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冰雪科學課|跳躍和旋轉的藝術

■為什麼花樣滑冰運動員在旋轉的時候先張開雙臂再迅速收攏?

答:花樣滑冰是一項把驚險與美麗發揮到極致的運動,而跳躍和旋轉又是花樣滑冰裡最精彩的一刻。

首先,運動員會張開雙臂,抬起一條腿開始旋轉。此後他會收起雙臂和腿,旋轉速度就會加快,這是物理原理——角動量守恆在起作用。

角動量守恆是說:一個轉動的物體,在沒有外力矩的時候,轉動慣量和角速度的乘積是不變的。轉動慣量描述各部分質量與到轉軸距離的關係,物體的質量越大,質量分佈和轉軸越遠,轉動慣量就越大。而角速度描述轉動快慢,角速度越大,轉動就越快。

最初,運動員伸出雙臂和腿,質量分佈與轉軸距離遠,轉動慣量大,所以角速度慢;後來運動員收起雙臂和腿,質量分佈與轉軸近,轉動慣量小,所以角速度就快了。

■花樣滑冰的冰刀前方都有一段鋸齒,這些鋸齒有何作用?

答:這個鋸齒可是大有講究的!在運動員旋轉時,很多時候是在向後滑冰,用前半部刀刃接觸冰面,前方的鋸齒能夠起到很好的穩定作用,讓運動員不至於摔倒。而且,當運動員騰空而起,再落回冰面的時候,也是前方的鋸齒先接觸冰面,並且深鑿入冰,這樣才能讓運動員迅速穩住。

■在花樣滑冰雙人滑專案中,男女組合的拋跳十分精彩,這一動作有何物理學原理?

答:在拋跳前,男運動員會伸臂用力拉女運動員,自身速度減小,女運動員速度增大,把自身的速度轉移到女運動員身上,在物理學上叫做動量守恆。而在“拋”時,就像玩竹蜻蜓一樣,男運動員將女運動員當成一個“棍兒”,向水平方向“搓著轉出去”,女運動員像陀螺一樣獲得了一個力矩,讓自身旋轉起來。同時,女運動員會利用刀刃努力蹬冰,完成“跳”的動作。這樣,就可以獲得向上的速度。只有男運動員搓的勁足夠大,女運動員蹬冰的力足夠強,才能跳得更高,轉得更快。

(李永樂/講解 中央紀委國家監委網站 張梓健/整理)

分類: 情感
時間: 2022-01-25

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