主题：【奥运中的物理知识4】撑竿跳高唱克服地球引力的凯歌

1994年7月31日，意大利塞斯特里尔田径场，号称“跳高沙皇”的乌克兰运动员布勃卡“揭竿而起”，把自己的身体撑向蓝天，一举越过了6.14米横杆。这是人类克服地球引力的凯歌，也是人类体育运动目前所达到的高度上限。在布勃卡时代，天下好手参加撑杆跳高比赛常常只有亚军可争了。 　　撑杆跳高究竟起源于何时已经很难考证。在远古的年代里，人们撑着一根木杆或长矛跨过溪流，越过短墙，腾上马背……此后渐渐发展为一项体育运动。1789年，德国人普茨跳过了1.83米，这大约是历史上第一个有案可考的撑杆跳高纪录。

1896年的第一届奥运会上，撑杆跳高就成为最引人入胜的正式比赛，不过属于体操项目。当时使用的撑杆大多由山胡桃木制成。美国运动员威廉.霍亚特靠着这种沉重、坚硬、粗笨的实心木杆，创造了3.3米的世界纪录。 　　幼年时代奥运会的滑稽故事在撑杆跳高项目中也不乏其例。1904年在美国圣路易举办的第3届奥运会上，日本选手左间代.富士从容不迫把撑杆插到地上，然后以极其麻利的动作来了个“顺竿爬”，直到高过横杆时才轻松跳下。他的这种“杂技表演”不仅令观众目瞪口呆，也叫裁判不知所措。此后才制定了起跳后握杆双手不能交替移动的“游戏规则”。 　　用竹竿取代木杆，是撑杆跳高历史上的重大进步。竹竿更富有弹性，天然的中空结构使撑杆的重量减轻有利于快速助跑。1908年伦敦奥运会上，美国耶鲁大学学生吉尔伯特第一次使用竹杆跳过3.71米获得冠军。他随后从巴黎购买了大量竹竿行销到美国各地。盛产上乘竹子的日本曾领尽风骚，洛杉矶奥运会上，日本选手西田修平仅以1厘米之差直逼霸主美国队，柏林奥运会两位日本运动员把奖牌切开再焊接成两块银、铜各半奖牌，这类奇迹和轶事都发生在日本撑杆跳高的“辉煌时代”。而历经5年时间阴干和炮制的日本撑杆工艺也首屈一指，各国好手几乎都把来自“竹乡”上野、四国的日本撑杆视为珍稀的上选。“竹竿时代”的世界纪录上升到了4.77米。

第二次世界大战没有理睬古奥运会“神圣休战”的原则，第12、13届奥运会成为历史上永远的空白。作为交战双方，欧美国家从日本进口竹竿的渠道也完全阻断。而苦难中的人类并没有因战争而丧失撑杆跳高的兴致，他们被迫另辟蹊径，早在1920年代便有人尝试的金属撑杆开始备受青睐。

　　和自然生长的竹竿相比，这种用瑞典钢和铝合金制成的空心撑杆更加轻便光洁，尺寸标准，坚牢柔韧，运动员可以更放心大胆加快助跑和提高握杆点而不用再担心“折戟沉沙”。世界纪录因此而提高到4.80米。

　　另外一项看似简单却功不可没的发明，是插杆斗的使用。早期的撑杆为了防止打滑，都在末端安上一个或者一组粗大的铁钉。1908年伦敦奥运会上，美国运动员吉尔伯特在撑杆的落地处挖了个坑，结果被视为犯规。直到1924年，木制的插杆斗才成为撑杆跳高的“标准配置”，从此运动员有了一个稳定可靠的“支点”。

　　1952年，当更轻、更韧、更富有弹性的玻璃纤维撑杆第一次在赫尔辛基奥运会出现时，谁也没有预料到撑杆跳高将进入一个梦幻般的新时代。1961年美国运动员戴维斯创造了玻璃纤维撑杆的第一个世界纪录4.83米。次年2月，约翰.尤尔西斯跳过4.89米。1964年弗莱德.汉森把世界纪录提高到5.28米。短短几年间，撑杆好手群雄竞起你追我赶，世界纪录墨迹未干便再被刷新，直到突破6米大关。和其他任何田径项目相比，这种势如破竹的“跃进”都是绝无仅有的。

玻璃纤维撑杆本身显然没有能量，究竟是何种原因导致了它如此“立竿见影”的功效呢？我们如果以“刚性”的木杆和“柔性”的纤维杆进行对照来做一番简略讨论，将会看到力学中关于能量转换的最生动演示。

　　玻璃纤维杆由于重量大大减轻，使运动员持杆助跑的速度得以猛增，而聚集在杆上的动能是和助跑速度的平方成正比的。再说“刚性”撑杆和地面的接触是“硬碰硬”的撞击，而“柔性”的纤维杆落地后则更像弹簧的压缩，两者造成的能量损失和对人体的冲击震荡显然大不相同。而当玻璃纤维杆变成一条大弧，运动员握杆点和插穴斗的直线距离则如一根弦，和“直挺挺”的不可压缩的木杆相比，人-杆转动半径明显缩短，竖杆的力矩大大减少，这意味着运动员能够轻易地提高握杆点。