Bulan ini di Pyeongchang, ahli-ahli elit fizik dan pakar sains bahan dari seluruh dunia akan mempesona kami dengan memamerkan rahmat dan kuasa. Kami biasanya merujuk kepada para pakar ini sebagai atlet. Gimnast menunjukkan pemahaman yang halus terhadap graviti dan momentum. Permaidani dan penyelam dinamik bendalir dan ketegangan permukaan. Skiers memanfaatkan pengetahuan mereka tentang geseran dan hidrologi, dan lugers menolak keupayaan aerodinamik mereka ke had. Olympians, selepas semua, memahami sains pada tahap mendatar dengan cara yang kebanyakan kita tidak.
Kandungan Terkait
- Sejarah Singkat Skating Rajah Wanita
- Skates Ais Pertama Bukan untuk Jumps dan Twirls-Mereka Untuk Mendapat Sekitar
Salah satu tempat terbaik untuk meneroka pelbagai daya fizikal ini ialah skating angka. Skater setiap twist, belok dan melompat bermula dengan keseimbangan. Dan keseimbangan bergantung kepada dapat mengekalkan pusat jisim-yang, seperti namanya, adalah pusat di mana jisim objek terletak-secara langsung di atas titik hubungan dengan ais. Untuk objek yang sangat simetrik seperti bulatan atau sfera, yang berada di tengah mati. Untuk bentuk badan yang lebih lumpier, lebih besar dari tubuh manusia, pusat jisim berbeza dari orang ke orang tetapi cenderung sedikit di bawah pusar. Melalui luncuran, putaran, lepas landas dan pendaratan, seorang pemain skatos perlu mengekalkan pusat jisim mereka sejajar dengan kaki di atas ais atau risiko mengambil jatuh.
Ia bukan hanya pusat jisim yang penting dalam skating angka. "Momen inersia, " satu ukuran bagaimana jisim tersebut diedarkan relatif kepada pusat graviti, membuat perbezaan juga. Apabila skater melakukan spin yang mempesonakan, mereka mengawal kelajuan putaran mereka dengan menarik tangan mereka untuk mengurangkan momen inersia dan mempercepatkan putaran atau menyebarkannya untuk mengurangkan moment inersia dan putaran perlahan.
Orang yang lebih suka mengalami fizik pada permukaan yang kurang licin boleh berputar di kerusi pejabat dengan lengan diperpanjang: Tarik di lengan, dan kelajuan putaran meningkat. Peningkatan ini disebabkan oleh prinsip yang dipanggil pemuliharaan momentum sudut. Momen inersia yang lebih tinggi sepadan dengan kelajuan putaran yang lebih rendah, dan momen inersia yang lebih rendah sepadan dengan kelajuan putaran yang lebih tinggi.
Skuter angka Jepun Miki Ando, yang ditunjukkan di sini pada Sukan Olimpik Musim Sejuk 2010 di Vancouver, Kanada, adalah satu-satunya wanita yang berjaya memperlihatkan Salchow empat kali ganda. (ZUMA Press, Inc. / Alamy) Tetapi sebaiknya berputar, lompat mungkin merupakan contoh buku fizik yang paling indah dalam skating ais. Skaters gambar berlepas dan belayar melalui lengkung parabolic anggun, berputar semasa mereka pergi. Pergerakan antara tenaga yang digunakan untuk belayar dan berputar adalah apa yang membuat lompatan seperti rutin-dan mengesankan-sebahagian daripada rutin penari.
"Ia terdiri daripada tiga komponen: berapa banyak momentum sudut yang anda tinggalkan dengan ais, berapa kecil anda boleh membuat moment inersia anda di udara, dan berapa banyak masa yang anda boleh habiskan di udara, " kata James Richards, seorang profesor kinesiologi dan fisiologi terpakai di Universiti Delaware yang telah bekerja dengan skaters tokoh Olimpik dan jurulatih mereka untuk memperbaiki teknik lompat mereka. Kumpulannya mendapati bahawa kebanyakan skaters mempunyai momentum sudut yang perlu meninggalkan ais, tetapi kadang-kadang mempunyai masalah untuk mendapatkan kelajuan putaran cukup untuk melengkapkan lompatan.
Perubahan kecil ke posisi lengan di bahagian tengah melalui putaran boleh menyebabkan lompatan yang berjaya diselesaikan. "Apa yang mengejutkan ialah betapa sedikit yang diperlukan untuk membuat perbezaan besar, " katanya. "Anda menggerakkan lengan anda tiga atau empat derajat, dan ia meningkatkan kadar putaran agak sedikit."
Pada mulanya, makmal mempunyai beberapa kesukaran untuk menerjemahkan penemuan ini menjadi nasihat untuk skaters. "Bidang saya hebat dalam membuat carta dan plot dan graf dan jadual, " katanya. Tetapi mereka bukanlah media yang skaters dan jurulatih terbaik diserap. "Kami mengambil semua matematik itu dan merebusnya ke pembentukan yang sangat mudah." Khususnya, mereka mengambil video berkelajuan tinggi skaters dan memindahkan data tersebut kepada avatar skater. Kemudian mereka akan masuk dan tweak kedudukan badan pada titik melompat di mana skater mempunyai beberapa bilik untuk memperbaiki.
Skater kemudiannya dapat melihat perbandingan antara apa yang mereka lakukan dan apa yang melompat akan kelihatan seperti beberapa pengubahsuaian kecil. "Apa-apa yang kita ubah boleh dilakukan, " katanya. "Kami kembali dan melihat kekuatan yang diperlukan untuk skaters untuk melakukan ini dan memastikan mereka semua dalam batas kekuatan skater, dan ternyata menjadi sebahagian kecil daripada kekuatan maksimum mereka." Skaters masih mempunyai untuk menghabiskan banyak masa di ais yang terbiasa dengan perubahan, tetapi alat visualisasi membantu mereka mengetahui apa yang harus mereka kerjakan.
