第32届奥运会于2021年8月8日在日本东京落下了帷幕，纵观本次奥运，中国代表团表现优异，屡创佳绩。
来源 | 人民日报
这里面，有一个人，没有登上领奖台，但能作为一个黄种人代表中国走进该项目决赛就已经是一个伟大的奇迹了，那就是“飞人“苏炳添！百米赛跑一战封神，燃爆瞬间举国沸腾，半决赛9秒83，决赛9秒98创造了新的亚洲纪录，再次挑战了黄种人的极限！
来源 | 澎湃新闻
你可能会好奇，百米赛跑计时如何能精准到毫秒呢？
精准的计时是衡量运动员跑得快慢的最有效、最直观的标准，不论是往期成绩载入史册，还是今朝新将打破前人记录，越是精准的计时对成绩的记录就越有意义。
在人类在速度上追求更快更强的同时，时间计量的精准度也在不断进步。当我们还在做着“百米赛跑裁判应该是先听到枪声还是先看到烟雾开始计时”的中学试题时，奥运会早就进入了全自动电子计时时代。
计时器的发展
>>>>机械时代
1896年第一届雅典奥运会上，采用的是瑞士浪琴公司制作的手动计时怀表。大家也都知道，手动计时极易受人为因素的影响，精度也不高，误差会很大。
机械计时表的精度在不断提高，但其准确度连1/10秒都无法接近，而“失之毫厘，差之千里”，1/10秒的时间在百米赛跑上能产生的距离差度也是显而易见的。直到1932年，1130号机芯计时表运用于应届奥运会，计时表的精确度有了明显的突破，接近1/10秒。>>>>初生电子时代
1949年欧米茄公司和英国竞赛终点记录公司共同制作出以石英驱动的时间记录仪，并开始使用于1952年的赫尔辛基奥运会，这是竞赛计时的一个伟大的突破。从此，奥运会进入石英电子计时的时代。石英电子记录仪的精度不仅可以达到1/100，计时更稳定，误差大大缩小，还能附设高速打印机即时打印比赛结果，功能更强大了。
>>>>光影结合时代
其实早在1945年，欧米茄公司就研发出第一台移动式独立光电子眼设备，有“魔眼”之称。精确度高达1/1000 s，极速拍摄的照片可以解决肉眼无法判断的胜负之分，也无需运动员奋力撞线才能停止计时，运用于1948年奥运会。1949年“狭缝”终点摄影机被研制出来，与光电子眼设备“魔眼”结合，开启了体育计时新纪元。而后创新技术不断诞生，光影结合的设备不断升级优化。信息技术的蓬勃发展，给百米赛跑计时带来的进步是飞跃性的。1992年美国公开了一种利用帧间隔为1/25秒的终点摄像机、光电传感器确定赛跑时间的方法，由发令枪启动，触发计时设备，运动员起跑，经过终点线、中断辐射源和探头传感器辐射时，光电传感器产生信号，依此记录时间。
1994年中国公布了一种图像显示式计时设备，实现了通过普通电视获取赛跑即时终点影像。2002年美国能在屏幕显示的赛跑计时系统，2006年日本的通过移动终端记录、管理、交流信息系统，2012年欧米茄发明的分辨率高达千万分之一秒的量子计时器……
科技的创新进步，将计时器推向更完善、更准确的高处，在奥运赛跑项目上发挥着至关重要的作用。1932年前的奥运会由于技术的限制，采用的都是人工计时。那么正如上文提到的问题一样，裁判是枪响之后开始计时，还是看到炮烟之后开始计时呢？
答案是，看到炮烟开始计时。因为常温下声音在空气中的传播速度是340 m/s，从起跑线打出的枪声传到终点线的计时裁判耳朵里要耗费0.29 s左右的时间，运动员都跑出好几米了裁判才开始计时显然是不实际的。而光在空气中的传播速度约为3*10^8 m/s，所以炮烟的传播速度远远快于枪声，时间短到可忽略不计。
然而，枪一打出，烟雾就会随之逸散，虚无缥缈状、又是远距离观察，裁判也很难准确把握烟雾出现的时刻。再加上裁判之间反应时间快慢、按键掐表灵敏度等主观因素不同，对选手成绩的记录就会有大大小小的偏差。这是非常不严谨的计时方式，存在着一定程度的不公平。
为了消除人为差异带来的计时偏差，人类想到了用电子技术代替人工。于是，1932年出现了能在终点线拍照并精密计时的“科比相机“，后续光影结合应用。1964年将发令枪、计时器和终点摄影机相连，一体化的系统设计将计时的精确度提高到一个新的层次。
到今天，高速运转的光感应终点摄像机每秒钟能拍下千张照片，并制作出组合图像，高精度量子计时器也能将误差精确到千万分之一秒。人类可以很自豪地说，现在的奥运会上，几乎不会出现因为计时误差产生的不公平了。奥运百米赛跑计时程序发展到今天，其复杂性和先进程度是我们难以想象的。发令枪、起跑器、终点计时设备都是相连的，指令信息能即时发送并传达。
不单是奥运会，所有国际赛事的百米赛跑项目都要求使用起跑器并做蹲起式起跑。裁判发出各就位和预备指令，选手必须马上做相应动作，双脚蹬在起跑器上并对其施压，做好启动准备，只待枪声。计时官扣动发令机，终点计时设备立即启动；同时，为确保公平，每个选手起跑器上的扬声器会放大指令枪声，选手起跑。
奥运田径运动规定，做好最后起跑姿势后，在枪响之前不得移动或有任何起跑动作，否则会被判为抢跑，抢跑一次，直接取消比赛资格。也不能用声音或动作干扰他人，否则算起跑犯规。为防止抢跑，电子起跑器足板上设有压力传感器，考虑到运动员的听到枪声反应时间不会低于 0.1 s，而且起跑瞬间双脚要给足板相当大的作用力才能获得瞬间初速度，故奥运会百米赛跑规定枪响0.1秒内运动员对起跑器压力大于30 N判为抢跑。如果出现有人抢跑，须重新发令。
百米赛跑运动员必须全程在自己的跑道上跑，如若错跑，不计成绩。到达终点的参测物取决于运动员的躯干，不包括头、颈、臂、腿、手、足，先到终点线者名次列前。如果成绩相等，则名次并列；如果是决赛中第一名成绩相等，则由裁判长依情况决定是否重赛，若不重赛，也并列第一。你可能觉得，以现代计时器的精准程度之高，出现成绩并列的概率，可不堪比彗星撞地球？其实不然，奥运百米赛跑的计时精度只取到千分之一秒，所以，名次并列也还是存在一定可能的。赛道终点设有红外光电拦截系统，当第一名运动员越过终点线时会触发激光信号，激光拦截设备快速显示第一名运动员的成绩；还有一台与终点线平行安装的高速线阵摄影机，能以每秒千张的摄像速度将扫描图像并发送信息给计时台；计算机将图像和时间合并处理，再经技术人员通过图像判别成绩，最终得出比赛结果。作为一项古老而传统的竞赛，百米赛跑一直都用最原始的方式向人类极限提出挑战，我们在不断突破自我，对计时的功能性、精密度也有越来越严格的要求。那么，人类的极限在哪里呢？1968年墨西哥奥运会的百米赛跑，人类第一次突破了10秒大关，那位破纪录的伟人戴维·帕尔这样说：“那是一道虚掩着的门”。
来源：数字北京科学中心
编辑：zhenni
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