介绍
2022年北京冬奥会备受关注，极有可能出现在2022年高考、综合评价、强基础考试的试卷中。 你知道2022年北京冬奥会用到了哪些物理知识吗？ 让我们来看看！
01
冰刃和熔点
溜冰鞋是冰上运动的核心装备之一。 速滑、花样滑冰、冰球都离不开冰刀。 了解滑冰的人都知道，溜冰鞋的刀刃比较锋利，甚至很危险。
2010年温哥华冬奥会女子3000米接力比赛中，中国队获得金牌。 当队员们庆祝并拥抱教练时，王蒙不小心暴露了队友，队友张辉的脸被割伤。 缝了十针。
如果你在网上搜索“冰刀刃划伤”，你会发现，冰刀刃受伤的案例经常发生在比赛场上，甚至训练场上。
那么问题来了，既然危险，为什么要把溜冰鞋做得那么锋利呢？
简单来说，冰刀刃设计得非常薄，首先是为了在开始推冰和加速时提供抓地力。 毕竟，刀片嵌入冰中，并在推动冰时提供垂直于刀片的反作用力。
另外，最常见的解释是：增加与冰表面的压力降低了冰的熔点，导致接触点的冰融化成水膜以减少摩擦。
知识点1 干摩擦和湿摩擦
干摩擦是发生在固体之间的摩擦，湿摩擦是发生在固体与液体或气体之间的摩擦。 在相同压力下，后者的摩擦系数远小于前者。
例如，为了减少机器之间的摩擦，工业上通常添加润滑油，这利用了湿摩擦小的优点。 再比如，刚用湿拖把清理过的地面，由于类似的原理，所以非常滑。
冰的表面比大多数表面都光滑（据说表面有一层很薄的水膜），但对于滑冰来说还不够。 如果能在冰表面撒上一层水，它的摩擦系数将会进一步降低。 小的。
但现在有一个问题。 如果真的把水洒在低温冰面上，水很快就会凝固。 那我们该怎么办呢？ 你不能在冰上撒润滑剂吧？
这时候你就需要第二个知识点来帮你解答。
知识点2 冰的熔点和压力
对于像冰这样的晶体，融化时体积会变小。 当压力较高时，水更容易变成体积较小的液体。 换句话说，它的熔点会降低。 这个问题可以从水的三相图得到答案。
冰刃之所以做成锋利的，是为了通过减少受力面积，增加与冰面的压力，使原来接触点的冰的熔点降低，很快融化，从而起到润滑作用。 。 被冰刃划过的冰面由于冰面压力的消失而熔点上升，融化的水很快再次结冰。 这就是复冰现象。
在初中物理课上，老师可能会演示一个名为“绳索穿过冰”的物理实验。
在这个实验中，绳子被勒住的地方压力很大，接触点的冰由于熔点降低而融化。 当绳子穿过时，熔点上升并再次凝固。
拓展知识，捏雪球
你有没有想过，为什么软雪只要捏一下就能变成硬雪球？
雪是微小的冰晶。 当从外部挤压时，熔点降低并熔化。 揉捏雪球后，不对其施加压力，融化的部分再次冻结，其余未融化的部分冻结成型，因此捏捏后可以保持雪球的形状。 滚雪球时，也是利用雪球本身的重力来实现雪的“融化”→“凝固”的过程。
02
花样滑冰和角动量守恒
花样滑冰是一项集优雅、舞蹈和运动技巧于一体的极具观赏性的运动项目。 选手们常常在优美的音乐和高水平的滑冰中表演各种高难度动作。
花样滑冰中最有趣的物理现象是：运动员原地旋转时，双手展开时旋转速度并不快，但双手靠近身体时旋转速度却越来越快。 这是为什么？
这里涉及到的物理概念有：角速度、角动量、角动量守恒。
知识点1 角速度
角速度是粒子在Δt时间内做圆周运动的旋转角度，即Δθ。 它是描述物体绕圆心旋转速度的物理量，用符号ω表示。
知识点2 角动量
