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【宇宙磁場課】掌握好這些知識點,下屆冬奧你就是看點!

2022-02-25

馬上要進入三月了,相信同學們經過兩周的調整已經完全開啟了新學期的“巡航模式”。

 

天才少女谷愛凌、實力靠譜武大靖、一鳴驚人蘇翊鳴,一場精彩盛大的北京冬奧會引發了全民冰雪運動熱??廴诵南业谋荣惐澈筇N藏著值得同學們深入探索的物理知識!

 


丹秋名師堂 春季素質課

宇宙磁場課,正式起航

 

丹秋名師堂全新的春季素質課將會在趣味實驗、生活見聞中讓孩子建立對科學的宏觀認知,培養孩子對物理、生活、空間探索的興趣。

 

讓孩子切實感受到它們的真正魅力,為將來的學習打下基礎,學習起來才會游刃有余。丹秋春季素質課【空間探索課】這就來為大家講講冰雪運動背后的奧秘!

 

01. 花樣滑冰選手為什么能在冰上飛舞?

 

今年大熱選手羽生結弦在賽場上完成了史詩級高難度動作4A。雖然轉體動作在原理上似乎并不復雜,但跳躍動作則具有一定的挑戰性。運動員在起跳時需要注意用力方向,腳蹬冰面時施加一個斜向下的力,使其離開冰面做斜拋運動。這個力同時提供了斜拋運動的初速度,以及形成運動員轉體角動量的力矩。

 

 

羽生結弦會“飛”這件事兒,藏不住了

 

運動員如果進入騰空階段,所受外力力矩為零(重力作用質心),無法改變角動量。這時他們往往通過改變姿勢來減小轉動慣量,增大轉動角速度,例如將雙臂展平,將手聚到頭頂等。

 

知識小筆記

 

這里面涉及到的物理概念有:角速度、角動量、角動量守恒。

 

如果物體所受合外力矩等于零,或者不受外力矩作用,物體的角動量保持不變,這個結論叫做角動量守恒。

 

在光滑的冰面上旋轉時,若忽略摩擦力、空氣阻力,那么初始的角動量視為固定值,初始手臂伸展轉動慣量I。在身體收緊時,就是將旋轉半徑r變小的過程,即轉動慣量變小,根據角動量守恒,角速度自然就變大,所以就轉得越來越快。

 

此外,A跳是一個向前跳躍的動作,在轉體之前,運動員的重心不可避免地處于冰刀的外側,如果稍不注意,冰刀極有可能發生橫向打滑,危險性很大。

 

02冰壺比賽為什么要瘋狂擦地?

 

冰壺是一項集技巧與智慧于一體的體育運動,被大家譽為冰上的“國際象棋”。歷屆比賽中我國的冰壺項目成績斐然。

 

選手投出絲滑的線路,一定是和賽道的光滑程度是正相關的。其實這樣的想法是有常識誤差的。

 

 

 

冰壺賽道并不是平整光滑的表面,制冰師每次在制冰時,會在光滑如鏡的冰面上噴灑水珠,這些水珠遇冷迅速凝固成冰粒,如同細小的“鵝卵石”或“小疙瘩”,而這樣做的原因竟是為了減小摩擦。

 

知識小筆記

 

因為冰壺大約20千克一個,壺底是平面,中心凹進去一點,放到鋪滿小冰粒的冰面上,接觸點的壓強很大,導致冰的熔點降低而熔化,熔化后的水膜可以減小摩擦。所以冰壺并不是在冰面上滑行,而是在這些“冰粒上滑行。

 

所有觀看冰壺比賽的觀眾,印象最深的莫過于運動員手持“掃把”快速在冰壺前移動的場景。

 

 

搓搓搓,縱享絲滑~

 

看似“無用功”,其實正是通過快速的清掃,才能在冰壺短暫的滑行過程中改變其運行軌跡和速度,達到“布場”和“入局”的目的,冰刷起到了“導航”的作用。

 

那到底為什么要“擦冰”呢?這個過程實際叫做“刷冰”,是冰壺比賽重要技術之一。

 

知識小筆記

 

刷冰的主要目的在于,通過冰刷的摩擦,使冰面溫度升高,造成冰面熔化,在冰表面形成一層水膜,減小摩擦力讓冰壺旋轉更少并滑得更遠,而刷冰面的強弱程度則決定選手計劃讓冰壺留在什么位置。

 

03短道速滑運動員過彎怎么保持傾斜不倒?

 

今年中國短道速滑隊以2金1銀1銅的優異成績,再次印證了“你永遠可以相信中國短道速滑隊”這句話。在短道速滑比賽中,運動員們的“彎道”超越往往是最緊張激烈的場面。

 

 

 

Q & A

那阿丹學委提問了:短道速滑運動員過彎時為什么身體要傾斜呢?

A 減輕膝蓋壓力 B 增加向心力

 

b是正確答案

 

知識小筆記

 

如果用一句話簡單解釋“壓彎”原理,就是重力與離心力的力矩平。如果轉彎時的速度很大,為了不被甩出去有兩種方法:

 

1.增大轉彎半徑r:這也是機動車在高速行駛時不能急轉彎的原因;

 

2.增大傾斜角度θ:因為短道速滑的比賽場地彎道固定,所以運動員告訴轉彎時,必然要身體會大幅向內傾斜。

 

 

 

短道速滑選手的彎道向心力有一個復雜的計算公式,通過物理力學計算出運動員在彎道獲取最大向心力的身體傾斜角度,運動員在彎道的向心力來自身體向彎道圓心方向傾斜時的重力(G)及支撐反作用力(F)的合力,其大小等于支撐作用力的水平分力(Fa)。

 

所以在轉彎時運動員都會有統一的“模冰”動作,其實這是為了增加“蹬冰力”也就是前進的推動力,但保持其快速前進又不摔倒,還需要恰到好處的向心力。蹬冰角的角度越小,獲得的前進力量越大,推進身體運動速度也就越快。

 

春季素質課之【宇宙磁場課】開課啦~

周一至周五,下午5:30-8:30

 

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讓孩子學習動能加強,快樂自由成長

 

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