人体姿势的维持依附于头部、颈部、躯干和四肢等各部位骨骼肌张力的协调配合。人体保持一定的动作姿势, 若该动作姿势受到破坏, 人体各部位的骨骼肌张力开始重新调配, 以恢复正常的身体姿势或维持身体的平衡。姿势反射, 是指动物或人体为维持身体基本姿势或改正自身在空间的姿势, 通过中枢神经系统而产生骨骼肌张力重新调配的反射活动。姿势反射可分为静位反射和静位运动反射。

1.1 静位反射

它是指因头部姿势改变时所产生一种姿势反射。包括状态反射和翻正反射两种反射活动。

1.1.1 状态反射

状态反射是指头部的位置改变时反射性地引起四肢肌张力重新调整的一种反射活动。这种反射包括迷路紧张反射与颈紧张反射。状态反射表现为: (1) 头部后仰引起上下肢及背部伸肌紧张性加强; (2) 头部前倾引起上下肢及背部伸肌紧张性减弱, 屈肌及腹肌的紧张性相对加强; (3) 当头部扭转或侧倾时, 引起同侧上下肢伸肌紧张加强, 对侧上下肢伸肌紧张性减弱。

1.1.2 翻正反射

翻正反射, 是指人和动物处于不正常体位时, 通过一系列动作将体位恢复常态的反射活动。

1.2 静位运动反射

它是指整个身体主动或被动地在空间位移时, 由于正负加速度作用引起的肌肉张力改变的一种反射活动[1]。包括旋转运动反射和直线运动反射两种反射活动。

1.2.1 旋转运动反射

旋转运动反射, 指身体在进行主动或被动旋转运动时, 人体为了恢复正常身体位置而产生的一种反射活动。

1.2.2 直线运动反射

直线运动反射, 指身体在主动或被动地进行直线加减速运动时, 即发生肌张力重新调配恢复常态现象, 它包括升降反射和着地反射两种形式[2]。

2 姿势反射在跆拳道实战腿法中的应用

2.1 在横踢中的应用

跆拳道腿法中, 横踢是最基础的腿法, 亦是实战中运用最多的腿法。在训练中, 掌握横踢动作的技术要领, 是学习旋风踢、双飞等腿法的重要基础。因此横踢动作在跆拳道运动中有着举足轻重的作用。

横踢腿法, 其动作分解过程 (以左架为例) 是, 右腿快速用力蹬地, 身体重心移至左腿并夹紧右小腿, 向正前方提起, 以左脚作支撑腿, 身体向左旋转, 头部前倾同时上体主动侧倾, 右小腿顺势弹踢, 膝盖朝左, 要求脚背绷平为击打面, 击打完快速收回小腿成右架姿势。横踢腿法击打的部位是对方的胸腹部、两肋及面部, 要求击打的空间位置较高。

在横踢动作中, 运动员为了保持击打腿与自身头部的夹角, 来保持或提高横踢的极大高度, 在右脚蹬地夹紧阶段, 头部微前倾并身体侧倾, 会为了要求运动员腹肌等屈髋肌发力, 同时击打腿同侧背部肌与腹肌同时收缩, 起到提高和保持髋关节高度的作用[3]。因此, 在横踢腿法中, 头部前倾正是利用状态反射的规律, 使运动员提高该腿法的击打高度和杀伤力。

2.2 在双飞踢中的应用

双飞踢是跆拳道比赛中较为常用的腿法之一, 亦是运动员主要的得分技术。

该腿法的动作过程, 以右架为例, 身体重心移至左脚, 提起右腿使用横踢, 然后在右腿未落下时, 立即提起左腿使用横踢, 亦即是连续两个横踢在空中连续弹踢。弹踢后, 两腿顺势自然下落并还原成右架姿势。