Untuk meningkatkan teknik melompat skaters Olimpik, kumpulan Richards menghidupkan filem berkelajuan tinggi skaters ke avatar berputar ini. (Courtesy Jim Richards) Yang mengejutkan, kumpulan Richards mendapati bahawa berputar dengan cepat adalah lebih mental daripada cabaran fizikal untuk skaters. "Nampaknya had laju yang dilabelkan secara dalaman, " katanya, walaupun kelajuan maksimum ini berbeza dari orang ke orang. Ia boleh mengambil minggu atau bulan untuk seorang atlet untuk melatih diri untuk berputar lebih cepat daripada zon selesa semulajadi mereka.
Deborah King, seorang profesor senaman sukan dan sukan di Ithaca College, telah melihat bagaimana skaters bergerak dari beregu hingga tiga kali ganda dan tiga kali ganda kepada empat kali ganda. "Bagaimanakah skater perlu mengimbangi atau mengoptimumkan masa yang dihabiskan di udara?" Dia bertanya.
Skaters yang boleh melengkapkan tiga kali lipat atau melompat empat kali lipat, katanya, cenderung menghabiskan masa yang sama di udara tanpa mengira jenis lompatan yang mereka laksanakan. Momentum sudut pada permulaan melompat mungkin sedikit lebih tinggi untuk tiga kali ganda atau empat kali ganda daripada untuk beregu, tetapi majoriti perbezaan adalah bagaimana mereka mengawal masa inersia.
Yang berkata, perbezaan kecil dalam aspek lompat lain boleh membuat perbezaan. Walaupun sedikit lekuk di pinggul dan lutut boleh membolehkan skater mendarat dengan pusat jisim yang lebih rendah daripada yang mereka mulakan, mungkin menyingkirkan beberapa tahap putaran yang berharga dan kedudukan badan yang lebih baik untuk pendaratan.
Terdapat pergerakan antara halaju menegak dan momentum sudut. Untuk melompat lebih tinggi, skater mungkin membina kekuatan, yang boleh menyebabkan mereka mendapat jisim otot. Bahawa jisim tambahan dapat meningkatkan moment inersia mereka, melambatkan mereka di udara. "Anda boleh kehilangan lebih banyak daripada peningkatan moment inersia daripada yang anda peroleh dari peningkatan masa di udara, " kata Richards. Dalam erti kata lain, mencapai keseimbangan di atas ais mengambil keseimbangan sendiri.
Pada masa ini, lelaki peringkat Olimpik memaksimumkan lompatan empat kali ganda, manakala wanita biasanya berhenti pada tiga kali lipat. (Setakat ini, pemain skuad Jepun Miki Ando adalah satu-satunya wanita yang berjaya melengkapkan lompatan empat kali lipat dalam persaingan.) Ini membawa mereka yang mempelajari fizik skating ais untuk bertanya-tanya: adakah batasan keras? "Di bawah peraturan semasa, ya, saya percaya ia, " kata Richards. Skaters yang melompat empat kali lipat telah menarik tangan mereka dengan sangat dekat dengan badan, jadi tidak banyak ruang untuk memperbaiki masa inersia dan berputar lebih cepat. Dan melompat jauh lebih tinggi mungkin memerlukan membina lebih banyak jisim otot, yang akan memperlahankan penggiliran ke bawah.
Raja lebih optimistik. "Fakta mungkin berpotensi, " katanya. Dari segi sejarah, dia menambah, ia secara amnya diambil beberapa dekad untuk menambah putaran tambahan kepada lompat lompat angka tertentu, jadi kita tidak boleh mengharapkan mereka sehingga sekurang-kurangnya tahun 2030-an. Untuk mendapatkan dari empat kali ganda untuk quintuples, skaters perlu melompat sedikit lebih tinggi, mendapatkan momentum sudut yang lebih sedikit dan mengurangkan masa inersia. "Ia satu perkara yang melihat sejauh mana mereka berpotensi menukar nombor tersebut secara realistik, " katanya.
Meningkatkan kelajuan putaran di udara akan menjadi sebahagian daripada lompatan kuintup lintasan. Dalam satu eksperimen, makmal Richards menunjukkan bagaimana mungkin itu. Penyelidik memberi skaters tangan kecil berat; apabila skaters membawa senjata mereka, peningkatan berat bermakna terdapat perubahan yang lebih besar dalam momen inersia, yang memberi kelajuan putaran mereka sebagai rangsangan. (Di kerusi pejabat, jika anda bermula dengan buku atau berat lain di tangan anda, anda akan mempercepatkan lagi apabila anda menarik tangan anda.)
Sesungguhnya pelumba-pelumba berputar lebih cepat dengan berat di tangan mereka, walaupun para penyelidik mendapati bahawa mereka memberi ganti rugi kepada perubahan dengan cepat juga. Selepas melompat pertama, mereka menarik tangan mereka dengan kurang untuk mengekalkan kelajuan putaran yang sama tanpa berat. Namun, jika seorang skater ingin pergi untuk lompatan kuintuple, berat tangan dapat membantu mereka mendapatkan halaju putaran yang diperlukan untuk menyelesaikan semua yang berubah.
Untuk skaters Olympian, bagaimanapun, terdapat hanya satu masalah kecil. "Saya percaya ia juga menipu, " kata Richards.
