在北京2022年冬奧會(huì)花樣滑冰雙人滑自由滑比賽中,我國(guó)選手隋文靜、韓聰奪得雙人滑冠軍。當(dāng)我們看到冬奧會(huì)上花樣滑冰的運(yùn)動(dòng)員們翩翩起舞,看著他們優(yōu)美的舞姿,都會(huì)禁不住贊嘆?;踊粌H僅是一項(xiàng)體育競(jìng)技活動(dòng),還是一門藝術(shù),它通過物理科學(xué)的支撐,將美演繹得淋漓盡致。其中涉及到摩擦、壓強(qiáng)、動(dòng)量、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等力學(xué)知識(shí)。
(1)冰的熔點(diǎn)與壓強(qiáng)有關(guān),且壓強(qiáng)越大,熔點(diǎn)越低。冰刀的刀刃做得非常鋒利,目的是減小刀刃與冰面的
接觸面積
接觸面積
,從而增大壓強(qiáng),使部分冰短暫熔化呈水膜,將冰刀與冰面分開,減小了兩者之間的
摩擦力
摩擦力
。因此,運(yùn)動(dòng)員穿著冰鞋可以在冰面上靈活地高速滑行。
(2)若隋文靜所穿冰鞋的每只冰刀與冰面的接觸面積約為10cm
2,則她在慣性滑進(jìn)中,單只腳撐地時(shí)對(duì)冰面的壓強(qiáng)是
4.2×105
4.2×105
Pa。(已知隋文靜的質(zhì)量為42kg,g取10N/kg)
(3)在光滑的冰面上旋轉(zhuǎn)起來時(shí),若忽略摩擦力、空氣阻力,那么初始的角動(dòng)量視為固定值,初始手臂伸展轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,在身體收緊時(shí),就是將旋轉(zhuǎn)半徑R變小的過程,即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變小,根據(jù)角動(dòng)量守恒,角速度變大,所以運(yùn)動(dòng)員就轉(zhuǎn)的越來越快,如圖2。若花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員繞通過自身的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng),開始時(shí)兩臂伸開,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J
0,角速度為ω
0,然后她將兩臂收回,使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少為原來的四分之一。這時(shí)她轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)?
4ω0
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