在双飞踢的动作过程中, 要求在第一个横踢击打时, 身体微后倾, 但头部保持前倾。头部前倾引起身体背部伸肌紧张性减弱, 屈肌及腹肌的紧张性相对加强。双飞踢要求运动员两腿在空中连续横踢, 为了维持平衡, 运动员腹肌应保持紧张, 而背肌应放松, 故要求运动员在该动作过程中保持头部前倾。且头部前倾下巴应正对胸腹正中线, 不能偏向, 否则会因两侧肌肉的紧与松导致该动作无法完成。因此, 在双飞踢腿法中头部前倾亦是利用状态反射的规律来保持身体肌肉的协调调配, 从而完成腾空动作, 提高该腿法的动作质量。

2.3 在下劈中的应用

下劈腿是跆拳道比赛中常用的进攻和反击对方进攻的主要动作, 主要攻击对手的面部。该腿法的动作过程为, 以左实战姿势站立, 身体重心先移至左腿, 提起右大腿, 同时向左略转髋并向上送髋, 使右腿膝盖尽量与胸部贴近, 身体重心顺势向上。右腿踢过头顶时, 上体保持正直或头部稍后倾, 同时右脚面绷直并快速向前下方下压, 用脚跟或脚掌下劈对手的头部, 身体重心顺势移至右脚, 此时头部及上体要稍后仰以控制重心, 击打完成后右脚自然下落成右实战姿势。

在该腿法中, 身体重心的变化较多, 主要靠头部动作的改变来保持运动员身体的姿势。在右腿举腿过头顶阶段, 头部前倾, 背部伸肌紧张性减弱, 屈肌及腹肌的紧张性相对加强, 以维持支撑脚及身体姿势的平衡与稳定;而在右脚向对手头部下劈时, 头部及上体稍后仰, 引起上下肢及背部伸肌紧张性加强, 利于运动员加大下劈的力度, 扩大下劈击打的幅度, 控制躯干重心, 提高下劈腿的杀伤力。因此, 运动员在下劈腿法中充分运用头部的前倾及后仰, 利用状态反射的规律, 可快速有效地转换身体重心, 控制肌肉力量, 完成下劈动作。

2.4 在后踢中的应用

后踢在跆拳道比赛中常用于反击对手进攻, 主要攻击对手的胸腹、两肋及头部。该腿法的动作过程为, 左实战姿势站立, 身体重心移至左脚, 以左脚尖为轴, 左脚跟外旋, 身体向右后方转动, 同时提起右腿, 使右腿大小腿保持折叠, 脚尖勾起, 头部配合稍向右后方转动[4]。右腿向后方平伸蹬直, 在蹬直前膝盖稍向右侧外翻, 用脚跟击打对手的胸腹部。击打后, 右脚顺势下落成左实战姿势, 然后后撤右脚, 还原成右实战姿势。

后踢腿法的动作要领中, 身体向右后方转动, 同时头部稍向右后方转动阶段, 头部后转有助于运动员找准击打目标, 准确定位击打对象。且头部右转, 引起同侧上下肢伸肌紧张加强, 即利于右腿在后踢过程中平伸后蹬时加强肌肉的力量, 提高右腿后踢的杀伤力。因此, 运动员在后踢的过程, 通过头部右转, 利用状态反射的规律, 可提高后踢腿法的的击打力度和精准度。

2.5 在旋风踢中的应用

旋风踢亦称为后转体横踢, 是比赛中常用的腿法之一。该腿法动作过程为右实战姿势站立, 以右脚前脚掌为轴, 脚后跟外旋, 重心移至右脚。头部带动身体向右后方转约360度, 左脚随势向后转动。随后身体稍后仰, 头部前倾, 左脚落下的同时右脚蹬地使用右腿横踢动作, 击打完后, 两腿顺势下落成右实战姿势[5]。下劈腿法主要用于中远距离时使用, 关键要领在于运动员是否可以完成向后转身360度, 而向后转身的关键要点在于, 头先转, 带动上肢, 随后带动全身转体360度, 此时正是运用翻正反射的原理, 头部的转正带动躯干, 躯干带动下肢运动;另外一个要点, 身体旋转一周后, 右脚弹跳腾空横踢阶段, 头部前倾且躯干须后仰, 头部前倾时可引起背部伸肌紧张性减弱, 屈肌及腹肌的紧张性相对加强以控制躯干重心, 维持空中右腿的横踢动作。因此, 在旋风踢腿法动作中, 运动员可运用头部的翻正及前倾, 利用翻正反射和状态反射的规律, 以快速有效地掌握旋风踢动作中转体一周及腾空横踢的技术要领, 提高旋风踢的完成质量。

