介绍

2022年北京冬季奥运会令人叹为观止，很可能会出现在2022年的大学入学考试，全面评估和强大的基础考试中。您知道2022年北京冬季奥运会中使用了哪些物理知识吗？让我们一起看看！

01

滑冰和熔点

滑冰是冰运动的核心设备之一。滑冰，花样滑冰和冰球是必不可少的。任何知道滑冰的人都知道冰滑板的刀片是锋利的，甚至危险的。

2010年温哥华冬季奥运会女子3000m接力赛锦标赛，中国队赢得了金牌。当球员们庆祝自己的爱并拥抱教练时，王门不小心打破了队友的出现，他的队友张张的脸被割了。之后，将十针缝制了。

如果您在线搜索“冰滑冰划痕”，您会发现造成冰滑冰的人经常出现在球场上，甚至在训练场上发生。

因此，问题是，由于这很危险，为什么您需要使冰滑冰如此锋利？

简而言之，首先，冰滑冰的设计非常薄，在开始和加速冰时要抓地力。毕竟，刀片嵌入冰中，在踩在冰上时，它可以提供垂直于冰滑冰的反应力。

此外，最常见的解释是：增加冰表面的压力以减少冰的熔点，从而使接触点的冰融化成水膜以减少摩擦。

知识点1干摩擦和湿摩擦

当固体和固体之间发生摩擦时，会发生干摩擦，而当固体和液体或气体之间发生摩擦时，就会发生湿摩擦。在相同的压力下，后者的摩擦系数远小于前者。

例如，为了减少机械之间的摩擦，通常在行业中添加润滑油，这是使用较少湿的摩擦力的特征。例如，刚刚被湿的拖把席卷的地面非常滑，这也是由于类似的原理。

冰的表面比大多数物体更光滑（据说表面上有很薄的水膜），但不足以溜冰。如果您可以在冰的表面上撒一层水，则将进一步降低摩擦系数。小的。

但是现在有一个问题。如果您真的在低温冰表面上撒上水，则水会迅速冻结。那我该怎么办？您不能在冰上撒润滑剂，对吗？

目前，我们需要第二个知识点来帮助您回答。

知识点2：冰点和冰的压力

对于冰等晶体，融化时体积变小。当压力相对较高时，水倾向于变成较小体积的液体，换句话说，其熔点将降低。这可以从水的三相图来回答。

使冰鞋锋利的原因是通过减少力区域来增加冰表面的压力。这样，原始接触点的熔点将迅速融化，从而扮演着润滑的角色。交叉冰表面的熔点已经上升，因为冰刀在冰表面的压力的熔点，熔化的水再次冻结。这是重新冰的现象。

在初中物理课上，老师可能会展示一个物理实验，称为“根穿冰”。

在这个实验中，绳索被勒死的地方很强，由于熔点的下降，接触点的冰融化了。绳索通过后，熔点升起并再次固化。

将知识扩展到捏雪球

您是否曾经想过为什么最初柔软的雪可以通过捏住雪球变成坚硬的雪球？

雪是微小的冰晶体，当外面挤压和融化时，熔点会降低。将其捏成雪球后，不再对其施加压力，融化的部分再次冻结，将其余的未渗出的部分冻结成形状，以便挤压的雪球可以保持其形状。当滚雪球滚滚时，这也是使用雪球本身的重力来实现“融化”→“固化”雪的过程。

