Fyzika krasokorčuľovania

Fyzika krasokorčuľovania

Aj keď na olympijských hrách útočíte na mohutné skoky a obratné točenia na ľade, možno si neuvedomujete, že sledujete fyziku v akcii. Každý skok vyžaduje starostlivú rovnováhu medzi časom vo vzduchu a rýchlosťou a počtom otáčok. Deborah King, profesorka cvičenia a športovej vedy na Ithaca College, nám pomáha dekonštruovať krasokorčuliarsky skok cez fyzikálnu perspektívu. Tu je to, čo sa deje.

Vzlet

Kredit: NSF/Science360/NBC Learn

Keď sa korčuliar pripravuje na skok, nadobudnú uhlovú hybnosť. To pomáha riadiť točenia korčuliarov a možno si to predstaviť ako spinový potenciál. Do tohto potenciálu vstupuje množstvo faktorov: východisková pozícia korčuliara, ako sa táto poloha mení počas vzletu a sila, ktorú vytvárajú na ľade, keď opúšťajú povrch. 'V podstate, keď schádzajú z ľadu a tlačia dole, aby získali svoju vertikálnu rýchlosť, musia tiež tlačiť na ľad viac do strán, aby sa mohli začať otáčať na ľade a získať určitú rotačnú hybnosť.' “ hovorí King v telefonáte s Science Friday. A potom – voila! – korčuliar stúpa do vzduchu.



Skok

Kredit: NSF/Science360/NBC Learn

King odhaduje, že profesionálne korčuliarky často skočia z ľadu asi 16 palcov, zatiaľ čo muži dosahujú asi 20 palcov. Ale schopnosť skákať vysoko prichádza s kompromisom. Aby korčuliar zvýšil výšku skoku, musí zvýšiť svoju silu. Ale zvýšenie sily často znamená zvýšenie svalovej hmotnosti - čo by mohlo znamenať pomalšiu rýchlosť otáčania.

[Ak ste sa niekedy hrali so zvrškami, viete, že niektoré sa ľahko otáčajú, zatiaľ čo iné sa kývajú. Zaujímalo vás niekedy prečo?]

The Spin

Kredit: NSF/Science360/NBC Learn

Akonáhle korčuliar vyskočí do vzduchu, uviazne pri akomkoľvek uhlovom impulze, ktorý vytvorili. Ale korčuliar môcť zmeniť jednu vec:moment zotrvačnosti. Moment zotrvačnosti určuje, aké ľahké je pre objekt zrýchliť alebo spomaliť, a popisuje odpor, proti ktorému pôsobí sila. Väčší moment zotrvačnosti – ako keď korčuliar vystrie ruky – bude mať za následok nižšiu rýchlosť otáčania. Ale menší moment zotrvačnosti – ako keď si korčuliar pevne objíme ruky do tela – povedie k rýchlejšiemu otáčaniu.

Pristátie

Kredit: NSF/Science360/NBC Learn

Korčuliari po dokončení striedania nemajú jasno. Stále musia urobiť tie skoky, ale to nie je ľahké. Nejaký odhad že korčuliari dopadnú na ľad silou päť až osemnásobkom ich telesnej hmotnosti. To znamená, že olympijský korčuliar Nathan Chen, ktorý váži 135 libier, by mohol naraziť na ľad s hmotnosťou viac ako pol tony. Korčuliari musia rozptýliť väčšinu svojej energie pri pristávaní, ktoré sa odohráva vo veľmi krátkom časovom období.

„Bolo by to ako dupnúť na brzdy zastaviť sa rýchlosťou 60 míľ za hodinu,“ vysvetľuje King. 'Zastavia sa veľmi rýchlo, takže to vyžaduje veľa sily.'

Prečo sa tak rýchlo zastavia? Po prvé, čepeľ a korčuliarska topánka sú pevné, čo korčuliarom odoberá časť pružnosti v chodidle a členku. Nedokážu rozložiť rozptyľovanie energie na dlhšie časové obdobie a do väčšieho rozsahu pohybu, ako volejbalový hráč, ktorý pristane s ohnutými členkami, kolenami a bokmi. Pevná čepeľ navyše klesá na betónovú podlahu, ktorá je pokrytá ľadom.

Konečný produkt

Kredit: NSF/Science360/NBC Learn

King sa pripojí k Irovi, aby diskutoval o fyzike krasokorčuľovania. Pridal sa k nej David Wang, klinický riaditeľ Elite Sports Medicine v Connecticut Children’s Medical Center, ktorý hovorí o tom, ako všetko to točenie ovplyvňuje mozgy korčuliarov.