冰——熟悉又陌生 / 开普饭

2022年北京冬季奥运会将在2022年2月4日由北京市和河北省张家口市联合举行，其中包括冰上项目和雪上项目。那么，冰和雪不同的性质又会带给这些运动怎样的特点呢？

当我看了定义后，我发现雪是一种降水而冰是水的一种状态，具体定义是：雪是由大量白色不透明的冰晶和其聚合物组成的降水。冰是由水分子有序排列形成的结晶，水分子间靠氢键连接在一起形成低密度的刚性结构。具体而言，冰的可压缩性不如雪，因而滑雪板没有刃（好牵强的理由~），滑雪运动改变方向的主要方式是通过推出雪来提供约束和反作用力。前几天，有同学跟我讨论了关于滑冰为什么需要冰鞋的问题，我觉得这很有讨论价值——至少了解原理之后，我们不会傻到尝试穿着拖鞋拿着笤帚妄图在冰冻的操场上滑雪。

首先，我们先看一下广为人知的“压力融解”假说：有人认为认为，如果用冰刀

给单位面积上的冰施加一个很大的压力，这种压力会降低接触面的冰的熔点，使其融化，从而形成薄薄的水层。这一水层会起到很好的润滑作用，因此冰的表面会非常滑。当滑冰者离开这一区域时，融化的水又会重新凝结成冰。看起来很有道理不是吗？这时有人提出反对意见：

事实上，冰刀的形状并不是一个矩形的面，而是有两个刃，并且通过简要的试验即可证明，冰刀是可以使冰面凹陷的——这来自于尖劈产生的分力。当然，有一点毋庸置疑，冰刀的刃一定比冰块更硬。

这样一来，在正常温度下，冰刀不需要使冰融化即可留下划痕（莫氏硬度的测量方法），从而达到约束的目的。这样一来，我们可以确定一点，滑冰不需要冰的表面融化，而只需要产生约束就可以了。

还有摩擦生热假说，过于简单不予赘述。“表面融化说”是目前最流行，也是被学术界所认可的一种假说。这种假说认为，当温度在零下 22 摄氏度以上时，冰的表面上始终有薄薄的一层永远不会凝固的水。

现在问题来了，黑龙江人的冰雪运动并没有受到影响啊！

在兴安岭和长白山，滑雪非常流行。我找到了一些关于滑雪的原理：

滑雪中总能遇到一些所谓的概念，例如重心的三轴移动，包括前后，上下，左右三个方向的“重心”移动，其实这是一种通俗的说法，我们要了解其实质结果是影响雪板压力的变化，以及为了平衡转弯时的向心力产生的倾斜。我们先从明确一些基本物理概念，再通过深入分析来看待这种类型的问题。雪板能够转弯的基本条件：雪板的侧切（Sidecut）和雪板的弯曲形变（Flex）。这两个基本条件是互相配合共同作用的。通常侧切形状里面包含了不同半径的圆曲线结合摆线（最速降线，阿基米德螺旋线、三次方椭圆曲线等回旋线或缓和曲线），作为大众级雪板通常采用的侧切形状设计，采用计算一个比较通用的平均的侧切形状，在不需要特定侧切的情况下，配合适当的雪板弹性分布就可以满足大规模生产的目的。但在高性能雪板或者竞技级别雪板中，就像赛车一样，需要进行专业的针对线路和雪质具体需求进行开发和调整，需要在雪板不同的部位设置不同的侧切，同时还要结合雪板的弯曲形变程度来改变侧切。在高速的前提下，不同的弯道线路形状，弯道的不同阶段，加速减速以及滑手主动的负重转移进而造成雪板不同压力变化条件都会影响雪板的弯曲形变。如何结合侧切和形变都是经过长期的研发和测试的结果，是设计和调试雪板最为关键的工作，需要投入很大的精力和资金。也是这种类型雪板比普通雪板贵很多的原因。这与赛车的道理是相通的，都是要在抓地力极限的边缘，以最短的时间（而不是最短的距离或是更快的速度）获得胜利，而比赛中的失误往往是突破了抓地力的极限，或者压力分布不当造成的抓地力不足，进而造成的减速或者打滑失控。转动轴（旋转轴、支撑轴、平衡轴）：质心和支撑点之间的连线为转转动轴，当物体处在转动平衡状态时，转动轴上合力矩为0，当有离心力作用在运动系统之上时，转动轴就会发生倾斜。成角（折角、很多说法都称之为“反弓”：Angulation）：是提高立刃角度的方式，是动作不是姿态。很多概念中的反弓是指脊柱的成角，但在专业竞技领域，脊柱的中立位是在高速下保持稳定的基础，脊柱的成角会影响结构的稳定性。因此发生脊柱侧弯的反弓概念不适合高速下的结构。

冰——熟悉又陌生

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