想玩好冰壶,你先得学好物理!蝌蚪五线谱 2018-03-01 |
冰壶是冬奥会中比较不同寻常的运动项目之一,经常被拿来和沙弧球相比较。
由投手将一个大约42磅(19千克)重的冰壶石推出,两名队友则手持毛刷在冰壶滑行的前方快速擦刷冰面。这种清扫的动作会使冰的温度升高,冰面变得光滑,从而减少冰壶石和冰面之间的摩擦力。
冰壶石在冰面上远远地滑行出去逐渐呈直线,选手们的最终目标是让它到达营垒的中心。
只要超过了对方距离圆垒中心最近的冰壶石,在那之内的所有本方冰壶都可以得分,最后分数高的队伍获胜。
来自北不列颠哥伦比亚大学的物理学教授Mark Shegelski发表了几篇与冰壶相关的物理原理的科学论文,帮助我们揭开了冰壶运动的科学面纱。
摩擦摩擦
摩擦力是影响冰壶运动的至关因素。
一旦冰壶石的速度变慢,就会开始朝一个方向偏转,路径变成弧线。如果是逆时针偏转,冰壶石就会旋向左边。如果是顺时针,就会旋向右边。
图片:Paolo Bona/Shutterstock/Business Insider
对于一个逆时针旋转的冰壶石,在它的前半部分,它运动的方向向左,摩擦力的方向则是相反向右。
在它的后半部分,运动方向是向右的,所以摩擦力的方向是向左。最重要的是,冰壶石前后两部分的摩擦力大小并不相等。
这是因为冰壶在冰面上滑动时,有前倾的倾向。先走一步的前半部分会比后半部分产生更多的力,所以相对的摩擦力也会更大。
如果在平滑的桌面上用倒置的杯子进行实验,就会看到杯子朝右旋转。因为杯子后部(侧转的方向向右)的摩擦力比前部(侧转的方向向左)小。
但当运动员用毛刷疯狂地擦扫冰面之后,冰壶石的运动就呈现出了不同的结果。
Shegelski认为,球员擦刷产生的高压使得冰壶石前方的冰面变暖,形成了一层非常薄的液体薄膜。
融化的冰起到了润滑剂的作用,使得冰壶前方的摩擦力变小。
这时冰壶石前部向右的摩擦力比后部向左的摩擦力小,因此冰壶石就变成向左旋转前进。
图片:Dina Spector/Business Insider
冰壶和冰
冰壶运动的场地不是雪橇或花滑那样光滑的冰面。
相反,制冰师会在冻结的冰面上喷洒上一层微小的水滴形成点状麻面,因此冰场表面上存在很多突起的小冰粒。Shegelski说道:“这就像是土堆中间有很多小山谷。”
根据Shegelski的说法,如果是光滑的冰面,冰壶石的走线太过弯曲,球员很难将它赶向圆垒。但若在赛道的表面撒上水珠,就能保证运动员可以通过刷冰来改变冰壶石与冰面的摩擦力。
除此之外,冰壶石的材料是一种防水性好的特殊花岗岩制成的,它的底部有一点轻微的倾斜。这种“防水”的特性让冰壶石不会被冰面吸附并卡住。
刷刷刷的目的
在冰壶比赛中,擦刷是个至关重要的动作。在冰壶石被掷出后,它会改变冰壶石的路径。
Shegelski表示,擦刷的动作通过加热冰面和减少摩擦力,令冰壶石的旋转角度变小,从而让它的路径变得更直。
与没有任何干扰相比,在冰壶石前方大力地擦刷冰面,能让冰壶石前进数米更远。
Shegelski说道:“如果投手掷石的速度太快,扫冰的远动员什么也做不了。但如果速度合宜,其他球员就能将冰壶石引向目的地。”
虽然对负责掷石的投手没有什么体力要求,但每个负责擦刷的运动员都需要保持良好的体能状态。
扫冰队员会通过将自己的重量压在刷子上,对冰面施加很大的压力。
但“要将刷子不断地快速来回移动,同时还要对冰面施加高强度的压力,你需要有强而有力的手臂、背部和其他躯干肌肉。”
蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者 狗格格,转载须授权
责任编辑:王超
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