花滑运动员靠什么获得更多的旋转?人体在空中旋转的极限是什么?
冬奥会包含着众多冰上和雪上项目,其中花样滑冰是很多人非常喜欢观看的项目之一,运动员在冰场上,伴随着优美的旋律翩翩起舞,或舒缓地滑行,或腾空旋转,在双人和混合项目中,还有托举、高抛等难度更大的动作,花样滑冰运动员所展现出的力与美的完全结合,是深深打动人们的重要原因。
和其他很多运动项目一样,目前花样滑冰运动员在冰场上所作出的动作,或者说是展现出来的运动能力,是十几年前甚至数年前都无法想象的。美籍华裔运动员纳森·陈(陈巍)凭借着四周跳和阿克谢尔三周跳等高难度动作,在北京冬奥会上获得了男子单人滑自由滑项目的金牌。
隋文静、韩聪凭借着高难的动作、默契的配合、优美的表演,在花样滑冰双人滑自由滑项目中,为我国摘得此次冬奥会我国的第9枚金牌。
15岁的俄罗斯选手卡米拉 · 瓦利耶娃,则成为第一位在奥运会男女混合团体项目中,获得四跳成绩的女子选手。
另外,日本名将羽生结弦在以往的赛事中,已经获得了男子单人滑自由滑的诸多荣誉,在这次冬奥会上没有选择保守,而是向着难度更大的四周半跳发起挑战,这是迄今为止没有任何一个人在比赛中完成的动作。虽然羽生结弦此次尝试失败了,但是他的这种勇往直前的拼搏劲头,正是奥林匹克精神的体现。
在花样滑冰运动中,运动员要想在冰面上腾空并在空中完成转体,必须借助一定的运动速度,然后在恰当的时机,用脚部向冰面施加"蹬力",于此同时通过身体的反向扭动来获取旋转起来的角动量,在空中转过一定的周数之后,再用单脚落地。裁判员的打分,则根据运动员腾起的高度、转动的圈数、空中姿态的舒展性以及落地时的稳定性等综合进行评判。
从不同运动员花样滑冰所采取的跳跃姿态看,主要分为6种方式,这些方式最主要的区别,一方面是从冰刀刀片的哪一部分起跳,另一方面就是在空中旋转的次数,一般情况下以一次、两次、三次和四次居多。一般情况下,在旋转圈数相同时,这6种跳跃的难度由小到大依次为:后外点冰跳、后内结环跳、后外结环跳、后内点冰跳、勾手跳、阿克赛尔跳。
不过,无论是哪种跳跃的方式,跳跃的次数越多、旋转的圈数越多,无疑难度越大。从跳跃的次数看,目前,四次跳在男子比赛中已经很常见,一些优秀的女运动员也已经将四次跳应用于比赛中。从跳跃的圈数看,四周半跳被认为是目前最具挑战的跳跃,它需要向前起跳并使身体在空中旋转四周半。从目前还没有运动员在正式比赛中做出这个动作,似乎这就是人体的极限了。不过,有专家指出,在理论上,人体是可以跳出五周这个动作的。
尽管每名花样滑冰运动员的技术不同,特别是跳跃的方式不同,但是背后的一些基本物理原理则是相同的。而这些物理原理,正是决定着运动员跳跃质量和旋转圈数的决定性因素。从纯机械的角度来看,花滑运动员,必须在空中停留足够长的时间,才能保障获得更多圈数的跳跃。为了延长空中跳跃的时间,运动员必须尽可能跳得更高,也就是说从冰面上起跳时的瞬时垂直速度有关。
花滑运动员进行旋转动作时,需要同时做两件事,一件是从冰面上跳起,给予他们身体一个垂直方向上的速度,要达到这个目的,需要腿部事先储存更多的能量,然后在一系列动作的配合下,脚部在跳起的瞬间,给予冰面足够的蹬力,使身体沿着滑行方向腾起,得到一个线性动量,其中既有水平方面的分动量,也有垂直方向的分动量。
运动员同时做的另一件事,就是身体要快速旋转,这就需要产生一个在冰面上的扭矩,从而形成旋转动量。相信很多人都做过这样的实验,坐在旋转的转椅上,如果我们在旋转的时候,收起自己的手臂,那么转椅旋转的速度会变得更快。这其中的物理原理就是,在减少转动惯量的同时,按照能量守恒定律,那么旋转速度会跟着提升上来。所以,对于多数花滑运动员来说,做三周跳、四周跳甚至更多圈数的尝试,从理论上来说,一个人从冰面上起跳时,所能拥有的力量、以及蹬冰所能产生的反作用力是有限的,所以归根结底,转的圈数越多,与转速提高的关联性最强。
因此,花滑运动员要想挑战更多的圈数,除了长期坚持做身体肌肉的力量训练以外,还要拥有离开冰面时尽可能获得更大的旋转动量,然后在空中时尽可能以小体位来收紧自己的身体,从而使旋转加速。当然,受人体的肩膀和臀部的宽度限制,同时考虑到人体肌肉的爆发力,有科学家判定,花滑运动员做冰上旋转动作时,最大的极限只能是5圈,不过要达到这个目标,需要运动员们进行艰苦卓绝的训练,而且还得有很高的天赋和身体条件,希望在不远的冬奥赛场,我们能一睹这种"奇迹"的出现。
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