02

角溜冰和角动量的保守

花样滑冰是一项装饰性的体育赛事，结合了优雅，舞蹈姿势和运动技能。玩家经常在优美的音乐和滑冰上进行各种困难的动作。

花样滑冰中最有趣的物理现象是，当运动员旋转到位时，他的手在散开时并不快，但是当他将手靠近身体时，他的手会越来越快地旋转。这是为什么？

这里涉及的物理概念包括：角速度，角动量和角动量的保护。

知识点1角速度

角速度是粒子以δT运动旋转的角度（即δθ）的角度，即δθ，它是一个物理量，描述了物体绕圆心中心旋转的速度，并由符号ω表示。

知识点2角动量

角动量是指质量点动量P到点O的动量动量P（通常称为角动量），该动量缩写为L。当刚体围绕固定轴旋转时，其角动量等于：

j是轴周围刚体惯性的力矩，有时是由I表示的。下表，惯性矩与旋转半径r有关。当r变大时，惯性时刻也会变得更大。

注意：在大学中学习了角动量的知识点。

知识点3角动量的保护

如果对象的外部力矩等于零，或者不受外部力矩的影响，则对象的角动量保持不变，则该结论称为角动量的保护。

使用上述原则，让我们解释一下花样滑冰旋转模型：

当在光滑的冰表面旋转时，如果忽略了摩擦和空气阻力，则将初始角动量视为固定值，而初始手臂拉伸惯性I。旋转半径r，即惯性矩变小，根据角动量的保护，角速度将自然增加，因此它会越来越快地转动！

那些不知道如何滑冰的人可以经历这个神奇的原则：

一个人坐在凳子上（转弯桌），可以围绕轴旋转，手里握着哑铃或其他重物，一开始就举起双臂，导致人和凳子以固定的角度旋转。然后这个人迅速缩小了他的手臂，然后您会发现该人旋转得更快！

值得一提的是，在2020年12月9日，在中国空间站的“天气教室”中，宇航员Ye Guangfu还进行了棱角式动量实验。

张开双臂，慢慢转；缩回手臂并迅速转动。

在失重环境中旋转时没有摩擦效应，该实验更容易成功。这可能是世界上最标准的角动量保护实验〜

03

为什么需要在冰壶比赛中擦拭地板？

冰壶可以称为结合技能和智慧的运动，并被称为冰上的“国际象棋”。

中国冰壶队成立于2003年，并在十多年的发展中取得了显着的成果。

像往常一样，让我们​​谈谈冰壶中的物理知识。

知识点1卷发轨道的表面不平滑

与速滑和花样滑冰不同，冰壶轨道的冰表面非常奇怪，不是平坦且光滑的表面，甚至还有一层薄层的冰颗粒，例如微小的“鹅卵石”或“小凹凸”。

每次制冰机制作冰时，它们都会像镜子一样在光滑的冰表面上喷水。每个水珠通常尺寸为2至3毫米。这些水珠在冷时迅速凝固成冰颗粒。这个过程称其为“决策”。这样做的原因令人困惑 - 减少摩擦。

任何在初中学习物理学的人都知道，物体表面越粗糙，动态摩擦的系数越大。那么，为什么您必须在冰壶轨道上的冰上进行这么多“小颠簸”呢？这不是更“粗糙”吗？这里涉及的知识点已被提及，即“熔点和压力”。

由于卷发非常重，大约20公斤，锅的底部是平坦的，中间有一点凹入，并将其放在覆盖着小冰颗粒的冰表面上。接触点的压力非常强，导致冰的熔点减小和融化。熔化后，冰的熔点可以减少摩擦。

因此，卷发不会在冰上滑动，而是在这些“冰颗粒”上滑动。

如果将其制成光滑的平面，结果可能会发生：卷发的底部表面的中间是凹形的，并且接触部分中的冰部分周围融化，整个卷发都会像吸入杯一样在冰上“吮吸” 。

知识点2为什么要“洗冰”？

我相信许多人在电视上观看了冰壶比赛。一个团队成员以认真的表情推出了冰壶。冰壶的前面有两个人紧张地喊着，疯狂地“擦”地板。然后他们看到卷发击倒了对手的冰壶。团队成员稳步旋转进入圆圈的中心，欢呼...

