Ta mesec nas bodo v Pyeongchangu elitne skupine strokovnjakov za fiziko in materiale z vsega sveta zaslepile z izrazitimi prikazi milosti in moči. Te strokovnjake običajno imenujemo športniki. Gimnastičarke dokazujejo svoje subtilno razumevanje teže in zagona. Plavalci in potapljači obvladajo dinamiko tekočin in površinsko napetost. Smučarji izkoristijo svoje znanje o trenju in hidrologiji, lugerji pa svoje aerodinamične kotle potisnejo do meja. Konec koncev olimpijci razumejo znanost na visceralni ravni na načine, ki jih večina od nas ne pozna.
Sorodne vsebine
- Kratka zgodovina ženskega figurnega drsanja
- Prve drsalke niso bile za skoke in zasuke - bile so za to, da so se ukrotile
Eno najboljših krajev za raziskovanje te raznolikosti fizičnih sil je drsanje v figurah. Vsak zasuk, zasuk in skok drsalca se začne z ravnotežjem. In ravnotežje se zanaša na to, da boste lahko obdržali svoje središče mase - ki je, kot pove že ime, središče, kjer se nahaja masa predmeta - neposredno nad točko stika z ledom. Za zelo simetričen predmet, kot je krog ali krogla, ki je v mrtvem središču. V obliki lumpierne, hrbtne oblike človeškega telesa se središče mase razlikuje od osebe do osebe, vendar je ponavadi malo pod popkom. S pomočjo drsnikov, vrtljajev, vzletov in pristankov mora drsalec svoje težišče držati poravnano z nogo na ledu - ali tvegati, da bo padel.
Pri figurnem drsanju ni pomembno samo množično središče. Tudi razlika v "inercijskem trenutku", merilu porazdelitve te mase glede na težišče, je pomembna. Ko drsalec zaslepi vrtoglavo vrtenje, krmili svojo hitrost vrtenja tako, da vleče roke, da zmanjša vztrajnostni moment in pospeši vrtenje ali jih razširi, da zmanjša trenutek vztrajnosti in počasno vrtenje.
Ljudje, ki raje izkusijo fiziko na manj spolzki površini, se lahko vrtijo v pisarniškem stolu z iztegnjenimi rokami: potegnite v roke in hitrost vrtenja se poveča. To povečanje je posledica načela, imenovanega ohranitev kotnega momenta. Višji vztrajnostni moment ustreza nižji rotacijski hitrosti, spodnji vztrajnostni moment pa višji rotacijski hitrosti.
Japonski drsalec Miki Ando, ki je bil tu prikazan na zimskih olimpijskih igrah 2010 v Vancouvru v Kanadi, je edina ženska, ki je uspešno opravila četverno salchow. (ZUMA Press, Inc. / Alamy) A kot lepo so zavrteni, so skoki morda najlepši primeri učbenika iz fizike v drsanju na ledu. Drsalci se vzpenjajo in plujejo skozi graciozno parabolično krivuljo in se vrtijo. Ta kompromis med energijo, ki se uporablja za jadranje in vrtenje, je tisto, kar skače tako težko - in impresivno - del vsake drsalčeve rutine.
"Vsebuje tri sestavne dele: kolikšen zavojni zagon puščate led, kako majhen je lahko vaš vztrajnostni trenutek v zraku in koliko časa lahko preživite v zraku, " pravi profesor Richards James Richards kineziologijo in uporabno fiziologijo na Univerzi v Delawareu, ki je sodelovala z olimpijskimi drsalci in njihovimi trenerji pri izboljšanju tehnik skoka. Njegova skupina je ugotovila, da ima večina drsalcev potreben kotni zagon, da zapusti led, včasih pa je imel težave z zadostno hitrostjo vrtenja, da bi skočil.
Že tako majhne spremembe položaja roke v rotiranju skozi zasuk lahko privedejo do uspešno zaključenega skoka. "Šokantno je, kako malo je treba narediti ogromno, " pravi. "Roke premaknete za tri ali štiri stopinje, kar precej poveča hitrost vrtenja."
Sprva je imel laboratorij nekaj težav pri prenašanju teh ugotovitev v nasvet za drsalce. "Moje polje je čudovito pri izdelavi grafikonov in grafov ter grafov in tabel, " pravi. A to niso bili mediji, ki so jih drsalci in trenerji najbolje prevzeli. "Vzeli smo vso to matematiko in jo omejili na zelo preprost konstrukt." Natančneje, posneli so posnetke hitrih posnetkov drsalcev in te podatke prenesli v avatar drsalca. Potem bi šli noter in potegnili položaj telesa na mestu skoka, kjer je drsalec imel nekaj prostora za izboljšanje.
