[翻譯]長板pumping的物理原理

作者：Garrett Milliron

來源：https://www.youtube.com/watch?v=YgUmAwq1WG4

翻譯：BoardFilter （微博： @boardfilter 知乎： @BoardFilter長板指南 )

編者按：長板pumping是非常基礎又樂趣十足的一種滑行動作，但為數不少的初學者掌握pumping的過程都要經歷一番曲折。Pumping的發力方式與動力轉化機制一直是練習者持續討論的話題。我們認為加深對pumping的物理原理理解，結合實際練習，能夠提高學習效率。翻譯了這個簡明視頻，希望對練習者有所幫助。

圖文摘要（完整視頻在文末）

你好，在這個視頻中我將討論滑板/長板pumping的物理原理。pumping是一種人體在滑板上的局部運動（指人和滑板的相對位置不變，這裡包含了一定近似）。pumping使你可以不需要蹬地而獲得向前的加速度，只靠移動自己的重心，你就可以向前推進。一開始，我只使用初中物理做解釋 - 這看起來是不可能的，但是我會給出細節，靈活運用物理定律，你也可以自己做一些推導。

首先我們從局部運動的基本形式開始...也就是直線運動，這也是這個討論的基礎。最簡單的，一輛車，與地球表面接觸，地球，可以認為具有無限大的慣性，所以如果你想讓車前進，你只需保持抓地，並讓地球向後移動。因為動量是守恆的，如果有一個物體向一個方向開始移動，那麼就會有其他物體向相反方向移動。地球看起來沒有動，因為地球的質量太大，所以地球速度的變化可以忽略不計。飛機沒有地球表面可供接觸，飛機前進靠的是螺旋槳，也就是一個電扇，電扇將前方的空氣分子向後移動，飛機以此獲得動力。火箭是第三個例子，這個是最難的，因為火箭在太空中，沒有可供附著的媒介表面提供摩擦力，所以火箭只能靠自身攜帶的物質完成推進，通過爆燃反應，非常少量的物質從噴管以非常高速飛出。如果我們用噴出物質的總質量乘以速度，這個數值等於火箭的質量乘以火箭前進的速度。整個系統的總質量不變，也沒有加速，但通過使燃料向後加速噴出，火箭獲得加速。

現在我們來看滑板。想像我們站在滑板的這裡和這裡，身體的重心在板的中心，如果身體重心向後移動，滑板會向前移動。但是這樣我們的重心會退出板面，我們會摔出去，所以不會獲得什麼速度。這樣的局部運動是無效的。但是在物理中，我們還有轉動系，和直線運動的概念一一相對應，角動量L對應直線運動的動量，轉動慣量I對應（慣性）質量，角速度 omiga 對應速度，角動量等於質量乘以物體到旋轉中心的距離（位置向量r）。而這是我們可以做文章的地方。

因為我們不能改變質量，但又想改變速度，我們沒什麼能改變的，能改變的是質量的分布，這正是轉動慣量要告訴我們的。

我們看一個滑板和U形池，有三個平直的區域，以及兩個帶弧度的區域。

用圓圈標出圓弧的曲率半徑，滑手在U池頂部彎曲膝蓋，保持膝蓋彎曲滑下來到達圓弧區域。

在圓弧區域中，他可以伸展他的膝蓋，這樣做使他的質心向旋轉中心移動。做一個示意圖，他的質心從這裡移動到這裡，他實際上朝向曲線中心點移動。也就是說質心距離曲線中心的距離r變小了。

角動量和r平方線型相關，如果轉動慣量變小，唯一能保持角動量守恆（為零）的就是角速度增加，角速度等於速度除以曲線的曲率半徑，所以角速度和線速度是線性成比例的，通過使角速度增加，線速度也就增加了。這樣就使我得到了前進的動力。

我要做的就是在這裡彎曲膝蓋，在這裡站直。在這裡彎曲膝蓋，在這裡站直。在這裡彎曲膝蓋......然後滑回來，再重複剛才的動作。在所有帶弧度的區域里，我給人-滑板系統注入能量，我實際上是將肌肉中的化學能轉化為動能。

我真正想解釋的是pumping在平地上是如何發生的。當你沒有U池的這些圓弧時，你仍然可以pumping，因為滑板的輪子連在橋上，而滑板的橋被設計成「傾斜-轉向」的，從而使前進路線變成曲線。從另一個方向壓板，則形成另一側的曲線路徑，兩側交替進行，則形成一個波浪線。

如果我們直接跳到這個位置...和之前一樣，這些地方是圓弧，我也用圓圈來表示曲率半徑，也有一些很小的直線區域，我用藍色表示。

在直線區域，我彎曲膝蓋，當我在曲線區域時，例如在粉色點這裡，我的身體向圓心傾斜。因為有離心力的存在，所以我向內傾斜，利用重力來抵消離心力。向內傾斜時，因為我的膝蓋已經是彎曲的，所以我可以伸展我的膝蓋，這同樣導致了我的質心向曲線中心移動。所以當我向傾斜方向移動質心時，我是在向彎內傾斜，所以我是注減小我的r，在另一側也是一樣的。伸展膝蓋，向傾斜方向移動質心，和在U池類似，我可以靠蹲下、站起給系統注入動能，也就是將肌肉的化學能通過做功轉化為「人-滑板系統」的動能。

另一個方法是使用能量視角看這個問題。做功等於力乘以距離，而做功是機械能的變化。機械能等於1/2質量乘以速度變化的平方，所以通過做功，我增加了速度。至於如何理解實際pumping的力如何做功，在我的本地參照系中，這是抵抗離心力的力，這個力（等於離心力）為質量乘以速度平方除以曲率半徑，所以更小的轉彎半徑、更快的速度會產生更大的加速。我伸展膝蓋的程度越大，做功距離也就越長，距離越長，做功越大，速度的改變也就越大。最後我想說的是，這是你可以用膝蓋、你也可以用你的胳膊和身體，這裡不做討論了。謝謝觀看。

完整視頻

https://www.zhihu.com/video/947038079610028032