冰雪王國里的大學(xué)問

沙沙

在滑冰賽場上，運動員們僅僅用單腳立在冰面上就能像陀螺一樣快速地旋轉(zhuǎn)，輕輕一滑，就能滿場飛舞。是誰讓他們在冰面上高速運動的？是冰，還是腳下的冰刀？在滑雪場上，運動員高高躍起，穩(wěn)穩(wěn)地落在雪坡上，保證不會像個滑雪菜鳥一樣摔個四腳朝天。是誰讓他們落地落得這么穩(wěn)的？是地球引力還是自身的身法夠妙？

想不想知道答案？這可是一門大學(xué)問，與物理君有著莫大的關(guān)系呢！

冰上一把“刀”，到底誰當家

表面上看，冰刀是在冰上滑行。其實嚴格說起來，冰刀和冰面并沒有完全接觸，它們之間還有能起潤滑作用的水?？茖W(xué)家早就在探秘冰上的謎團了。早在1886年，愛爾蘭物理學(xué)家約翰·喬利就剖析過冰刀和冰面之間的秘密。他認為運動員穿著冰刀在冰面上時，冰刀會給冰面施加壓力，根據(jù)冰的物理特性，冰的熔點會隨著壓力的升高而降低。所以，當我們對冰面施加一定的壓力時，冰刀會使得冰面融化，產(chǎn)生薄薄的水層，進而降低冰面上的摩擦，起到潤滑作用，讓運動員獲得更高的滑行速度。

可是問題來了，賽場上的冰面溫度通常在零下4 攝氏度左右，如果要讓冰在這個溫度下融化，這需要很大的壓強。在運動員個人的體重方面，為了給冰面形成較大的壓強，運動員的體重至少要達到175千克。這是多么難實現(xiàn)的呀！當運動員滑過后，作用在冰面上的壓力消失，那部分水層又會重新凝結(jié)成冰，仿佛一切都不曾發(fā)生過。

不過，科學(xué)家們又提出了“表面融化說”——冰面上始終有一層不會融化的水，形成了水膜;溫度越高，水膜越厚，正是這層水起到了潤滑作用。有的科學(xué)家認為，冰刀在冰面上摩擦出冰轍的時候，會由于摩擦使得冰刀所接觸的冰面溫度略高于周圍冰面。冰刀和冰面之間形成高壓區(qū)，高壓區(qū)內(nèi)的冰液化，并與破碎的冰顆?；旌铣赡酀{，就能大大降低冰刀和冰面之間的摩擦，讓運動員滑行的時候耳畔生風(fēng)。

精準起飛，減少損傷

有人說貓有九條命，因為貓從高處掉下來總是毫發(fā)無傷。運動員要是也能做到這一點，那可就大大提升競技的勝出幾率了。于是物理學(xué)家對貓的落地秘訣進行了研究，原來貓是以腰為支點，在落地過程中讓前、后兩部分身體分別做了相反方向的轉(zhuǎn)體動作。在滿足運動平衡的前提下，貓通過重復(fù)轉(zhuǎn)動身體，分別減少前半部身體和后半部身體的轉(zhuǎn)動慣量，成功實現(xiàn)四腳著地。這堪稱是對運動物理學(xué)的絕妙運用，也給了物理學(xué)家們極大的啟發(fā)。

在滑雪運動中，大多數(shù)滑雪板跳躍時會有一個起飛點，經(jīng)過一段平穩(wěn)時間后，運動員們再降落在與地面呈一定角度的斜坡上。物理學(xué)家基于此精準設(shè)計起飛瞬間的動作、安全的跳躍姿勢，從而盡可能地降低運動員受傷的可能性和程度。在設(shè)計中，物理學(xué)家會考慮運動員的起飛角度和著陸角度，仔細觀察所有的測量數(shù)據(jù)和飛行曲線。運動員在落地時幾乎感覺不到?jīng)_擊，這才能稱得上是好的跳躍動作。

看，運動員在賽場上的優(yōu)異表現(xiàn)與其背后力學(xué)問題息息相關(guān)。了解了物理學(xué)知識再來運動，運動員們真如有神助?。?/p>

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北京冬奧會的冰雪“黑科技”

①九種型號的雪花：為了滿足不同比賽項目對雪花含水量和形狀的不同需求，北京冬奧會工作人員準備了九種雪花，以免對滑雪運動員造成阻礙。這不是浪漫，而是科技帶來的精準和專業(yè)。

②智能人工造雪：綠色環(huán)保是北京冬奧會的理念之一，所以我國科技人員已經(jīng)研發(fā)出了世界上最先進的智能造雪設(shè)備，可以根據(jù)外界環(huán)境的變化，來相應(yīng)地改變造雪效率，再也不用擔心水資源浪費問題了。

③場館速凍模式：北京五棵松體育館的籃球館，只需要短短6小時就可以銀裝素裹，化身冰球、花樣滑冰和速滑的比賽場地，這速度比你DIY雪糕一點也不差呢！650D113E-85B5-472A-BDCC-8B6B1914B512