角动量是指质点动量p相对于O点的动量矩（通常称为角动量），缩写为L。当刚体绕固定轴旋转时英语作文，其角动量等于：
其中高中物理刀刃，J为刚体绕轴的转动惯量，有时也表示为I。这里需要强调的是，虽然不同形状的刚体转动惯量的计算方法不同，但从下表可以看出，转动惯量与旋转半径r有关。 当r变大时，转动惯量也变大。
注：角动量的知识点是大学才学的。
知识点3 角动量守恒
如果物体上的总外力矩为零，或者没有外力矩作用在其上，则该物体的角动量保持不变。 这个结论称为角动量守恒。
利用以上原理，我们来解释一下花样滑冰旋转模型：
在光滑的冰面上旋转时，如果忽略摩擦力和空气阻力，将初始角动量视为固定值，初始臂伸惯性矩为I。当身体收紧时，就是使半径的过程转动惯量r变小，即转动惯量变小。 根据角动量守恒，角速度自然就变大，所以转得越来越快！
这个神奇的原理，不会滑冰的人都能体验到：
人坐在可以绕轴旋转的凳子（转盘）上，手里拿着哑铃或其他重物，最初水平举起双臂，使人和凳子一起以固定的角速度旋转。 然后人快速收缩双臂，你会发现人转得更快了！
值得一提的是，2020年12月9日，宇航员叶光复还在中国空间站“天宫课堂”上进行了角动量实验；
张开双臂慢慢转动； 缩回手臂以加快转动速度。
失重环境下的旋转不受摩擦力的影响，使得这个实验更容易成功。 这可能是世界上最标准的角动量守恒实验了~
03
冰壶比赛时为什么要拖地板？
冰壶运动堪称一项技巧与智力相结合的运动，被誉为冰上“国际象棋”。
中国冰壶队成立于2003年，经过短短十多年的发展，取得了令人瞩目的成绩。
像往常一样，我们来谈谈冰壶的物理原理。
知识点一：冰壶轨道表面不光滑
与速度滑冰和花样滑冰不同，冰壶赛道的冰面十分奇特。 它不是一个平坦且光滑的表面。 甚至还有一层薄薄的冰粒，就像微小的“卵石”或“小肿块”。
制冰机每次制冰时，都会将水滴喷洒在镜面光滑的冰面上。 每个水滴的大小通常为2至3毫米。 当这些水滴变冷时，它们会迅速凝固成冰粒。 这个过程称为“打点”。 其原因令人费解——减少摩擦。
学过初中物理的人都知道，物体表面越粗糙，动摩擦系数就越大。 那么为什么冰壶赛道的冰面上会有这么多“小凹凸”呢？ 这不是更“粗暴”吗？ 这里涉及到的知识点前面已经提到过，就是“熔点和压力”。
因为冰壶壶很重，每只约20公斤，壶底平坦，中心稍凹。 当放置在覆盖有小冰粒的冰上时，接触点处的压力非常高，导致冰的熔点降低并融化。 水膜减少摩擦。
所以冰壶并不是在冰面上滑动，而是在这些“冰粒”上滑动。
如果做成光滑的平面，结果可能是冰壶底部的中心是凹的。 周围接触部位的冰融化后，整个冰壶石就会像吸盘一样“吸”在冰上。
知识点2 为什么要“擦冰”？
相信很多人都在电视上看过冰壶比赛。 一名队员将冰壶石推了出去，表情严肃。 冰壶石前有两个人紧张地喊着，疯狂地“擦地板”。 然后他们就看到冰壶石把对方的冰壶石撞开了。 稳稳地旋转到了圆心，队员们欢呼起来……
问题是，运动员为什么需要“擦地”呢？ 这个过程实际上被称为“刷冰”，是冰壶运动的重要技术之一。
很多人认为刷冰就是清洁冰面，为冰壶运动“注入灵魂”。 事实上，情况并非如此。 刷冰的主要目的是通过冰刷的摩擦，提高冰面的温度，使冰面融化，并在冰面上形成一层水膜，以减少摩擦。
在球场上，刷冰面的目的是让冰壶石旋转更少，滑得更远。 刷冰的力度取决于您希望石头停留的位置。 涉及的技巧比您想象的要多得多，这就是为什么该游戏被称为“冰棋”。
