冬奥会里的物理小知识丨速度滑冰“压弯”的原因

在本届冬奥会中，有很多物理小知识。今天本站要给大家的讲解的物理原理，涉及到的比赛项目是中国冬奥会队伍的强势“夺金点”——短道速滑。感兴趣的小伙伴一起来看看吧！

了解冬奥会的人都知道，中国的短道速滑队战绩辉煌，堪称中国队在冬奥会上的“王者之师"。

中国短道速滑队

2002年美国盐湖城冬奥会，中国女子短道速滑运动员杨扬获得500米、1000米冠军，这是中国冬奥会金牌史第1、2枚金牌。

2014年温哥华冬奥会上，在主教练李琰的带领下，由王濛、周洋、张会、孙琳琳组成的中国女子短道速滑队，包揽了女子500米、1000米、1500米和3000米接力女子短道速滑项目的全部四枚金牌，创造了历史。

2018年平昌冬奥会，中国短道速滑队武大靖获得500米冠军。含金量十足！

在短道速滑比赛途中，个人最喜欢的场面就是运动员们的“弯道”超车，要知道短道速滑中弯道大约占总距离的50%，能否掌握弯道技巧对于速滑运动员非常重要。

运动员们过弯道时，身体总是大幅度向内倾斜，一边的身体几乎贴着地面。问题来了：

这种“压弯”的目目的是什么？物理原理又是什么呢？

如果用一句话简单解释“压弯”原理，就是重力与离心力的力矩平衡，说的再简单点就是“不压弯，会被甩出去”。

No1.力平衡

运动员滑冰转弯看作圆周运动，此时冰刀卡在冰面上时受到的摩擦力提供向心力。为了方便研究，引入了另一个虚拟的力，即“离心力”，其大小与向心力相等，方向相反。

如下图，讨论力平衡问题↓↓↓

因此在水平方向上，摩擦力f等于离心力v2m/r。

No2.力矩平衡

除了力的平衡分析，接下来还要对力矩平衡进行分析。

如果滑冰转弯时人的身体是直立的，上半身会因为惯性会做离心运动而被“甩出去”。你肯定有过这样的经验：车转弯时，车内的乘客容易向外倾倒，这时候一般人的上半身会不自觉的向内倾斜做出“抵抗”。

不仅仅是滑冰运动员，摩托车过弯时也有明显“压弯”现象。

如图，为了保持平衡，以冰刀和地面接触点为圆心，重力的力矩应该等于离心力的力矩。

一通推导完毕，你会得到上面的式子↑↑↑

可以看出，如果转弯时的速度很大，为了不被甩出去有两种方法：

①增大转弯半径r：这也是机动车在高速行驶时不能急转弯的原因；

②增大倾斜角度θ：因为短道速滑的比赛场地弯道固定，所以运动员告诉转弯时，必然要身体会大幅向内倾斜。

需要补充一点：关于“压弯”现象，很多人会把它的原理等效为高中物理教科书上的“火车转弯”模型。这是不严谨的，因为火车转弯主要靠内外侧铁轨的高度差实现，这时是靠铁轨倾斜的“支持力”和重力的合力来提供向心力。

而滑冰运动员、摩托车手压弯时，支持力一直是竖直向上的。

怎么样，感受到理论物理的神奇了吗？看懂的，没看懂的，都来点个赞吧！

更多“2022年北京冬奥会高考知识点汇总”：

点击查看>>>2022年北京冬奥会高考知识点汇总【建议收藏】