36.在北京2022年冬奧會花樣滑冰雙人滑自由滑比賽中,我國選手隋文靜、韓聰奪得雙人滑冠軍。當(dāng)我們看到冬奧會上花樣滑冰的運動員們翩翩起舞,看著他們優(yōu)美的舞姿,都會禁不住贊嘆。花樣滑冰不僅僅是一項體育競技活動,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)、動量、牛頓運動定律等力學(xué)知識。
(1)冰的熔點與壓強(qiáng)有關(guān),且壓強(qiáng)越大,熔點越低。冰刀的刀刃做得非常鋒利,目的是減小刀刃與冰面的
,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
。因此,運動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,單只腳撐地時對冰面的壓強(qiáng)是
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,若忽略摩擦力、空氣阻力,那么初始的角動量視為固定值,初始手臂伸展轉(zhuǎn)動慣量J,在身體收緊時,就是將旋轉(zhuǎn)半徑R變小的過程,即轉(zhuǎn)動慣量變小,根據(jù)角動量守恒,角速度變大,所以運動員就轉(zhuǎn)的越來越快,如圖2。若花樣滑冰運動員繞通過自身的豎直軸轉(zhuǎn)動,開始時兩臂伸開,轉(zhuǎn)動慣量為J
0,角速度為ω
0,然后她將兩臂收回,使轉(zhuǎn)動慣量減少為原來的四分之一。這時她轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)?
。