Drsalka je nato lahko videla primerjavo med tem, kar sta naredila, in tem, kako bi skok izgledal z nekaj majhnimi spremembami. "Vse, kar spremenimo, lahko storimo, " pravi. "Vrnemo se nazaj in si ogledamo sile, ki so potrebne za drsalce, da se prepričamo, ali je vse v meji moči drsalca, in izkazalo se je, da je to majhen del njihove največje moči." da preživijo veliko časa na ledu, da se navadijo na spremembe, a orodja za vizualizacijo jim pomagajo vedeti, na čem morajo delati.
Da bi izboljšala tehnike skakalnih olimpijskih drsalcev, je Richardska skupina hitri film drsalcev spremenila v te vrteče se avatarje. (Vljudnost Jim Richards) Presenetljivo je, da je Richardska skupina ugotovila, da je dovolj hitro vrtenje drsalce bolj miselni kot fizični izziv. "Zdi se, da obstaja omejitev hitrosti, ki je notranje ožičena, " pravi, čeprav je ta največja hitrost različna od osebe do osebe. Lahko traja tedne ali mesece, da športnik trenira, da se vrti hitreje od naravnega območja udobja.
Deborah King, profesorica vadbe in športnih ved na kolidžu Ithaca, je pogledala, kako drsalci prehajajo iz dvojic v trojko - in trojk v četverico. "Kako mora drsalec uravnotežiti ali optimizirati čas, preživet v zraku?"
Drsalci, ki lahko zanesljivo izvedejo tri ali štirikratne skoke, pravi, ponavadi preživijo enako količino časa v zraku, ne glede na to, kakšen skok izvajajo. Njihov kotni zagon na začetku skoka je lahko pri trojkah ali četverici nekoliko večji kot pri dvojicah, vendar je večina razlike v tem, kako obvladujejo vztrajnostni moment.
Kljub temu lahko drobne razlike v drugih vidikih skoka spremenijo. Že malo upogibanja v bokih in kolenih lahko drsalcu pristane z nižjim težiščem, kot so ga začeli, kar morda prinese nekaj dragocenih stopenj vrtenja in boljši položaj telesa za pristanek.
Obstaja kompromis med navpično hitrostjo in kotnim zagonom. Da bi skočili višje, bi lahko drsalci zbrali moč, kar bi jim lahko povzročilo pridobivanje mišične mase. Ta dodatna masa bi lahko še povečala njihov vztrajnostni moment in jih upočasnila v zraku. "S povečanim inercijskim trenutkom lahko izgubite več, kot pridobite s povečanim časom v zraku, " pravi Richards. Z drugimi besedami, doseganje ravnotežja na ledu vzame svoje ravnotežje.
Trenutno se moški na olimpijski ravni maksimalno odrežejo v štirikratnih skokih, medtem ko se ženske običajno ustavijo pri trojkah. (Zaenkrat je japonski drsalec Miki Ando edina ženska, ki uspešno opravi četrti skok v tekmovanju.) Zaradi tega se tisti, ki študirajo fiziko drsanja, sprašujejo: ali so štirikolesniki trda meja? "V skladu s sedanjim naborom pravil, da, verjamem, da je tako, " pravi Richards. Drsalci, ki gredo na štirikratne skoke, že vlečejo roke zelo blizu telesa, tako da ni veliko prostora za izboljšanje vztrajnostnega trenutka in hitrejše vrtenje. A skakanje veliko višje bi verjetno zahtevalo več mišične mase, kar bi upočasnilo vrtenje.
King je bolj optimističen. "Možna bi bila kvinta, " pravi. Zgodovinsko gledano, dodaja, na splošno traja nekaj desetletij, da se določenemu skoku v figuricah dodeli dodatna rotacija, zato jih vsaj 2030-ih ne smemo pričakovati. Da bi prišli od četverice do četverice, bi morali drsalci skočiti še nekoliko višje, dobiti nekoliko bolj kotni zagon in zmanjšati vztrajnostni moment. "Vprašati je treba, koliko bi lahko te številke realno spremenili, " pravi.
Povečanje hitrosti vrtenja v zraku bi bil nujen del pristajalnih skokov v štirinožnici. V poskusu je Richardsov laboratorij pokazal, kako je to mogoče. Raziskovalci so drsalcem dali majhne uteži za roke; ko so drsalci prinesli svoje orožje, je povečana teža pomenila večjo spremembo inercijskega trenutka, kar je povečalo hitrost vrtenja. (V pisarniškem stolu, če začnete s knjigami ali drugimi utežmi v rokah, boste še hitreje pospešili, ko potegnete roke.)
Dejansko so se drsalci hitreje vrteli z utežmi v rokah, čeprav so raziskovalci ugotovili, da so spremembo tudi hitro nadoknadili. Po prvem skoku so manj potegnili roke, da bi ohranili enako rotacijsko hitrost, kot jo imajo brez uteži. Če bi drsalec želel skočiti v štirikolesni skok, bi jim lahko ročne uteži pomagale doseči hitrost vrtenja, potrebno za dokončanje vseh teh zavojev.
Za olimpijske drsalce pa obstaja le en majhen problem. "Verjamem, da tudi vara, " pravi Richards.
