Як фізика тримає фігуристів витончено у вищій науці Смітсонівський журнал
Кожен поворот, поворот і стрибок спираються на володіння складними фізичними силами
Цього місяця в Пхенчхані елітні команди фахівців з фізики та матеріалознавства з усього світу зачарують нас показними проявами грації та сили. Ми зазвичай називаємо цих експертів спортсменами. Гімнасти демонструють своє тонке розуміння сили тяжіння та імпульсу. Пловці та дайвери опановують динаміку рідини та поверхневий натяг. Лижники використовують свої знання про тертя та гідрологію, а люгери дотягують свої аеродинамічні відбивні до меж. Зрештою, олімпійці розуміють науку на вісцеральному рівні так, як більшість з нас не розуміють.
Пов’язаний вміст
Одне з найкращих місць для вивчення цього різноманіття фізичних сил - фігурне катання. Кожен поворот, поворот і стрибок фігуриста починається з рівноваги. А баланс покладається на те, що ви можете утримувати свій центр маси - який, як випливає з назви, є центром, де знаходиться маса об’єкта - безпосередньо над точкою контакту з льодом. Для дуже симетричного об’єкта, такого як коло чи сфера, який знаходиться в мертвій точці. Що стосується більш поміркованої, вибоїстої форми людського тіла, центр маси змінюється від людини до людини, але має тенденцію бути трохи нижче пупка. Через ковзання, обертання, зльоти та посадки фігурист повинен утримувати центр маси, вирівняний ногою на льоду, - або ризикувати прийняти падіння.
У фігурному катанні важливим є не лише центр маси. «Момент інерції», показник розподілу цієї маси відносно центру ваги, також має різницю. Коли фігурист виконує сліпучий спін, вони контролюють свою швидкість обертання, підтягуючи руки, щоб зменшити момент інерції та пришвидшити обертання, або розводячи їх, щоб зменшити момент інерції та повільного обертання.
Люди, які віддають перевагу фізиці на менш слизькій поверхні, можуть крутитися в офісному кріслі з витягнутими руками: потягніть за руки, і швидкість віджиму зростає. Це збільшення зумовлене принципом, який називається збереженням моменту імпульсу. Більш високий момент інерції відповідає меншій швидкості обертання, а менший момент інерції відповідає вищій швидкості обертання.
Але як би хороші не були спіни, стрибки можуть бути найкрасивішими прикладами з фізики на ковзанах. Фігуристи злітають і пливуть по витонченій параболічній кривій, обертаючись у процесі руху. Цей компроміс між енергією, яка використовується для вітрильного спорту та спінінгу, робить стрибки такою важкою - і вражаючою - частиною буденного режисера.
"Це становить три компоненти: на скільки кутовий момент ви залишаєте лід, наскільки малим ви можете зробити свій момент інерції в повітрі і скільки часу ви можете провести в повітрі", - говорить Джеймс Річардс, професор кінезіології та прикладної фізіології в Університеті штату Делавер, який працював з олімпійськими фігуристами та їх тренерами над вдосконаленням техніки стрибків. Його група виявила, що більшість фігуристів мали необхідний кутовий момент, залишаючи лід, але іноді мали проблеми з отриманням достатньої швидкості обертання, щоб завершити стрибок.
Навіть крихітні зміни положення руки під час обертання можуть призвести до успішно виконаного стрибка. "Що шокує, це те, як мало потрібно, щоб зробити величезну різницю", - говорить він. "Ви рухаєте руками на три-чотири градуси, і це трохи збільшує швидкість обертання".