羽生结弦挑战的4A到底有多难？探索“冰上芭蕾”的物理学奥秘

来源：科普中国　2022-02-10 15:19:14

2月10日上午，北京冬奥会花样滑冰男子单人滑自由滑项目的比赛在北京首都体育馆进行。

这场比赛可能是备受关注的一场。

曾蝉联过去两届冬奥会该项目的冠军，羽生结弦在本届冬奥会上挑战了花滑届的最高难度4A动作。

但遗憾，前2个动作都摔倒在了冰面上。最终获得188.06分，总分283.21。

这个被认为是挑战人类极限的动作，到底是什么?现在就来科普一下。

探索“冰上芭蕾”的物理学奥秘

花滑运动员为什么能在冰面上完成跳跃、旋转等高难度动作?

花样滑冰兼具美感和动感，有着“冰上芭蕾”的美称，运动员在冰面上要完成跳跃、旋转等一系列动作。

他们自身在旋转的过程中，往往会控制双臂的位置和姿势，因为转动中角动量守恒，若打开双臂，转动惯量会增加，旋转速度就会减小。反之，转动速度则会增大。

转体动作在原理上似乎并不复杂，但跳跃动作则具有一定的挑战性。

运动员在起跳时需要注意用力方向，脚蹬冰面时施加一个斜向下的力，使其离开冰面做斜抛运动。

这个力同时提供了斜抛运动的初速度，以及形成运动员转体角动量的力矩。

但是运动员如果进入滞空阶段(身体腾空，位于半空中)，所受外力力矩为零(重力作用质心)，无法改变角动量。这时他们往往通过改变姿势来减小转动惯量，增大转动角速度，例如将双臂展平，将手聚到头顶等。

羽生结弦挑战的4A到底有多难?

4A的专业说法是“奥克塞尔四周跳”，公认花滑领域最难的动作，由挪威选手阿克塞尔·保尔森在1882年首次完成。

4A看似比3A要多跳一周，但实际要转四周半，而这一周半使得4A的最高点提高了整整17公分，落冰点也要增加1米多的距离。为了准备好这些必要条件，运动员在腾空前必须要将速度提高10%。

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