听说你也喜欢看冰壶?今天是大年初二,同时也是2022年2月2日。在这个充满二的日子里,中科院物理所当然不忘记今天就有冬奥会的第一场比赛哦。正片开始。众所周知,冰壶其实是一项智力与体力并存,展现动静之美,取舍之智慧的竞赛项目,被誉为“冰上国际象棋”。国家男子冰壶队队员:姜东旭,国家女子冰壶队队长:韩雨。作为2022北京冬奥会场次最多、赛程最长的项目,冰壶项目的看点在哪里呢?
莫急莫急,且让小编为你慢慢道来。冰壶的起源可以追溯到600年前的苏格兰。一方面,人们挖到一个印着1511年的冰壶石;另一方面,有两幅1565年的油画描绘了人们玩冰壶游戏的故事。到了18、19世纪的时候,苏格兰移民者把冰壶游戏带到了加拿大和美国。接着冰壶在加拿大得到了进一步的发展,器材也在20世纪时被标准化。到现在,世界各地都在玩冰壶,并从1998年开始将其纳入冬奥会比赛项目。
对于初次看冰壶比赛的童鞋,很可能会有这么三个问题:他们为什么要擦地?他们喊啥?咦,我为什么要看冰壶?所以小编觉得有必要为大家整理一下,冰壶比赛的基本规则——冰壶比赛规则(青春版)。简单来说,冰壶比赛就是2个队,每队4人,轮番把16个40斤的冰壶投进约摸30米远的大本营中(一人投俩)。比赛结束后,在大本营中,所有冰壶更靠近圆心的队伍得分,并且有多少冰壶更靠近圆心就得多少分。
就这样进行10场比赛,每场比赛得分加起来作为最后的总得分。在冰壶比赛中,由于后投者可以将大本营中已有的冰壶撞开,所以这并不是一个简单的比准头的比赛,而是一次讲究策略的博弈——投壶队员需要通过“咆哮”的方式,指挥擦冰队员在冰壶前方擦冰,以控制冰壶的速度和方向。从运动学的角度来看,冰壶就是一块在冰面上一边自转一边平移的大石头。冰壶的运动主要由与冰面的摩擦决定。
对于冰壶这种本身和冰面接触面积很大,压强很低的物体,降低摩擦的方法,就是适度减少接触面积。一方面,接触面积小了,压强就提高了,冰熔点会下降得更多;另一方面,更小的接触面积会让摩擦产生的热量被更少的冰吸收,这样这一小部分冰就更容易融化。为了减少接触面积,冰壶的底部不是平的,而是中部内凹——其真正可以接触冰面的面积只有一个圆环,我们称为【移动环】。
一般来说,这个移动环的直径为13厘米,宽度在3-8毫米左右。这大大降低了冰壶与冰面的接触面积。但这还不够,如果把40斤的冰壶放在平坦的冰面上,摩擦力还是太大,冰壶前进会很困难。因此,制冰师通常会采取【冰粒】的技术,来减少冰壶与冰的接触面积。
他们会在平坦的冰面上挥舞喷头洒水,喷出的水凝结成小冰粒后,会让冰面变得凹凸不平,这样冰壶放在冰面上,实际上只会和冰粒的顶点附近接触,接触面积大大减小,相应地摩擦力也变小了。至于为什么后缘摩擦系数大于前缘,则众说纷纭了。这里为大家列举其中两种模型:“划痕论”和“非对称摩擦融化论”。
划痕论瑞典的Harald Nyberg博士提出了一种有趣的模型:冰壶移动环行进时,环上与冰接触的点会留下划痕,而且前缘会先留下的划痕。所以,当后缘前进时,会部分地“踩到”前缘的“脚印”,这个划痕会像火车轨道一样将后缘往前缘行进的方向上拉,从而产生侧向力。
非对称摩擦融化论而来自加拿大的Mark Shegelski博士提出,冰壶在前进时,其旋转方向与前进方向一致的部分,会因为与冰面更大的相对速度,而产生更多的摩擦;而这更多的摩擦融化冰面产生的水会顺势转移到前缘,从而减小前缘的摩擦系数,最终产生上文所分析的侧向力。目前这些理论各有优劣,科学家们谁也说服不了谁,因此“冰壶为什么会偏转”还是一个可以继续探索的问题呢。
今晚20:05冰壶混双第一轮比赛即将开始,中国队将迎战瑞士队。预祝运动健儿们冬奥遇冰,冰冰有礼;虎年掷壶,壶壶生威!让我们一起为中国冰雪加油吧!