2.6 在后旋踢中的应用

后旋踢亦是跆拳道比赛中运动员反击对手进攻的主要技术之一, 其击打的部位主要是对手的面部。该腿法的动作过程为, 右实战姿势准备, 以左脚为轴, 左脚跟外旋, 身体重心移至左脚, 头部向右后方转动, 牵引身体向右后方转动, 同时提起右大腿向斜后方40度左右蹬伸[6]。借助转身的惯性, 右腿向后划一个半圆形的水平弧线, 快速屈膝用脚掌击打对手头部。击打后, 重心依然在左脚上, 右脚顺势落下, 并还原成左实战姿势。

后旋踢腿法难度较大, 须掌握该腿法的动作核心要领, 即转身后右腿蹬伸动作才可高质量地完成后旋踢。在后旋踢的动作过程中, 头部向右后方转动, 牵引身体向右后方转动时, 头部向右后转, 引起同侧上下肢伸肌紧张加强, 可提高右大腿向斜后方蹬伸的力量, 加大屈膝用脚掌击打对手头部的速度及击打力度;头部向右后转动, 依次带动上肢、躯干及下肢的翻正, 使右腿在空中划出半圆形后顺势落成左实战姿势。因此, 在后旋踢腿法中, 运动员可运用头部姿势或空间位置的改变, 利用状态反射及翻正反射的规律, 以快速提高后旋踢旋转的速度、加强后旋踢的击打力量, 利于实战中提高击打精准度及杀伤力, 且右腿顺势迅速回落成实战姿势, 可准备下一轮的进攻及反击。

3 姿势反射在跆拳道品势中的应用

跆拳道品势, 又称型或套路, 是练习者以技击为主要内容, 通过攻守进退的动作编排, 以达到强身健体、培养意志的一种练习形式。跆拳道品势与中国武术套路较为相似, 都是将一定的数量的攻防动作组合起来, 编排成固定的套路。品势是学习跆拳道的入门技术和基础。

练习跆拳道可使练习者正确地掌握跆拳道攻防动作的基本技能, 提高练习者的身体素质。跆拳道品势有很多种, 包括太极、高丽、金刚、太白、平原、十进、地跆、天拳、汉水、一如等, 其中太极包括一章至八章, 共八个套路。套路中包含着复杂多变的冲拳、踢腿等进攻及格挡防守动作。头部空间位置的变化在跆拳道品势中有着非常重要的作用, 以动作简单易学的初学套路, 太极一章为例。

太极一章包含18个攻防动作, 其中身体向左右方向变化的很多, 向后撤步转身的动作有三个, 此三个动作中都要求头部先转动, 顺势依次带动上肢、躯干及下肢的转动, 从而完成动作。其一, 太极一章中, 第三个动作, 右脚向后方撤步, 头部带动身体向右后方转身, 紧接右手下格挡的动作。其二, 太极一章中, 第九个动作, 左脚向后撤步, 头部带动身体向左后方转身, 紧接右手中格挡的动作。其三, 太极一章中, 第十五个动作, 右脚向后方撤步, 头部带动身体向右后方转身, 紧接右手上格挡, 左脚前踢, 冲左拳的动作。太极一章中此三个转身动作, 都要求头部动作的转动带动身体的转动, 充分利用翻正反射的规律, 提高转身的效率, 以高质量地完成跆拳道品势动作。

