单板滑雪大跳台运动员面临新挑战

在即将到来的韩国平昌冬奥会上，增加了几个新项目，包括跳台滑雪、速度滑冰和冰壶混合双打。滑雪板平台可能是最引人注目的，因为世界上最高的滑雪斜坡，49米高，将创造惊人的新技能和危险而壮观的滑雪运动。

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，并直观地掌握角动量守恒和雪热力学等物理知识。否则，如果他们犯了一个错误，他们将返回地面，并带着扭伤的手腕、脚踝和膝盖离开比赛场地。

如何在空中转弯后安全着陆必须向猫学习。

堪萨斯州立大学的物理学家迈克尔·奥谢说:“有些表演者可能会发展新技能，因为这一次他们会跳得比以前更高。”奥谢写了一本关于户外运动中的物理学的书，他说新项目将会让运动员有更多的时间在空中，他们将不得不做出调整。如果光线或能见度不好，很难看到以每小时50英里的速度出现的地面。“我希望运动员头脑中有一个计时器来计算在空中盘旋多长时间更安全。”

今年的滑雪者包括加拿大的马克斯·巴洛特和奥地利的安娜·加塞尔。他们在上月底于科罗拉多州举行的冬季赛事中获得了冠军。令人印象深刻的是，佩洛特完成了5个完整的侧转(1800)和4个完整的前滚转(1440)，每次他都完美地滑向地面。

除了本能地控制身体进行复杂的旋转和扭转运动之外，佩洛特、卡塞尔和其他杰出的人实际上使用了角动量原理。

任何绕轴旋转的物体，如陀螺，都倾向于以同样的速度旋转，除非有什么东西挡住了它的方向或者改变了它的形状。滑雪者也是如此。在总角动量基本保持不变的情况下(除了受到空气阻力的一点影响)，运动员在空中收回手臂时会旋转得更快。相反，如果他们伸出手臂，他们会慢下来。

如果一只猫从高处掉下来，它会扭动身体，用脚着地。科学家们从物理学的角度解释了这种神奇的生存运动:猫以腰部为支点，身体的前部和后部分别做相反方向的扭转运动。首先，向后伸展后腿以增加后半部分的惯性矩，同时，将前腿缩回到胸部前方以减少前半部分的惯性矩。这样，在满足运动平衡的前提下，后半部分只需向相反的方向转动一点，前半部分就可以大幅度地转身面向地面。然后伸展前肢，缩回后腿。重复上述旋转，将后半部分转向地面。依靠运动物理学的精湛应用，他们可以成功地用四肢着地，而不是倒立着摔倒。

加州大学天体物理学家玛法依莎·布拉达特教授的课程是运动物理学，包括冲浪和滑雪。他说，当从16层的平台上跳下时，运动员面临着和猫一样的情况——如何安全地旋转和着陆。“与猫不同，运动员的脚被绑在雪板上。"

起飞时精确的运动设计可以减少运动损伤。

此外，跳跃姿势的细微差异也会影响运动员的动量。例如，急剧上升的曲线将导致反向旋转。在雪地上，滑板运动员在起飞时可能会出现意外的角度，从而直接影响着陆结果，并可能导致运动损伤。

科罗拉多矿业学院物理学家詹姆斯·麦克尼尔模拟了冬季公园的地形，并基于此设计了一种安全的跳跃姿势。“这并不意味着运动员不再受伤，但至少会降低受伤的可能性和程度。”

“滑雪板运动员知道他们在做什么，并能在飞行时控制自己的身体。加州大学戴维斯分校的机械和航空工程师蒙特·哈伯德说。

大多数滑雪板在跳跃时都有一个起飞点，然后是运动员表演特技的一段平稳时间，然后是着陆区，通常是一个与地面成40度角的斜坡。

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。一个人从49米高的地方摔下来肯定会受伤，但是当滑雪板以一定的角度滑下斜坡时，就相当于从一个更低的高度摔下来，重力势能转化为向前运动的动能。因此，在陡坡上着陆更安全，膝盖受冲击也更小。

国际滑雪联合会竞赛主任罗·波尔图·莫里斯告诉媒体:“在设计阶段，我们将仔细观察所有的测量数据和飞行曲线，考虑起飞角和着陆角。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。”

尽管采取了所有的物理预防措施，莫里斯还是对天气表示了担忧，这超出了组织者的控制范围。如果天气条件好，参赛者只需在起飞和着陆的几秒钟或更长时间内注意自己的动作。

(北京，2月5日，《科技日报》)