體育的科學，冬奧會的顏值擔當項目，原來可以這麼美

2018冬奧會正在韓國平昌進行，雖然冬奧會的項目沒有夏季奧運會那樣多，但是冬奧會也有其獨特的魅力。在為數不多的冬奧會項目中，其中最能體現運動員顏值的項目就是花樣滑冰。

花樣滑冰是最能體現女運動員身體美麗曲線的項目，我們往往會在表演中看到平地旋轉、跳躍旋轉等高難度動作。

但是，對於一些初級選手並不容易完成這些動作，當一名花樣滑冰運動員旋轉時，她通過將她的手臂和腿部拉在一起來增加她的旋轉速度。這減少了她的旋轉慣性，使她旋轉得更快。

描述這種現象的簡單物理方程是：

其中，I是關於旋轉慣量，w是轉速。這個公式是對於沒有外部扭矩介入物體的情況下，角動量守恆的數學表達式，下標1和2分別表示「初始」和「最終」這兩種狀態。

在花樣滑冰的旋轉動作，沒有外力使她的身體在開始旋轉之後加速，要想旋轉得更快，必須將手臂和腿部拉在一起，這就能減少身體的旋轉慣量I，結果就是她身體的旋轉速度增加。

另外，還有另一種有趣的旋轉方式，是需要雙人完成的陀螺式旋轉動作，如下圖所示，男選手將他的女搭檔拉住並旋轉成幾圈。

男選手必須把他的刀鋒前端牢牢地放在冰面上，因為與隊友需要完成類似雙星旋轉的動作。這是由於在旋轉過程中產生的向心加速度。下圖顯示了相同的數字，標籤顯示了影響問題物理的重要數量。

m A是女子速滑運動員 的質量，m B是男子速滑運動員 的質量，M是系統質量，等於男子和女子速滑運動員的組合質量（M = m A + m B）。

請注意，紅點代表系統質量中心的位置。

L A是女子滑冰運動員的質量中心到系統質量中心的距離M ；L B是男子滑冰運動員的質量中心到系統質量中心的距離M ；P是樞軸點（旋轉中心）的系統。這是男性滑冰者的刀片的前端被嵌入冰中的位置；R是由系統M的質量中心描繪的圓的半徑，大約為點P ；w是旋轉速，單位為弧度/秒。

隨著兩名運動員的旋轉動作，它們作為一個整體移動，因此，它們可以被分析為一個剛體， 從牛頓第二定律可知道：

此運動的幾何體在紅點位置的合力為零，因此此時的系統是穩定的。

由於男、女運動員的體重分別在80kg、50kg左右，因此男運動員必須蹲下來，因為這使他有足夠的槓桿力量來保持自己的位置。同時，男運動員必須將冰刀的刀片橫放在冰面上，來保持他的平衡。

祝願中國運動健兒在本屆冬奧會取得佳績！

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文|由小來

圖片來源於網路