问题是，为什么运动员“擦拭地板”？这个过程实际上称为“裁定刷牙”，这是冰壶比赛的重要技术之一。

许多人认为刷冰是要清洁冰表面，并“注入灵魂”进入冰壶，但实际上不是。刷冰的主要目的是通过冰刷的摩擦来提高冰表面的温度，导致冰表面融化，并在冰表面形成水膜以减少摩擦。

在现场，刷冰表面的含义是使卷发旋转较小并进一步滑动。冰表面的强度取决于您希望卷发的位置。这里的技能远远超出了您的想象，这就是为什么体育比赛被称为“冰上国际象棋”的原因。

知识3卷曲的影响和动量的保护

对于普通的观众来说，他们最期待在冰壶比赛中看到的是冰壶的“奇妙”影响。卷发冲击模型是高中物理学“动量”和“碰撞”中的重要命题材料。

势头保护定律是现代物理学的三个基本保护法之一。它基本上被描述为：系统不受外部力量或外部力量的总和为零，并且该系统的总动量保持不变。

M1V1+M2V2 = M1V1ˊ+M2V2ˊ

考虑到卷发的质量很大，滑动过程中遇到的阻力很小，因此可以粗略地理解为符合势头保护定律。

说更多，做一个简单的物理问题是没有用的：

04

速滑“弯曲”的原因

这部分是最困难的，涉及的比赛是中国冬季奥运会队的强大“金点” - 短队速滑。

任何知道冬季奥运会的人都知道，中国的短队速滑球队拥有出色的记录，可以在冬季奥运会上被称为中国队的“国王之王”。

中国短队速度滑冰队

在2002年盐湖城冬季奥运会上，中国女子短队速度滑冰运动员杨阳赢得了500m和1000m冠军，这是中国冬季奥运会历史上的第一和第二金牌。

在2014年温哥华冬季奥运会上，在主教练李·扬（Li Yan）的领导下，中国女子短队速度滑冰队由Wang Meng，Zhou Yang，Zhang Hui和Sun Linlin组成1500米。 3000米接力女子短赛道速滑赛事中的所有四枚金牌都使历史成为历史。

在2018年平昌冬季奥运会上，中国短队速滑球队Wu Dajing赢得了5亿冠军。非常有价值！

在短期速度滑冰比赛中，我最喜欢的场景是运动员的“曲线”超越。您应该知道，短轨道速滑中的曲线约占总距离的50％。您可以掌握速度滑冰的曲线技能吗？运动员非常重要。

当运动员越过角落时，他们的身体总是向内倾斜，一侧的身体几乎在地面上。问题是：

这种“弯曲”的目的是什么？物理学的原理是什么？

如果您简单地解释了一个句子中“弯曲”的原理，那就是重力和离心力之间的力矩平衡。简而言之，这是“如果您不按弯曲，您将被扔掉。”

知识点1力量平衡

运动员的滑冰转弯被认为是圆形运动，当冰滑冰被卡在冰表面上时，暴露的摩擦力可提供中心力。为了进行研究，引入了另一种虚拟力，即“离心力”，其幅度等于中心力，方向相反。

下图讨论了力量平衡问题证

因此，在水平方向上，摩擦力F等于离心力V2M/R。

知识点2扭矩平衡

除了力量平衡分析外，还分析了力矩平衡。

如果溜冰时人的身体是直立的，则由于惯性，上半身将被“扔掉”。您一定有这种经历：当汽车转身时，汽车中的乘客容易向外掉下来，而目前，普通百姓的上半身会不知不觉地向内倾斜以产生“阻力”。

不仅溜冰者，而且当摩托车转弯时，也存在着重要的“弯曲”现象。

如图所示，为了维持平衡，溜冰鞋和地面之间的接触点作为中心，重力的扭矩应等于离心力的扭矩。

派生完成后，您将获得上述公式↑↑↑

可以看出，如果转弯的速度很高，则有两种避免被抛弃的方法：

①增加转弯半径R：这也是为什么机动车辆在高速行驶时无法急转弯的原因；

②增加倾斜角θ：由于固定了短轨道速度滑冰场的曲线，因此运动员在告诉转弯时必须向内倾斜身体。

应该添加：关于“弯曲”现象，许多人将其原则等同于高中物理教科书中的“火车转弯”模型。这并不严格，因为火车的转弯主要是通过内部和外部导轨之间的高度差来实现中心力。

当溜冰者和摩托车骑手弯曲时，支撑力总是垂直向上向上。

- 结局 -

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