2022年北京冬奥会高考物理知识点
在本届冬奥会中,有很多物理小知识。今天新航学成要给大家的讲解的物理原理,涉及到的比赛项目是中国冬奥会队伍的强势“夺金点”——短道速滑。感兴趣的小伙伴一起来看看吧!
了解冬奥会的人都知道,中国的短道速滑队战绩辉煌,堪称中国队在冬奥会上的“王者之师"。
中国短道速滑队
2002年美国盐湖城冬奥会,中国女子短道速滑运动员杨扬获得500米、1000米冠军,这是中国冬奥会金牌史第1、2枚金牌。
2014年温哥华冬奥会上,在主教练李琰的带领下,由王濛、周洋、张会、孙琳琳组成的中国女子短道速滑队,包揽了女子500米、1000米、1500米和3000米接力女子短道速滑项目的全部四枚金牌,创造了历史。
2018年平昌冬奥会,中国短道速滑队武大靖获得500米冠军。含金量十足!
在短道速滑比赛途中,个人最喜欢的场面就是运动员们的“弯道”超车,要知道短道速滑中弯道大约占总距离的50%,能否掌握弯道技巧对于速滑运动员非常重要。
运动员们过弯道时,身体总是大幅度向内倾斜,一边的身体几乎贴着地面。问题来了:
这种“压弯”的目目的是什么?物理原理又是什么呢?
如果用一句话简单解释“压弯”原理,就是重力与离心力的力矩平衡,说的再简单点就是“不压弯,会被甩出去”。
No1.力平衡
运动员滑冰转弯看作圆周运动,此时冰刀卡在冰面上时受到的摩擦力提供向心力。为了方便研究,引入了另一个虚拟的力,即“离心力”,其大小与向心力相等,方向相反。
如下图,讨论力平衡问题↓↓↓
因此在水平方向上,摩擦力f等于离心力v2m/r。
No2.力矩平衡
除了力的平衡分析,接下来还要对力矩平衡进行分析。
如果滑冰转弯时人的身体是直立的,上半身会因为惯性会做离心运动而被“甩出去”。你肯定有过这样的经验:车转弯时,车内的乘客容易向外倾倒,这时候一般人的上半身会不自觉的向内倾斜做出“抵抗”。
不仅仅是滑冰运动员,摩托车过弯时也有明显“压弯”现象。
如图,为了保持平衡,以冰刀和地面接触点为圆心,重力的力矩应该等于离心力的力矩。
一通推导完毕,你会得到上面的式子↑↑↑
可以看出,如果转弯时的速度很大,为了不被甩出去有两种方法:
①增大转弯半径r:这也是机动车在高速行驶时不能急转弯的原因;
②增大倾斜角度θ:因为短道速滑的比赛场地弯道固定,所以运动员告诉转弯时,必然要身体会大幅向内倾斜。
需要补充一点:关于“压弯”现象,很多人会把它的原理等效为高中物理教科书上的“火车转弯”模型。这是不严谨的,因为火车转弯主要靠内外侧铁轨的高度差实现,这时是靠铁轨倾斜的“支持力”和重力的合力来提供向心力。
而滑冰运动员、摩托车手压弯时,支持力一直是竖直向上的。
怎么样,感受到理论物理的神奇了吗?看懂的,没看懂的,都来点个赞吧!