冰上运动这些“冷知识”，你知道吗？

冬奥会中，花样滑冰和速度滑冰因为观赏性极佳，在网上被频繁搜索。为什么花样滑冰运动员可以穿着冰鞋做那么多高难度动作？为什么它们转圈后不会头晕？有哪些物理常识可以帮助他们提高训练成绩.本期《好奇心实验室》，面对网友抛出的诸多问题，记者采访了相关专家。

问题1:花样滑冰运动员可以在冰上一直转圈，做高难度动作。为什么普通人转几圈就会头晕？

南方医科大学附属明基医院耳鼻咽喉头颈外科副主任医师黄杰告诉记者，首先，我们需要知道为什么我们在转圈的时候会感到头晕。通过人的视觉、本体感受和内耳前庭器官，将身体位置和运动的信息通过感觉神经传递到中枢神经系统，整合后做出位置判断，通过运动神经传递调整身体和眼球的位置，从而维持平衡和视觉稳定。前庭功能正常的人在做简单旋转时不会感到头晕，但当刺激太强，超过前庭系统的处理能力时，身体就会感到头晕，严重时会出现恶心、呕吐等不适。但对于外周前庭功能受损、前庭功能下降的患者，由于前庭系统处理运动信息的能力不足，无论是在休息时还是在运动中，都可能感觉到周围物体的旋转或自身的不稳定，无法稳定地注视周围目标甚至摔倒。

对于花样滑冰运动员来说，需要完成一些高难度的动作，比如运动中的快速旋转和跳跃。比如羽生结弦挑战4A，也就是阿克塞尔的四周跳，需要在起飞和落地之间不到一秒的时间内完成四周跳，并以自身体重5-8倍的力量落地。在这个过程中，运动员需要很好地控制自己的身体动作。这个动作的难度在于，除了强有力的肌肉骨骼系统支撑，前庭系统训练尤为重要。

眼球震颤是在肢体运动或视觉追踪的情况下，维持视觉稳定的常见眼球运动，如旋转中的眼球震颤、旋转后的眼球震颤、视动性眼球震颤和视动后的眼球震颤。当运动员需要做较高难度的动作时，此时诱发的眼球运动属于前庭刺激诱发的眼震，都是生理性眼震。运动员在场上优美的姿态往往来自于从小的长期训练，在面对匀速运动和结合身体姿态变化速度时有一些训练小技巧，这些都是前庭习惯。

什么是前庭习惯化？黄杰解释说，前庭习惯化是指在一系列相同的刺激后，前庭系统的反应性逐渐降低的现象。人的前庭感觉器官有两个，分别位于左右内耳，潜力很大。即使一个前庭感觉器官受损，另一侧健康的前庭感觉器官也有很强的代偿能力，一段时间后可以完全恢复平衡感。如果再训练，前庭功能恢复的会更快更好。

也有飞行员或宇航员需要相关的前庭功能训练。面对特殊的飞行需求和重力环境，他们会有更高的要求。他们应该根据需要进行训练，以满足飞行任务的要求。人的前庭功能本身就有不同的条件，就像有高有矮有胖有瘦一样，个人在单位时间内的功能状态也是不一样的，所以在训练前需要进行筛选。

问题二：为什么冰上的滑手可以在冰上进行高速运动或者完成高难度动作，而有些动作我们穿普通鞋在水泥地上却很难实现？

东南大学物理学院的董帅教授表示，由于摩擦阻力较小，滑冰运动员可以在冰上高速运动。一方面，冰面比普通路面光滑；另一方面，安装在冰刀下面的冰刀底部面积很小，所以作用在冰面上的压力很大(压力等于压力除以面积，压力近似等于运动员的体重加上地面上的力)。在冰刀与冰面交界的微小区域，压力会把冰融化成水(水的密度比冰的密度低，所以冰在高压下会融化)，会使冰刀与冰的摩擦变成湿摩擦，摩擦力会降得更低。因此，当运动员使用正确的蹬车姿势时，只需要较小的力就能获得比在地面上更大的加速度。但普通鞋底面积大，不能产生高压融水。

从生理上来说，花样滑冰运动员在完成旋转时需要角动量。角动量越大，旋转越快，以便在落地前完成更多的旋转。角动量乘以转弯半径等于线速度，所以转弯前需要获得较高的水平速度，然后用冰刀在地上蹬，将水平速度转化为转弯速度，获得较大的扭矩。一般地面很难达到这么大的水平速度，更大的扭矩对蹬车时的力度也有很高的要求。溜冰鞋的长度比脚长，更有利于获得扭矩。

投掷过程需要两个人的速度几乎相同，在轮滑等普通地面上可能达到。但在保持跑步或行走速度时，人的身体前后摆动幅度过大，无法操作。

一般由于地面阻力大，落地瞬间水平速度会急剧减速，不容易平稳落地，容易绊倒。但冰面阻力小，落地瞬间能大致维持水平速度，容易稳定。当然，这也需要运动员反复练习。

问题3:有哪些常见的物理知识可以帮助花样滑冰运动员提高技巧？

董帅告诉记者，在花样滑冰中，当空中多圈跳完成后，运动员将离开地面，开始做斜抛。圈数主要由两个因素决定，一是死区时间，二是转速。停滞时间由垂直速度决定，而旋转速度与水平移动速度有关。如果想多转，需要更大的扭矩将水平速度转化为旋转速度，离地时需要尽可能收缩身体半径，这样可以提高旋转速度。在总速度不变的情况下，垂直速度和水平速度的合理分配，并不意味着跳得越高，转弯就越多。