这里面藏着太多物理学奥秘了物理学的奥秘 _这

文章插图
盯住下面的视频，仔细看，你会发现：当测试人员伸开手臂转得慢，当把手臂抱在胸前转动变快了！这是为什么呢？
我国从1980年开始派员参加冬奥会，那一次是第13届，一直到目前的第24届，小编粗略统计，仅在2010年温哥华第21届冬奥会上，申雪和赵宏博组合获得花样滑冰双人滑金牌。这么看来，冬奥会花样滑冰确实是我们的短板。
申雪和赵宏博夺冠
那转椅子快慢和花样滑冰有什么关系吗？关系特别大！你看花样滑冰运动员在起跳以后都要把手抱在胸前，这时候身体旋转得特别快，落地后张开双臂就慢下来了。
当运动员惊艳一跳时，他们的优雅和力量让我们眼花缭乱。如果把时间定格，我们会发现一道美丽的弧线，美得让人窒息。很多物理奥秘就藏在这项冰雪运动里，那就是掌握平衡、旋转速度和角动量。每一次转身、跳跃都依赖于对复杂物理力量的掌握。
物理，让花样滑冰运动员优雅地在空中飞行【这里面藏着太多物理学奥秘了物理学的奥秘】>>>平衡
花样滑冰是探索各种体力的最佳项目之一。运动员的每一次转身和跳跃都始于平衡，而要保持平衡，始终依赖于能够将身体的重心置于脚和冰面接触点的上方 。那人体的重心在哪里呢？往往因人而异，但通常略低于肚脐。花样滑冰运动员在做滑行、旋转、起飞和落地等动作时，始终要把重心与触地脚在一条竖直直线上，否则就有摔倒的风险。
>>>惯性矩和角动量
在花样滑冰中，除了保持平衡不摔倒很重要，还要看能在空中转几圈，这取决于滞空时间长短和身体旋转速度的大小。
我们先看旋转速度，通过刚才转椅子的实验，我们找到了物理规律：伸开胳膊转得慢，收缩胳膊转得快。这就涉及到第二个物理概念——惯性矩（类似于转动惯量），它是描述质量相对于重心如何分布的指标。当运动员张开手臂，惯性矩增大，旋转速度就降下来；反之会转得快。这就是著名的角动量守恒原理 。
这里出现了第三个物理概念——角动量（L），它是物体质点到旋转轴心的距离（r）与质点动量（mv）的乘积，即L=r×（mv）=mr2w，其中w是旋转的角速度（这个值越大，说明转得越快）。
这么看花样滑冰运动员要想在空中转得圈数更多，就要提高w，而旋转过程中角动量（L）保持不变，而且人体质量m也不变，只能尽可能地减少惯性矩来实现增加旋转速度的目的，这个可以通过减小身体旋转半径r来实现。而且，我们发现角动量L正比于r2，所以r变化一点，r2就变化很大，对旋转速度w的影响就很大。由此可以看到从控制旋转半径r这个点出发，收效最明显。通俗点讲就是要尽量紧缩躯体变得细长，让身体的每一部分都更靠近身体的旋转轴，最容易做到的就是把四肢尽可能收回来 。有研究显示，运动员在腾空后，在旋转过程中即使手臂位置的细微变化，都会影响旋转的成功与否，比如手臂紧缩的角度哪怕只差4~5°，对旋转速度的影响都很大。
>>>跳起高度和垂直速度
花样滑冰是在跳起后，通过一道优美的抛物线飞行，边飞边旋转。所以平衡也好，旋转速度也罢，还有一个关键的因素——滞空时间，它也直接影响了运动员在空中旋转的圈数。即使运动员平衡保持得再好，旋转速度更高，但是刚跳起来就落地，几乎没有滞空时间，那也无法展现花样滑冰这项运动的精髓。
这么看，运动员要想在空中多待会，就得增加起跳离地时的速度，确保这个速度在竖直方向上的分量越大越好。这就要求脚要给冰面施加更大的力量来获得冰面给人体的反力，从而跳得更高。既然跳起高度（和垂直速度）的大小取决于人体施加给冰面的推力的大小，那么就要看运动员收缩腿部肌肉再非常有力地伸展开的能力。
矛盾来了研究发现：运动员在起跳时，一部分能量消耗在起跳高度上（直接影响滞空时间），另外一部分能量用于保持必要的角动量来保证旋转速度。也就是说，运动员想要在空中待得长一点，就要损失一些角动量（旋转速度）；要想提高旋转速度，估计跳起的高度就会减小。
为了跳得更高，运动员可能会增强力量，这往往会导致他们增加肌肉质量，额外的质量可能会进一步增加惯性矩，结果就要损失一部分旋转速度。因此，用于滞空飞行和旋转速度的能量之间的权衡，使得跳跃成为花样滑冰运动员最难的抉择。
通过研究发现：运动员惯性矩增加带来的损失，要大于增加滞空时间带来的收益 。所以这个难题又甩给了运动员，需要他们自己来平衡。
其它影响因素运动员在跳跃旋转过程中，其他方面的微小差异也可以产生影响。比如，哪怕臀部和膝盖稍微弯曲，也可以让运动员以比开始起跳时以更低的重心落地，这样或许可以勉强获得一些宝贵的滞空时间，从而增加旋转角度，并以更好的落地身体姿势。
宝贵的实战经验通过对一些花滑运动员的比赛数据分析，得到一个很重要的经验。运动员只要能可靠地完成空中旋转动作，不论是转三圈还是四圈，他们都倾向于保持相同的滞空时间，也就是说他们更愿意把富余的能量用于适当提高起跳时的角动量并控制惯性矩，从而达到增加旋转速度的目的。换言之，比起滞空时间来，运动员更注重旋转速度的提高。
羽衣结弦花样滑冰的延时摄影

以上关于本文的内容，仅作参考！温馨提示：如遇健康、疾病相关的问题，请您及时就医或请专业人士给予相关指导!

「四川龙网」www.sichuanlong.com小编还为您精选了以下内容，希望对您有所帮助：

这里面藏着太多物理学奥秘了 物理学的奥秘

这里面藏着太多物理学奥秘了物理学的奥秘