本届冬奥会的男单解放滑比赛，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

比赛中多位名将经常诞妄，仿佛冰面被吊唁了同样，包括被托付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蓄了浩大的分数上风，即使是现时独逐个个辞寰宇大赛中跳出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

即使没那么懂表情溜冰的复杂评分礼貌，咱们也能在不雅赏高难度动作时赢得心跳加快，四周跳跃等于其中之一。

这些高难度跳跃各自齐有复杂的技艺动作，不外它们也罢免着合并套基本的物理学规章。从力学的角度来看，表情溜冰四周跳的古迹是怎么已毕的呢？

起跳：高度和旋转的绝妙均衡

要念念在空中完成多周旋转，诱导员必须为我方争取迷漫长的空中时分，并赢得迷漫大的旋动掸力，这两点齐由蹬冰起跳的动作决定。

起跳倏地垂直进取的速率决定了跳跃高度，同期也决定了滞空时分。高水平诱导员在起跳时垂直速率更大，这让他们能在空中停留更久，随机分转完更多圈数。顶尖花滑选手能达到的最大腾空时分梗概在0.7秒傍边[1]。

马里宁也曾见效完成的阿克塞尔四周跳，特殊于在空中旋转1620度

落地手段也会影响滞空时分。适宜周折下肢要道，不错让体魄在要点更低时才斗殴冰面，让空中停留时分稍稍增多。这么增多的时分天然很短，但也有契机让诱导员多旋转10-20度[2]，随机可能会决定动作的成败。而妙手的对决，就在细节发达之间。

本届奥运会花滑比赛直不雅地呈现了起跳高度和滞空时分（左下角）

增多滞空时分对完成动作故意，但诱导员昭着弗成把统共力气齐用来进取跳。在赢得垂直速率的同期，诱导员还必须扭转体魄和动作，在蹬冰时赢得旋转的能源。在这个经由中，诱导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，高速旋转就越容易已毕。

在起跳阶段，诱导员必须让进取跳跃和旋转跳跃的力度取得最好的均衡。

腾空：收紧体魄决定成败

一朝腾空而起，诱导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，在空中他们还能不绝增多旋转速率，这是靠调动体魄姿态已毕的。

在快速旋转时，诱导员老是会把手臂和双腿向内收紧，这是为了减少动掸惯量。动掸惯量是一个描画物体旋转惯性大小的物理量，它由物体的质地和质地的散布面目决定。

在收紧动作时，诱导员的各部分质地齐很联接旋转轴，此时动掸惯量就会减小；如若向外舒展肢体，动作质地散布在隔离旋转轴的处所，动掸惯量就会变大。

收紧肢体与舒展肢体时的动掸惯量对比 | tdk.com

调动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，角速率就会越大。

这是一个动掸惯量影响转速的实际演示。收紧玩物球让质地散布更联接旋转轴，因此动掸惯量减小，此时玩物旋转的速率就变快了。| Physics Demos

也等于说，惟有在空中尽可能收紧动作，就能让诱导员达到最快的转速，让四周跳成为可能。

天然看起来浅薄，但收紧姿势本体作念起来却很顺心。如若在缩短景色下旋转，东谈主的手臂很容易受惯性影响向外甩。而这又会调动质地散布，导致动掸惯量增多，拖慢旋转速率。

为了幸免这小数，诱导员就必须绷紧肌肉，施加向心力“拉住”手臂。圆周诱导的向心力大小与角速率通俗成正比，是以一朝旋升沉快，“拉住”手臂所需的力就会增多。

旋转中保持手臂收紧其实很顺心，因此花滑诱导员也需要强盛的上肢力量。从图中的模子演示不错看出，如若手臂收紧不及，旋转速率就会昭着变慢。 | Jim Richards

在旋转拒绝落地时，诱导员又会马上伸展双臂妥协放腿。这么一来，动掸惯量大幅增多，角速率随之减小，诱导员就更容易住手旋转并进行接下来的动作。

在旋转拒绝落地时，诱导员总会马上伸展肢体，这亦然在依靠动掸惯量拒绝转速。 | NSF/Science360/NBC Learn

还能转更多吗？

现时，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。跟着考试技艺改良，转圈数还有可能不绝增多吗？

在比赛中完成过四周率先作的女性诱导员现时还相比少，俄罗斯选手亚历山德拉·特鲁索娃是其中之一 | Wikipedia

专注于表情溜冰的生物力学商议者黛博拉·金（Deborah King）指出，从表面缱绻来看，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已毕。

就算表面上有可能，真实已毕五周跳也会相等艰辛。现在，诱导员主要依靠收紧体魄减少动掸惯量来提高转速。顶尖诱导员依然很好地掌抓了这一手段，这意味着靠不绝收紧来提速的空间依然很小了。

因此，要念念转更多圈，就需要更强有劲的起跳：要么增多滞空时分，要么增多启动角动量。这些齐需要强盛的肌肉力量才气撑持。

干系词，增多肌肉对花滑诱导又有不利影响。肌肉量增粗野味着诱导员的体魄容易变得更宽、更重——这又会增多东谈主体动掸惯量的最小值，让诱导员即使收紧体魄也没法转得很快。这种矛盾让旋转周数的进步变得很难。

比起健壮的诱导员，咱们更常看到纤细娇小的花滑选手。窄体型和小体重齐故意于减少动掸惯量，让东谈主更容易旋转。| 图虫创意

天然，现在的技艺动作依然让花滑诱导员承受了特殊大的体魄压力和受感冒险，不绝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

裁剪：luna

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