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06-18
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本文来自微信公众号“返璞归真”（饭铺）作者：下雪了。
2月11日，我国选手运动员颜文刚在北京冬奥会男子有舵雪橇比赛中获得铜牌。
这是中国运动员首次在此项赛事中获得铜牌。
讲台。
他的同伴殷正则创造了一项起步纪录，两人都创造了历史。
钢架有舵雪橇、有舵雪橇和雪橇都是在同一赛道上进行的比赛项目。
相信很多人都分不清它们之间的区别，也看不清里面的路。
本文将简单介绍一下这些“雪橇”项目及其背后的科学原理。
2020年北京冬奥会即将落下帷幕，作为普通中国观众，最关注的一定是我们的金牌项目，比如短道速度滑冰、自由式滑雪等，而其他项目总是抱着看热闹的心态，在所有冬奥会项目中，或许最让我们“匪夷所思”的项目就是有舵雪橇、雪橇和雪橇这三个竞赛项目——可以。
躺着，躺着，坐下，转几圈就结束了，胜负之差也只是毫厘之差，不过，这也是最大的特点。
这些运动中，有舵雪橇被称为冰上F1；钢架有舵雪橇被称为冰上跳水机；它的速度如风，力量如闪电，它们都是真正的硬核竞技运动。
全方位体现运动与科技的魅力。
雪橇、雪地摩托和钢架雪地摩托的区别在于，虽然轨道雪橇、雪地摩托和钢架雪地摩托的形状不同，但从设备上来说，它们实际上都是雪橇（雪橇）。
作为一个普通观众，区分这三项运动并不困难。
最简单的方法就是看运动员的体型。
无舵雪橇又称无舵雪橇，比赛时运动员平躺在雪橇上，双脚在前。
比赛开始时，运动员坐在雪橇上，双臂在冰面上用力向后推，以获得初始速度。
雪橇是人类古老的交通和旅行方式。
据记载，雪橇比赛始于15世纪。
Luge在法语中原意是小型雪橇。
现代无舵雪橇成为因斯布鲁克冬奥会的正式比赛项目。
北京冬奥会有舵雪橇男双自由性别比赛丨图片来源：丹尼尔·米海莱斯库/法新社 有舵雪橇，顾名思义，运动员坐在车里“驾驶”汽车进行比赛。
有舵雪橇是最古老的冬季奥运会比赛项目，自第一届霞慕尼冬季奥运会以来就存在（只有斯阔谷冬季奥运会缺席）。
1998年，瑞士人发明了一种可以摆动（鲍勃）的雪橇，后来逐渐发展成为竞赛用的雪橇，因此也被称为鲍勃雪橇。
这项赛事通常是团体赛——两人或四人比赛。
坐在第一位置的舵手可以拉动操舵装置来控制方向；后座最后一个人是刹车员，可以控制车内的推杆刹车（比赛中很少使用）。
今年，北京冬奥会首次增设女子单人有舵雪橇项目（Monobob）。
比赛开始时，运动员需要奔跑推动有舵雪橇上的伸缩推杆（制动小车末端的扶手），使小车加速。
直线跑了大约50米后，他迅速钻进车里开始滑行。
四人雪地摩托项目，出发后，从前舵手到最后刹车手按顺序跳入车内丨图片来源：IBSF雪地车组件丨图片来源：adventure.howstuffworks.com 钢架雪地车（Skeleton）为单体- 人事件。
运动员开始推雪橇，然后头朝下坐在装有缓冲器的雪橇上。
钢架有舵雪橇运动也起源于19世纪，当时由纯钢制成的雪橇，即钢架有舵雪橇诞生了。
至于为什么叫“Skeleton”，有人推测是因为最原始的“木雪橇”更像骨头，也有人认为挪威雪橇“Kjaelke”被误译成了“Skele”。
