擦地刷能手的物理之道

时间:2024-06-26 21:35:02

2014年2月7日,索契冬奥会开幕了,我们这篇小故事,必须要给这次冰雪运动的大集会中看起来似乎最没技术含量的一项比赛一个大特写:“擦地刷能手”——冰壶运动比赛。对比赛规则不熟悉的朋友,可以把它联想成一场冰上法式地滚球。运动员4人一队相互对抗,让将近20千克的“巨型”花岗岩冰壶在冰道上滑行,最终将其送进一个叫“家”[1]的目的地。

冰壶运动的特别之处在于,它是唯一一项能够在投掷物被掷出后改变其运动轨迹的比赛。为此,两名运动员需要在冰壶前方用冰壶刷猛擦冰道,此举旨在降低冰面的摩擦系数。他们在给冰壶加速的同时,也使冰面形成一条光滑带,延长了花岗岩制成的冰壶的滑动距离,直至到达营垒的中心。

这项诞生于苏格兰的运动现在已经非常流行,也引起了爱丁堡大学研究人员的兴趣。其中有3人,布莱特·马默、马克—保罗·白金汉以及珍·布莱克福德,他们将注意力集中在了冰壶运动中运用的摩擦学原理(摩擦学是研究摩擦力的一门科学)上,他们思考的是如何让冰壶刷操作者的动作达到最佳状态,并将研究成果发表在了2006年的《运动工程学》杂志上。实验首先需要测量的是持冰壶刷的人使用的力和冰壶刷由此获得的速度。这样就可以用标准计量的力度和产生的速度打造出史上最有技术含量的冰壶刷,然后托付给英国奥运会代表队中最专业的双手。

同时得出的结论还有:冰壶刷运动员的动作频率可达4.5下/秒,冰壶刷的摆动速度为9千米/小时,施加的力可达到450牛顿。上述3人还发现,想要效率高,必须要最大限度地接近冰壶擦冰,否则,摩擦就会失去作用,因为冰面会迅速回到初始温度。根据这些测算结果,加上冰的传导率、密度以及制造冰壶刷毛的尼龙材质等因素,研究人员建成了一个数据模型,用来监测摩擦产生的热量。

冰壶运动的摩擦“艺术”主要分为两个派别,拥有两种观念。

最后一步是比较这些“头牌打磨师”的操作方法。冰壶运动的摩擦“艺术”主要分为两个派别,拥有两种观念:第一种是站在冰壶运动轨迹的前方,沿垂直方向打磨冰壶的运动轨道;而第二种是冰道上的运动员站在冰壶运动轨迹的后方,弯腰越过冰壶,沿平行方向打磨运动轨道。研究人员对数据模型进行分析后得出结论,第一种方法会造成对冰面加热的不平衡现象,打磨者在靠近自己的一侧会更加用力;而使用第二种方法,冰面温度上升得会更加均匀,增幅为0.2摄氏度。

擦地刷能手的物理之道

这项研究更精确地指出,在摩擦冰面的过程中,“冰壶刷之王”的心跳速度可达170下/分钟,但并没有提到他们会不会在做家务的时候也搞搞训练。

[1]译注:圆垒或营垒,冰壶运动中的终点,由4个大小不同的同心圆组成,法语中用maison(即“家”的意思)这个单词表示。