在其它品势动作中, 亦可将状态反射、着地反射等规律应用其中, 以提高跆拳道品势内容的质量。

4 总结与建议

跆拳道运动是一项以腿法为主、直来直往的格斗技术, 要求运动员对腿部、腰腹及上肢等各部位的控制能力较高, 而运动中头部位置的变化对运动员身体肌肉重新调配有着非常重大的作用。因此, 正确合理地运用姿势反射有助于快速地掌握跆拳道腿法的技术, 提高跆拳道腿法的质量与攻击力, 且在跆拳道品势中, 应用姿势反射的规律可规范动作规格, 提高攻防动作的质量。综上所述, 姿势反射与跆拳道运动技能关系密切, 跆拳道教练员和教师在教学与训练中, 应使学生理解姿势反射的概念和原理, 重视和正确地运用姿势反射, 提高跆拳道运动技能, 推进跆拳道运动的发展。

参考文献

[1]体育院校成人教育协作组《人民体育出版社》教材编写组.人体生理学[M].北京:人民体育出版社, 1999:339.

[2]全国体育院校教材委员会.运动生理学[M].北京:人民体育出版社, 2002:228.

[3]龚循谦.状态反射在跆拳道运动中的运用[J].山东体育科技, 2005 (12) :9.

[4]杨亮.跆拳道教程[M].北京:人民体育出版社, 2007:17.

[5]刘卫军.跆拳道[M].北京:北京体育大学出版社, 2000:68.

反射运动 篇5

1 实验

1.1 实验原料

金红石型钛白粉:RCL595(澳洲美礼联),ALTIRIS-550、800(美国亨斯迈);空心玻璃微珠,美国3M公司;重质碳酸钙:1250 目,河北保定望都县白特粉体有限公司;煅烧高岭土:GT-1250,河北保定望都县白特粉体有限公司;沉淀硫酸钡:1250 目,郑州同创化工有限公司;纯丙乳液:AC-261,陶氏化学;水性国产色浆:炭黑、铁黄、铁红、酞菁蓝、酞菁绿、大红、有机橙;分散剂:731A,陶氏化学;消泡剂:CF246,英国布莱克本;润湿剂:CF-10,陶氏化学;p H值调节剂:AMP-95,安格斯;防腐剂:RS,英国索尔;流平剂:RM2020,陶氏化学;防冻剂:丙二醇,国产;成膜助剂:醇酯12,陶氏化学;增稠剂:ACRYSOL DR-72,陶氏化学。

1.2 主要仪器设备

高速分散机、色差仪、Perkin Elmer Lambda 950 型紫外-可见光-近红外分光光度计。

1.3 反射隔热涂料制备与性能测试

1.3.1 白色反射隔热涂料的制备

按表1 基础配方制备白色反射隔热涂料。

1.3.2 彩色反射隔热涂料的制备

在白色反射隔热涂料中加入普通色浆(炭黑、铁黄、铁红、酞菁蓝、酞菁绿、大红、有机橙)配制成彩色涂料。

1.4 光学性能测试方法

颜色:使用色差仪测试涂层的表面颜色参数L*、a*、b*值。

太阳光反射比和近红外反射比:制样和测试方法按JG/T235—2014《建筑反射隔热涂料》进行。

2 结果与讨论

2.1 白色涂料的光学性能研究

2.1.1 钛白粉对太阳光反射比的影响

金红石型钛白粉折射系数高,遮盖力好,是影响白色反射隔热涂料反射比性能的关键因素。按表1 配方,考察不同厂家和牌号的钛白粉对太阳光反射比的影响,测试结果见表2 和图1。

注:(1)TSR为总太阳光反射比,即250~2000 nm反射与入射太阳光辐射能量的比值;(2)RNIR为近红外反射比,即在780~2000 nm反射与入射太阳光辐射能量的比值。下同。

从表2 和图1 可以看出,不同厂家和牌号钛白粉的白色涂料总太阳光反射比差别不大,2#和3#涂料样品在长波近红外光区(1100~2500 nm)具有较高的反射比。这是由于钛白粉粒径不同造成的,普通金红石钛白粉的粒径为0.2~0.4 μm,而ALTIRIS -550 的粒径为0.6 μm,ALTIRIS -800 的粒径为0.9μm,比普通金红石钛白粉粒径大,红外光反射能力略有增大[1]。

