短道速滑今日決戰!想要滑得快,學好物理有多重要?_風聞
Science_北京-不惧过往,不畏将来!2022-02-17 15:23

今天,短道速滑迎來收官日,將產生男子5000米接力和女子1500米兩枚金牌。張雨婷、韓雨桐、張楚桐亮相女子1500米賽場;武大靖、任子威、孫龍、李文龍、張添翼出戰短道速滑男子5000米接力A組決賽。
在期待運動員們精彩角逐的同時,你有沒有發現,短道速滑比賽中,運動員們滑得非常“絲滑”,看起來不太費力?轉彎的時候用手撐住地面,是為了找準重心嗎?
其實,在這項競速運動的背後,有着滿滿的科技含量,運動員的發力角度、冰面的摩擦力、冰刀的曲線等等,都可能會影響到運動員的成績。
而這背後,其實藴藏着大量物理知識。

△短道速滑的標準姿勢——中國短道速滑隊選手武大靖
冰刀裏的奧秘

一副出色的冰刀就像孫悟空手裏的如意金箍棒,是運動員們獲得比賽勝利的技術保障。
運動員的冰刀鞋根據比賽需求,分為速滑冰刀鞋、球刀鞋、花樣刀鞋等,不同類型冰刀鞋的結構都有所不同。而且,它們的側面形狀和刀刃設計中都有着豐富的力學原理。
短道速滑的冰刀側面是一條複雜的曲線,弧形的具體設計和運動員的習慣和動作息息相關,並沒有統一的設計標準和理論分析。
按照現有的一些數值模擬結果,曲率半徑在15~20m的擺線形設計可能有利於在具體發力時降低冰面和冰刀之間的摩擦。

△冰刀前中後段的弧形各有不同(圖片來源於微信公眾號“中科院物理所”)
而且,冰刀的刃是一個槽型的寬刃。運動員在通過彎道時,在同樣的劈背正壓力作用下,槽刃冰刀嵌入冰面的深度更大,可以提供比單刃冰刀更大的受力面積。因此,使用槽刃冰刀可以使運動員在過彎時不必減速,更加流暢地完成兩個直道間的過渡。

△單刃冰刀(左)和槽刃冰刀(右)在轉彎蹬冰時的受力比較(圖片來源於微信公眾號“中科院物理所”)
運動員愛摸冰?

説到轉彎,大多數觀眾可能都發現了,運動員在轉彎時幾乎都會摸冰,為什麼會有這個動作?答案是,主要為了增加蹬冰力。
“蹬冰力”是增加短道速滑選手前進的推動力,但保持其快速前進又不摔倒,還需要恰到好處的向心力。蹬冰角的角度越小,獲得的前進力量越大,推進身體運動速度也就越快。
短道速滑選手的彎道向心力有一個複雜的計算公式,通過物理力學計算出運動員在彎道獲取最大向心力的身體傾斜角度,運動員在彎道的向心力來自身體向彎道圓心方向傾斜時的重力(G)及支撐反作用力(F)的合力,其大小等於支撐作用力的水平分力(Fa)。

摸冰也並不是防止被“甩出去”和實現有效推動的萬能方法,還要配合上運動員強有力的肌肉支撐。中國短道速滑選手武大靖,就曾在綜藝節目中展示過自己強健的大腿肌肉。

冰鞋和衣服的小**“心機”**

冰刀對運動員成績的影響至關重要,冰鞋也內涵“玄機”。
短道速滑冰鞋的鞋幫較高,靈活性稍差但支撐性較好,因為短道速滑運動員在過彎時離心力更大,對踝關節穩定性的要求更高。而且,短道速滑的冰刀刀體更短,以保證運動員在轉彎時即使傾斜角度很大,冰鞋也不會接觸冰面。
運動員穿的衣服也有很多講究。
通過實驗發現,並不是越光滑的表面風阻就越小,“恰恰是一種有肌理的凹坑結構面料,產生的阻力是小的。”在身體不同部位,凹坑結構的形狀、大小、深度都是不同的。新款短道速滑服最大減阻率超過10%。
看來,想要獲得冠軍,除了刻苦訓練,完善技能之外,計算好運動員在競技中的各項傾角、數據等至關重要,最後,再匹配上特質的服裝與冰鞋,當所有因素最佳的時候,就是運動員奪得冠軍的時刻!
今晚,希望中國短道速滑選手能好好摸冰,取得好成績!
◎內容來源:微信公眾號“中科院物理所”“壹讀”“國家人文歷史”
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