■为什么花样滑冰运动员在旋转的时候先张开双臂再迅速收拢?
答:花样滑冰是一项把惊险与美丽发挥到极致的运动,而跳跃和旋转又是花样滑冰里最精彩的一刻。
首先,运动员会张开双臂,抬起一条腿开始旋转。此后他会收起双臂和腿,旋转速度就会加快,这是物理原理——角动量守恒在起作用。
角动量守恒是说:一个转动的物体,在没有外力矩的时候,转动惯量和角速度的乘积是不变的。转动惯量描述各部分质量与到转轴距离的关系,物体的质量越大,质量分布和转轴越远,转动惯量就越大。而角速度描述转动快慢,角速度越大,转动就越快。
最初,运动员伸出双臂和腿,质量分布与转轴距离远,转动惯量大,所以角速度慢;后来运动员收起双臂和腿,质量分布与转轴近,转动惯量小,所以角速度就快了。
■花样滑冰的冰刀前方都有一段锯齿,这些锯齿有何作用?
答:这个锯齿可是大有讲究的!在运动员旋转时,很多时候是在向后滑冰,用前半部刀刃接触冰面,前方的锯齿能够起到很好的稳定作用,让运动员不至于摔倒。而且,当运动员腾空而起,再落回冰面的时候,也是前方的锯齿先接触冰面,并且深凿入冰,这样才能让运动员迅速稳住。
■在花样滑冰双人滑项目中,男女组合的抛跳十分精彩,这一动作有何物理学原理?
答:在抛跳前,男运动员会伸臂用力拉女运动员,自身速度减小,女运动员速度增大,把自身的速度转移到女运动员身上,在物理学上叫做动量守恒。而在“抛”时,就像玩竹蜻蜓一样,男运动员将女运动员当成一个“棍儿”,向水平方向“搓着转出去”,女运动员像陀螺一样获得了一个力矩,让自身旋转起来。同时,女运动员会利用刀刃努力蹬冰,完成“跳”的动作。这样,就可以获得向上的速度。只有男运动员搓的劲足够大,女运动员蹬冰的力足够强,才能跳得更高,转得更快。
(李永乐/讲解 中央纪委国家监委网站 张梓健/整理)