2.1.2 常用填料对太阳光反射比的影响

以金红石型钛白粉RCL595 为着色颜料,按表1 白色涂料的基础配方,考察常用填料重质碳酸钙、煅烧高岭土、沉淀硫酸钡对太阳光反射比的影响,试验结果见表3、图2。

从图2 可以看出,加入不同的常用填料后,太阳光反射比随波长的变化规律基本一致,白色涂料的太阳光反射比差别不大。

2.1.3 空心玻璃微珠对太阳光反射比的影响

按表1 配方,以金红石钛白粉RCL595 为着色颜料,分别加入涂料质量4%和8%的空心玻璃微珠,测试涂膜的太阳光反射比,结果见表4 和图3。

从表4 和图3 可以看出,空心玻璃微珠的加入可以明显提高涂料的近红外反射比和太阳光反射比。这主要是因为空心玻璃微珠是薄壁中空球体,具有较低的导热系数,在涂层中紧密多级排列,形成真空层,对太阳辐射热有极强的反射和阻隔作用[2,3,4]。

2.2 普通颜料对涂料反射比的影响

在分别以金红石型钛白粉RCL595、金红石型钛白粉RCL595+空心玻璃微珠4%、亨斯迈钛白粉ALTIRIS-550 为着色颜料的白色基础漆(1＃、7＃、2＃)中,添加炭黑、铁黄、铁红、大红、酞菁蓝、酞菁绿、有机橙色浆,考察这些颜料对涂料反射比的影响,结果见表5~表7 及图4~图6。

从表5~表7 和图4~图6 可以看出,与白色基础漆相比,加入普通颜料后,太阳总反射比和近红外反射比均有所下降,涂料的反射比谱图变化较大。加入炭黑后,涂料的太阳光反射比和近红外反射比均大幅降低,不能达到JG/T 235—2014 的规定要求。其余颜料对涂料在1200~2500 nm范围内的反射比影响较小,主要影响在380~1200 nm范围内。铁红、大红、有机橙有很好的近红外反射比值,可以达到JG/T 235—2014的规定要求;酞菁绿在可见光范围内反射比值较低,从而使得涂料的太阳光反射比值较低;铁黄在380~780 nm可见光范围内反射比较高,780~1200 nm范围内的反射比较低,导致涂料的太阳光反射比合格,近红外反射比值不合格。

另外,加入空心玻璃微珠可以提高涂料的太阳总反射比和近红外反射比;亨斯迈钛白粉基础漆具有很好的近红外反射比,加入普通色浆后比相同明度和颜色的金红石型钛白粉RCL595 涂料的太阳光反射比和近红外反射比均较高。

3 结论

(1)白色涂料具有较高的太阳光反射比,钛白粉是影响白色涂料反射比的关键,ALTIRIS-550 和800 有较大的粒径,比普通金红石型钛白粉的白色基础漆有较高的近红外反射比;常用填料的影响很小。

(2)空心玻璃微珠可以提高反射隔热涂料的太阳光反射比和近红外反射比。

(3)炭黑明显降低太阳光反射比,不能用于反射隔热涂料配方中;铁黄的近红外反射比较低;酞菁绿的太阳光反射比较低;铁红、酞菁蓝、大红、有机橙可以用于反射隔热涂料配方中;除炭黑外,其它颜料加入到含有一定量空心玻璃微珠和钛白粉ALTIRIS-550 的白色基础漆中,反射隔热涂料反射比可以达到JG/T 235—2014 标准规定要求。

参考文献

[1]林宣益.有色反射隔热建筑涂料探讨[J].中国涂料,2013,28(9):23-26.

[2]刘亚辉,冯建林,许传华.空心玻璃微珠在反射隔热涂料中的应用[J].现代涂料与涂装,2014,17(2):22-24.

[3]张雪芹,徐超.建筑反射隔热涂料的关键技术及其应用[J].新型建筑材料,2015(10):1-4,57.

