冰壶是冬季奥运会上一项更不寻常的运动,经常被比作沙弧球。

投手推出了一个42磅(19公斤)的冰壶石头,而两个队友迅速刷冰壶前面的冰。这种清扫动作将提高冰的温度,使冰表面光滑,从而减少冰壶石和冰表面之间的摩擦。

冰壶石逐渐以直线滑离冰面,运动员的最终目标是把它带到营地的中心。

只要他们超过离圆心最近的冰壶石,该区域的所有冰壶石都可以得分,得分最高的队获胜。

北不列颠哥伦比亚大学的物理学教授马克·谢格尔斯基发表了几篇关于冰壶运动的物理原理的科学论文,帮助我们揭开了冰壶运动的科学面纱。

摩擦摩擦

摩擦力是影响冰壶运动的关键因素。

一旦冰壶石的速度减慢,它将开始向一个方向偏转,路径将变成弧形。如果逆时针方向偏转,冰壶石将向左转动。如果是顺时针方向,它会向右转动。

照片:paolobona/快门/businessinsider

对于逆时针旋转的冰壶石,在它的前半部分,它的运动方向是向左的,摩擦方向是向右的。

在它的后半部分,运动的方向是向右的,所以摩擦的方向是向左的。最重要的是,冰壶石头的前部和后部之间的摩擦力不相等。

这是因为冰壶在冰上滑行时倾向于前倾。第一步的前半部分会产生比后半部分更大的力,所以相对摩擦力也会更大。

如果你在光滑的桌面上试验一个倒置的杯子,你会看到杯子向右旋转。因为杯子后面(向右)的摩擦力小于前面(向左)的摩擦力。

然而,当运动员用刷子疯狂地扫过冰面时,冰壶石的运动显示出不同的结果。

谢格尔斯基认为,运动员的刷子产生的高压使冰壶前面的冰变暖,形成一层非常薄的液体薄膜。

融化的冰起到润滑剂的作用,减少冰壶前的摩擦力。

此时,冰壶前方右侧的摩擦力小于后方左侧的摩擦力,因此冰壶向左旋转。

照片:dinaspetor/businessinsider

冰壶和冰

冰壶竞技场不像雪橇或花滑冰那样是光滑的冰。

相反,制冰机会在冰冻的冰面上喷射一层微小的水滴,形成点状的凹坑,因此在冰场的表面有许多突起的小冰粒。谢格尔斯基说:“就像在土堆中间有许多小山谷一样。”

根据谢格尔斯基的说法,如果冰是光滑的,冰壶石的路径就太弯曲了,球员很难把它推到圆形的底部。然而,如果水滴被洒在跑道表面,它可以确保运动员可以通过刷冰来改变冰壶石和冰面之间的摩擦力。

此外,冰壶石是由一种特殊的花岗岩制成的,具有良好的防水性,底部略微倾斜。这种“防水”功能可以防止冰壶石被冰吸收和卡住。

刷牙的目的

擦洗是冰壶比赛中的一个重要动作。投掷冰壶石后,它将改变冰壶石的路径。

谢格尔斯基说,通过加热冰面和减少摩擦,刷牙的动作使冰壶石头的旋转角度变小,从而使它的路径变直。

与无干扰相比,用力刷冰壶前面的冰可以使冰壶进一步移动几米。

谢格尔斯基说:“如果投手扔石头的速度太快,扫冰机什么也做不了。但是如果速度合适,其他运动员可以把冰壶石带到他们的目的地。”

尽管对负责投掷石块的投手没有身体要求,但每个负责刷牙的球员都需要保持良好的身体状况。

扫冰机将通过把重量压在刷子上,在冰面上施加很大的压力。

但是“要快速连续地来回移动刷子,并在冰上施加高压,你需要强壮的手臂、背部和其他躯干肌肉。”

蝌蚪工作人员从sciencealert编译,翻译狗Gege,转载必须授权。