如果一只猫从高处掉下来,它会扭动身体以脚着地。这个神奇的求生动作,科学家从物理学角度做了解释:猫以腰为支点,前、后两部分身体分别做出反方向的转体动作。首先向后伸出后腿增加后半身的转动惯量,同时把前腿缩在胸前,以减少前半身的转动惯量。如此一来,在满足运动平衡的前提下,后半身只需反方向转动一点,前半身就可以大幅度地转身面向地面了。随后再伸展前肢、缩回后腿,重复以上转动,使后半身也转向地面。依靠对运动物理学精湛的运用,它们可以成功地四脚着地,而不是摔个四脚朝天。

物理学家使用“等效下降高度”的概念来量化这种情况下的潜在影响。一个从49米高空坠下的人肯定会受伤,但是,当滑雪板沿着一定角度斜坡向下滑行时,就相当于从低得多的高度下降,重力势能被转化为向前移动的动能。因此,在陡坡落地更安全,膝盖受冲击力量也小得多。

此外,跳跃姿态的微小差异会影响运动员的动量。比如,急剧上升的曲线会引起向后旋转。在雪地里,一个滑板运动员可能在起飞时得到一个意想不到的角度,从而直接影响着陆时的结果,并可能引发运动损伤。

尽管采取了所有的物理预防措施,但莫里斯对天气状况表示了担忧,而这正是组织者无法控制的因素。如果天气条件较好,那么在起飞和降落的几秒、十几秒内,参赛运动员只要关注自己的动作就好了。

物理学家使用“等效下降高度”的概念来量化这种情况下的潜在影响。一个从49米高空坠下的人肯定会受伤,但是,当滑雪板沿着一定角度斜坡向下滑行时,就相当于从低得多的高度下降,重力势能被转化为向前移动的动能。因此,在陡坡落地更安全,膝盖受冲击力量也小得多。

加州大学天体物理学家马尔福萨·布拉达所教的课程是运动中的物理学,除了滑雪,还包括冲浪。他说,从16层楼高的跳台上跳下,运动员面临的是与猫同样的处境——如何旋转并安全落地。“与猫不同的是,运动员的脚被绑在了雪板上。”

即将在韩国平昌举行的冬季奥运会,新增了单板滑雪大跳台、速度滑冰及冰壶混双等几个新项目。而单板滑雪大跳台可能最抓眼球,因为高达49米的世界第一高滑雪坡道,将创造惊人的新技巧,危险而壮观的滑雪动作。

即将在韩国平昌举行的冬季奥运会,新增了单板滑雪大跳台、速度滑冰及冰壶混双等几个新项目。而单板滑雪大跳台可能最抓眼球,因为高达49米的世界第一高滑雪坡道,将创造惊人的新技巧,危险而壮观的滑雪动作。

尽管采取了所有的物理预防措施,但莫里斯对天气状况表示了担忧,而这正是组织者无法控制的因素。如果天气条件较好,那么在起飞和降落的几秒、十几秒内,参赛运动员只要关注自己的动作就好了。

此外,跳跃姿态的微小差异会影响运动员的动量。比如,急剧上升的曲线会引起向后旋转。在雪地里,一个滑板运动员可能在起飞时得到一个意想不到的角度,从而直接影响着陆时的结果,并可能引发运动损伤。

空中转体后怎么安全落地,得向猫学习

国际滑雪联合会竞赛主管罗波尔图·莫里斯对媒体说:“在设计阶段,我们在考虑起飞角度和着陆角度时,会仔细观察所有的测量数据和飞行曲线。一个好的跳跃动作,会让运动员在落地时几乎感觉不到冲击,这是我们的目标。”

国际滑雪联合会竞赛主管罗波尔图:莫里斯对媒体说:“在设计阶段,我们在考虑起飞角度和着陆角度时,会仔细观察所有的测量数据和飞行曲线。一个好的跳跃动作,会让运动员在落地时几乎感觉不到冲击,这是我们的目标。”

起飞瞬间的精准动作设计,能减少运动损伤

任何绕轴旋转的物体,比如旋转的陀螺,都倾向于以同样的速度旋转,除非某个物体挡住了它的方向,或者它自己改变了形状。滑雪者也是如此,角动量总量基本保持不变(除了受到空气阻力的一点点影响)的情况下,运动员在空中拉回手臂会旋转得更快,反之,如果把手臂伸出去,就会变慢。

派洛特、加赛尔和其他佼佼者除了本能地操控身体进行复杂的旋转、扭曲动作,其实还用到了角动量原理。

科罗拉多矿业学院物理学家詹姆斯:麦克尼尔对冬季公园地形进行了建模,并基于此设计安全的跳跃姿势。“这并不意味着运动员不再受伤,但起码会降低受伤的可能性和程度。”

今年的滑雪选手包括加拿大的麦克斯·派洛特和奥地利的安娜·加赛尔。他们在上个月末美国科罗拉多州举行的冬季项目比赛中名列前茅。令人印象深刻的是,派洛特做出了5次完整的侧转体和4次完整的正面翻滚转体,且每次都完美地滑板触地。

为了在这场比赛中脱颖而出,运动员必须控制自己的神经和肾上腺素,同时直观地掌握角动量守恒、雪热力学等物理学知识,否则,只要一个失误,就会带着扭伤的手腕、脚踝和膝盖损伤回到地面、离开赛场。

(科技日报北京2月5日电)

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