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冬奥会新项目空中滑雪精彩刺激但其中的物理定律竟是向喵星人学来的

类别:极限运动 日期:2018-5-14 5:28:32 人气: 来源:

  为了在这场比赛中脱颖而出,滑雪运动员必须控制自己的神经和肾上腺素,同时直观地掌握角动量、能量守恒、雪热力学等物理学知识,否则,只要一个失误,就会带着扭伤的手腕、脚踝、膝盖损伤回到地面、离开赛场。

  堪萨斯州立大学物理学家迈克尔·奥谢说:“一些表演者可能开发新技巧,因为这将比以往条约的更高。”奥谢写过一本关于户外运动中的物理学的书,他说,新项目让运动员在空气中花费更多的时间,他们将不得不做出调整。

  如果光线或能见度不好,将很难看到地面正在以每小时50英里的速度向他们扑面袭来。“真希望运动员男子脑子里有个计时器,可以计算在自己在空中盘旋多久比较安全”。

  今年的滑雪选手包括的麦克斯·派洛特和奥地利的安娜·加赛尔。他们在上个月末在美国科罗拉多州的冬季项目比赛中名列前茅。令人印象深刻的是,派洛特做出了五次完整的侧转体(1800度)和四次完整的正面翻滚转体(1440度),且每次都完美滑板触地。

  派洛特、加赛尔和其他领先者除了本能地操控身进行复杂旋转、扭曲和在空中,他们其实还用到了角动量原理。

  任何绕着轴旋转的物体,比如旋转的陀螺,都倾向于以同样的速度旋转,除非某种物体挡住了它的方向,或者它自己改变了形状。滑雪者也是如此,角动量总量基本保持不变(除了受到空气阻力的一点点影响)的情况下,身体旋转速度会上升以保持动量不变。因此,大型雪板运动员在空中拉回手臂,他们旋转的更快,反之,如果把手臂伸出去,就会变慢。

  众所周知,喵星人都是自带天赋的神奇动物,在这方面它们更是远超其他,如果一只猫从高处掉下来,它会扭动身体以脚着地。

  这个神奇的动作,科学家从物理学角度做了解释:猫以腰为支点,前、后两部分身体分别作出反方向的转体动作。首先向后伸出后腿增加后半身的转动惯量,同时把签退所在胸前,以减少前半身的转动惯量。

  如此一来,在满足云动平衡的前提下,后半身只需反方向转动一点,前半身就可以大幅度地转身面向地面了。随后再伸展前肢、缩回后腿,重复以上转动,使后半身也转向地面。依靠对运动物理学精湛的运用,它们可以成功完成四脚着地而不是摔个四脚朝天。

  大学物理学家马尔福萨·布拉达正在教授的课程就叫做“加利福尼亚运动中的物理学”,除了滑雪,还包括冲浪。他说,从16层楼高的滑板台上跳下的滑板运动员,面临的是与猫同样的处境——如何旋转并安全落地。“与猫不同的是,运动员的脚是被绑在雪板上。”

  此外,跳跃的精确形状会影响运动员的动量。比如,急剧上升的曲线会引起向后旋转。在雪地里,一个滑板运动员可以在起飞时得到一个意想不到的角度,这可能直接影响到着陆时的结果,并可能引发运动损伤。

  科罗拉多矿业学院物理学家詹姆斯·麦克尼尔对冬季公园地形进行了建模,进而设计安全的跳跃姿势。“这并不意味着运动员不再受伤,但起码会降低受伤的可能性和程度”。

  大学戴维斯分校的机械和航空工程师蒙特·哈伯德说:“滑雪板选手知道他们在做什么,也能够在飞行中控制自己的身体,了解物理学知识会让他们如虎添翼。”

  大多数滑雪板跳跃时会有一个起飞点,然后是一个平坦的区域。在那里,选手们表演特技,然后是降落区域,那通常是一条与地面呈40度角的斜坡。

  物理学家使用“等效下降高度”的概念来量化这种情况下的潜在影响。一个从49米高空坠下的人肯定会受伤,但是,当滑雪板沿着一个角度斜坡向下滑行时,就相当于从低得多的高度下降,重力能量为向前移动的能量。因此,在陡坡落地更安全,膝盖受冲击所要吸收的能量也少得多。

  国际滑雪联合会的竞赛主管罗波尔图·莫里斯对说:“在设计阶段,我们在考虑起飞角度和着陆角度时,会仔细观察所有的测量数据和飞行曲线。一个好的跳跃动作,会让他们在落地时几乎感觉不到冲击,这是我们的目标。”

  尽管采取了所有的物理预防措施,但莫里斯对天气状况表示了担忧,而这正是组织者无法控制的因素。但如果天气条件较好,那么,在起飞和降落的几秒、十几秒内,参赛运动员只要关注自己的动作就好了。

  

关键词:空中滑板失误
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