知识点3：冰壶冲击力与动量守恒
对于普通观众来说，冰壶比赛中最期待看到的就是冰壶运动员们的“精彩”碰撞。 冰壶撞击模型是高中物理“动量守恒”和“碰撞”中的重要命题材料。
动量守恒定律是现代物理学三大基本守恒定律之一。 其基本描述是：如果一个系统不受外力作用或者外力之和为零，则系统的总动量保持不变。
m1v1+m2v2=m1v1ˊ+m2v2ˊ
考虑到冰壶石质量很大，滑动时遇到的阻力很小，可以近似理解为遵守动量守恒定律。
说再多也没用。 我们来做一道简单的物理题：
04
速滑运动“弯”的原因
该部分难度最大，涉及的比赛项目是短道速滑，是中国冬奥队的有力“夺金点”。
了解冬奥会的人都知道，中国短道速滑队战绩辉煌，堪称中国队冬奥会的“王者之队”。
中国短道速滑队
2002年美国盐湖城冬奥会上，中国女子短道速滑运动员杨洋夺得500米和1000米冠军。 这是中国冬奥会历史上的第一枚和第二枚金牌。
2014年温哥华冬奥会上，由王蒙、周洋、张慧、孙琳琳组成的中国女子短道速滑队在主教练李艳的带领下，夺得女子500米、1000米、1500米和女子短道速滑3000米接力赛的全部四枚金牌创造了历史。
2018年平昌冬奥会，中国短道速滑队武大靖夺得500米冠军。 含金量十足！
短道速滑比赛中，我最喜欢的一幕就是运动员的“弯道”超车。 要知道，短道速滑中，弯道约占总距离的50%。 能否掌握曲线技巧对于速滑来说至关重要。 运动员非常重要。
运动员在过弯时，身体总是向内大幅度倾斜，身体的一侧几乎接触地面。 问题来了：
这个“弯曲”的目的是什么？ 有哪些物理原理？
如果用一句话来简单解释“弯曲”的原理，那就是重力和离心力的力矩平衡。 简单来说就是“不弯腰就会被扔出去”。
知识点1 力平衡
运动员的滑冰转弯被视为圆周运动。 此时，冰刀卡在冰上时受到的摩擦力提供了向心力。 为了便于研究，引入了另一种虚拟力，即“离心力”，其大小与向心力相等，方向相反。
如下图，讨论力平衡问题↓↓↓
因此，在水平方向上，摩擦力f等于离心力v2m/r。
知识点2 力矩平衡
除了力平衡分析之外，接下来还必须分析力矩平衡。
如果人在滑行和转身时身体直立，上半身就会因惯性产生的离心运动而被“甩出”。 你一定有过这样的经历：当汽车转弯时，车内的乘客往往会向外摔倒。 这时，一般人的上半身会不自觉地向内倾斜来“抵抗”。
不仅是滑冰运动员，摩托车在过弯时也会出现明显的“颠簸”现象。
如图所示，为了保持平衡，以冰刀与地面的接触点为圆心，重心力矩应等于离心力力矩。
经过一推导，就得到上面的公式↑↑↑
可见，如果转弯时的速度很高，有两种方法可以避免被抛出：
①增大转弯半径r：这也是机动车高速行驶时不能急转弯的原因；
②加大倾斜角度θ：由于短道速滑比赛场地有固定的弯道，当运动员要求转弯时，身体必须明显向内倾斜。
需要补充一点的是：关于“压力弯曲”现象，很多人将其原理等同于高中物理课本上的“火车转弯”模型。 这是不严谨的，因为列车转弯主要是通过内外轨的高度差来实现的。 此时的向心力是由钢轨倾斜的“支撑力”和重力的合力提供的。
当滑冰者和摩托车手压弯时，支撑力始终是垂直向上的。
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