本届冬奥会的男单目田滑比赛，今天凌晨大爆冷。哈萨克斯坦选手、21岁的米哈伊尔·沙伊多罗夫夺得金牌。
冠军米哈伊尔·沙伊多罗夫丨AP
比赛中多位名将通常失实，仿佛冰面被怀念了相似，包括被委托厚望的好意思国选手伊利亚·马里宁。即使他在前边比赛中积聚了重大的分数上风，即使是现在独逐一个辞宇宙大赛中跳出4A（阿克塞尔四周跳）的选手，却因多项跳跃动作未完成而未获奖牌。
米哈伊尔·沙伊多罗夫三周跳接四周跳
即使没那么懂时势溜冰的复杂评分端正，咱们也能在不雅赏高难度动作时赢得心跳加快，四周跳跃便是其中之一。
这些高难度跳跃各自齐有复杂的技能动作，不外它们也盲从着归并套基本的物理学礼貌。从力学的角度来看，时势溜冰四周跳的遗址是何如完结的呢？
起跳：高度和旋转的绝妙均衡
要思在空中完成多周旋转，领路员必须为我方争取充足长的空中时刻，并赢得充足大的旋动掸力，这两点齐由蹬冰起跳的动作决定。
起跳蓦的垂直朝上的速率决定了跳跃高度，同期也决定了滞空时刻。高水平领路员在起跳时垂直速率更大，这让他们能在空中停留更久，巧合刻转完更多圈数。顶尖花滑选手能达到的最大腾空时刻残害在0.7秒阁下[1]。
马里宁也曾成效完成的阿克塞尔四周跳，相称于在空中旋转1620度
落地手段也会影响滞空时刻。适合周折下肢流毒，不错让躯壳在要点更低时才战役冰面，让空中停留时刻略微增多。这么增多的时刻天然很短，但也有契机让领路员多旋转10-20度[2]，巧合可能会决定动作的成败。而高东谈主的对决，就在细节施展之间。
本届奥运会花滑比赛直不雅地呈现了起跳高度和滞空时刻（左下角）
增多滞空时刻对完成动作有益，但领路员明显不成把通盘力气齐用来朝上跳。在赢得垂直速率的同期，领路员还必须扭转躯壳和动作，在蹬冰时赢得旋转的能源。在这个流程中，领路员会赢得一定大小的角动量。这个物理量决定了空中旋转的后劲：角动量越大，高速旋转就越容易完结。
在起跳阶段，领路员必须让朝上跳跃和旋转跳跃的力度取得最好的均衡。
腾空：收紧躯壳决定成败
一朝腾空而起，领路员就无法再借助外力增多角动量，此时他们处于角动量守恒的景色。不外，在空中他们还能持续增多旋转速率，这是靠改变躯壳姿态完结的。
在快速旋转时，领路员老是会把手臂和双腿向内收紧，这是为了减少动掸惯量。动掸惯量是一个态状物体旋转惯性大小的物理量，它由物体的质地和质地的散播方式决定。
在收紧动作时，领路员的各部分质地齐很围聚旋转轴，此时动掸惯量就会减小；如若向外舒展肢体，动作质地散播在隔离旋转轴的场地，动掸惯量就会变大。
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收紧肢体与舒展肢体时的动掸惯量对比 | tdk.com
改变动掸惯量不错让旋转速率（角速率）发生变化。在角动量守恒的景色下，动掸惯量与角速率的乘积保持不变，因此动掸惯量越小，开云官方体育app角速率就会越大。
这是一个动掸惯量影响转速的施行演示。收紧玩物球让质地散播更围聚旋转轴，因此动掸惯量减小，此时玩物旋转的速率就变快了。| Physics Demos
也便是说，惟有在空中尽可能收紧动作，就能让领路员达到最快的转速，让四周跳成为可能。
天然看起来浅薄，但收紧姿势本色作念起来却很贫乏。如若在减轻景色下旋转，东谈主的手臂很容易受惯性影响向外甩。而这又会改变质地散播，导致动掸惯量增多，拖慢旋转速率。
为了幸免这少许，领路员就必须绷紧肌肉，施加向心力“拉住”手臂。圆周领路的向心力大小与角速率平日成正比，是以一朝旋调动快，“拉住”手臂所需的力就会增多。
旋转中保持手臂收紧其实很贫乏，因此花滑领路员也需要刚劲的上肢力量。从图中的模子演示不错看出，如若手臂收紧不及，旋转速率就会较着变慢。 | Jim Richards
在旋转终端落地时，领路员又会速即伸展双臂和目田腿。这么一来，动掸惯量大幅增多，角速率随之减小，领路员就更容易住手旋转并进行接下来的动作。
在旋转终端落地时，领路员总会速即伸展肢体，这亦然在依靠动掸惯量为止转速。 | NSF/Science360/NBC Learn
还能转更多吗？
刻下，高水平的男性选手和少数女性选手不错在花滑比赛中完成四周跳。跟着检修技能雠校，转圈数还有可能持续增多吗？
在比赛中完成过四周进步作的女性领路员刻下还比拟少，俄罗斯选手亚历山德拉·特鲁索娃是其中之一 | Wikipedia
专注于时势溜冰的生物力学辩论者黛博拉·金（Deborah King）指出，从表面贪图来看，完成旋转五周的后内结环跳或者后外点冰跳是有可能的[3]，而更高的旋转圈数应该无法完结。
就算表面上有可能，真确完结五周跳也会相称穷困。现在，领路员主要依靠收紧躯壳减少动掸惯量来提高转速。顶尖领路员照旧很好地掌捏了这一手段，这意味着靠持续收紧来提速的空间照旧很小了。
因此，要思转更多圈，就需要更强有劲的起跳：要么增多滞空时刻，要么增多运转角动量。这些齐需要刚劲的肌肉力量才智扶助。
然则，增多肌肉对花滑领路又有不利影响。肌肉量增疏漏味着领路员的躯壳容易变得更宽、更重——这又会增多东谈主体动掸惯量的最小值，让领路员即使收紧躯壳也没法转得很快。这种矛盾让旋转周数的提高变得很难。
比起健壮的领路员，咱们更常看到纤细娇小的花滑选手。窄体型和小体重齐有益于减少动掸惯量，让东谈主更容易旋转。| 图虫创意
天然，现在的技能动作照旧让花滑领路员承受了相称大的躯壳压力和受感冒险，持续挑战极限大约也不是理智的决定。
参考文件
[1] https://www.ithaca.edu/news/first-figure-skating
[2] King DL. Performing triple and quadruple figure skating jumps: implications for training. Can J Appl Physiol. 2005 Dec;30(6):743-53. doi: 10.1139/h05-153. PMID: 16485524.
[3] https://www.scientificamerican.com/article/how-olympic-figure-skaters-break-records-with-physics/
[4] https://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-physics-keeps-figure-skaters-gracefully-aloft-180968051/
[5] https://www.popsci.com/science/quadruple-axel-figure-skating-impossible/
[6] https://www.earwolf.com/episode/can-figure-skaters-defy-gravity-with-dr-deborah-king/
作家：窗敲雨
剪辑：luna
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