力矩的公式为力矩=力×力臂,即M=r×F,但此处并不是简单的乘积,而是矢量叉乘(让我在此进行亿点点解释)。
专业来讲,我们设r为作用点到转动轴的距离,也叫力臂,而F是转动所施加的力,将F矢量分解后可以得知:真正起转动作用是垂直于r的分力Fy。
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对应过来,运动员在雪道上的姿态也是倾斜的,并在随时调整身体倾角达到改变重心位置的目的,从而使力臂的角度尽可能与重力垂直,产生更有效果的力矩,起到最好的转动效果。
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前面提到,转体周数越多,运动员可能的得分就会越高。那么,短时间内如何转体更多圈?这里就需要引入角动量守恒的概念。
我们先看一下什么是动量。动量(P)表示为物体的质量(m)和速度(v)的乘积,即P=mv,是与物体的质量和速度相关的物理量。
而角动量(L)则可以简单理解为物体的动量(P)和力臂(r)的乘积,即:L=r×P。为了方便理解,我们可先简单认为角动量与物体质量与转动速度有关。
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角动量守恒指在运动过程中角动量不发生变化,刚才我们解释了力矩的作用,那么现在用同样的模型再说明一下角动量的作用。
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我们把动量的表达式P=mv带入角动量的公式后得到L=r×mv,从公式可以看到,当角动量守恒即L不变时,如果使转动半径,也就是力臂r减小,就会直接导致速度v增大。
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所以,当运动员从跳台起跳的时候,我们往往会看到他们将身体屈起,尽可能减少力臂的大小,使速度增大,以达到短时间内转体周数更多的目的。
截至目前,中国队在北京冬奥会一共获得六金四银两铜的奖牌数,金牌数已超越历史最好成绩。让我们再次祝贺中国队的健儿们,期待他们在接下来的比赛中取得更好的成绩!
本文综合自公众号:北京晚报、丁香医生、央视新闻等
来源:数字北京科学中心
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