气压反射声波 篇6

1 气压反射声波的概念

是指入射声波从共鸣腔体入射端口 (包括开口、闭口) 射入, 在入射端口发生“一定频率的气压变化”, 在共鸣腔体另一端开口 (必须是开口) 形成气压反射, 发生“相同频率的气压变化”, 因为符合声波的内在运动规律, 在共鸣腔内产生一种与入射声波频率相同、振幅相同 (或接近) 、波长相同 (或接近) 、传播方向相反的反射声波, 简称“气压反射声波”。它既不是由波疏媒质入射在波密媒质界面上的反射声波, 也不是由波密媒质入射在波疏媒质界面上的反射声波, 属于无界面反射声波。考古发现, 气压反射声波在8千年前就被我们的华夏先祖利用, 利用鸟兽肢骨制作竖吹骨笛, 是大自然的鬼斧神工造就了它产生的条件, 直到今天才得以呈现于世人面前。

2 气压反射驻波的概念

是指共鸣腔内, 入射声波和气压反射声波叠加形成的驻波。气压反射驻波的产生, 首先气压反射声波的能量要满足要求, 就是说气压反射声波的振幅要与入射声波相当。

3 共鸣腔端口气压反射能量的传递速度

空气柱一端变疏 (密) 时, 另一端几乎“同时”变疏 (密) , 这是帕斯卡定律起作用的结果。按照帕斯卡定律, 在密闭容积里, 施加于静止液体上的压强将以等值、“同时”传到各点, 气体和液体有相似之处, 都是流体, 从“同时”传到各点中可以发现, 如果容积特别大, 也是“同时”传到各点, 可见压强的传递速度是多么的快。我们又从科学实践中得知, 在密闭容积里压强变化的传播速度, 远大于声速。例如, 某处天然气管道发生泄漏, 远在千里之外的站点就立刻侦测到压力的变化, 一千多公里, 超音速飞机要飞上个把小时。

4 共鸣腔内的气压变化不影响端口气压变化传递

在密闭管道内不管液 (气) 压如何变化, 不会影响管的一端反射到另一端的液 (气) 压变化及其传播速度, 这是帕斯卡定律的升华。例如医生推拉注射器, 注射器里常出现气泡, 但丝毫不影响针头射出、吸入药水, 注射器就是根据帕斯卡定律发明的。又如医生给病人打吊针, 朔料管内经常出现气泡, 针头照样射出药水。

5 气压反射声波的形成过程演示

设入射声波射入共鸣腔左端口 (开口、闭口都可以) 向右传播声波, 右端口是开口。

5.1 声源质点振动的第一个1/2周期 (半个周期)

左边的开或闭口端是声源处, 入射声波射入共鸣腔, 左端口处的气压减小时, 反射到右端口气压会同时减小。因为气压变化的传播速度远大于声速, 不管共鸣腔有多长, 声源左端口处变疏时, 另一端开口几乎同时变疏。左端口处变疏时, 变疏的势能, 转换成左端口腔内右边的质点向左移动的动能, 传递到第一个1/2周期波长的距离上。

右端口处受到左端口处的气压反射“压强”, 同时变疏, 质点之间产生引力, 右端口腔内左边的质点, 受到右端口处变疏的引力, 向右移动, 这是右端口处变疏的势能, 转换成了右端口腔内左边的质点向右移动的动能, 并将向右移动的动能, 向左传递到第一个1/2周期波长的距离上。

5.2 声源质点振动的第二个1/2周期 (一个周期)

左端口处变密时, 第一个1/2周期波长的能量, 向右传递到第二个1/2周期波长的距离上;左端口变密的势能, 转换成左端口腔内右边的质点向右的动能, 传递到第一个1/2周期波长的距离上。此时, 第一个1/2周期波长上的质点向右移动, 第二个1/2周期波长上的质点向左移动。

右端口处变密时, 第一个1/2周期波长的能量, 向左传递到第二个1/2周期波长的距离上;右端口腔内左边的质点, 受到右端口处变密的排斥力, 向左移动, 这是右端口处变密的势能, 转换成了右端口腔内左边的质点向左移动的动能, 并将向左移动的动能, 向左传递到第一个1/2周期波长的距离上。此时, 第一个1/2周期波长上的质点向左移动, 第二个1/2周期波长上的质点向右移动。