无论其起源如何，有舵雪橇一直是一项受欢迎的冬季运动 - 它因过于危险而被从奥运会中除名，然后于 2006 年回归[1]。
钢架雪地摩托项目|图片来源：Insider共同介绍了雪橇、雪地摩托和钢架雪地摩托（以下简称雪地摩托和雪橇运动）三项比赛。
最大的原因之一是他们共享相同的轨道。
雪地摩托的起点相同，但雪橇的起点不同。
北京冬奥会雪车雪橇比赛在北京延庆国家雪车雪橇中心举行。
赛道长10米（比赛长度为米），有16个不同坡度的角度和弯道（最大坡度18%，平均坡度6%，并拥有世界上第一条10度弯道），垂直落差1.5米[2]。
为了满足高速滑行的要求，雪地摩托雪橇轨道被设计为复杂的空间三维曲面[3]。
国家雪车雪橇中心是中国第一条、全球第17条获得国际雪车联合会（IBSF）认证的赛道。
其形似一条盘踞在群山之中游动的巨龙，故名“雪龙”。
国家雪车雪橇中心及其赛道路线图丨图片来源：IBSF Fast！根据物理学原理，有舵雪橇项目是冬奥会速度最快的三个项目之一（高山速降滑雪速度也很快）。
四人有舵雪橇比赛的最高速度可以达到Km/h[4]，无舵雪橇也可以达到同样的速度。
公里/小时。
如此高速度的来源其实很容易理解——重力。
运动员仅靠人和雪橇的重力从高处移动到低处。
在这个过程中，重力势能转化为动能，两者都与质量成正比，因此质量越大，在其他条件相同的情况下，四人有舵雪橇的速度就会最快。
国际雪地摩托联合会（IBSF）颁布的雪地摩托项目规则严格限制了车辆的重量。
如果车辆重量不足，可能需要在车辆内添加配重——如何分配雪地车内的重量将对速度起到关键作用。
比赛前后，将对比赛队员和有舵雪橇进行称重[5, 6]。
有舵雪橇和钢架有舵雪橇的重量都被限制在蜿蜒的冰雪赛道后面，这是各种物理定律交叉的赛段——完美的赛道环境，其中冰面摩擦力和空气阻力是影响速度的关键因素。
;同时，雪地摩托和雪橇本身需要有出色的性能，运动员要配备得当。
运动员在舞台上的表现是他能否成为冠军的决定性因素。
他将是第一个能够完美处理所有微妙物理现象的人。
必须指出的是，有舵雪橇是一项危险的运动。
急速转弯时，运动员会在数秒内感受到高达5~6g的加速度。
我们在过山车上也能体验到同样的加速度（见《冒险者的游戏：过山车的历史、物理与心理学》），但我们全程安全地固定在座椅上，而参赛者只能依靠自己的肌肉控制。
2002年温哥华冬奥会，格鲁吉亚选手运动员在训练时滑下跑道身亡。
另一方面，头部撞击的后果是不可预测的。
运动员还要承受比赛时雪橇产生的巨大噪音。
有研究认为，长期处于这样的状态可能会导致精神疾病[7]。
（有关运动引起脑震荡的??信息，请参阅《女足夺冠！头球作用关键，但顶多了会有“职业病”，严重者会患老年痴呆》）冬奥会中充分利用空气动力学的雪地摩托和雪橇项目，长度大多在1.6公里左右，运动员可以在一分钟内完成整个距离。
比赛共四轮，最终成绩为四轮时间之和。
即便如此，冠亚军的差距也不过是百分之几秒，甚至是千分之几秒。
空气动力学在这里起着重要作用。
早期的风洞实验和计算流体动力学（CFD）研究表明，空气阻力占总阻力的20%~26%[8]；阻力减少 3% 将使最终得分增加十分之一秒 [9]。
就雪地车运动而言，其主要阻力来自压差阻力[10]。
在车身尺寸方面，一般信息可能会给出大概的限制，比如四人雪地摩托不超过3.8米。
（在无舵雪橇和钢架有舵雪橇比赛中，“雪橇”也受到严格限制。
）事实上，国际有舵雪橇联合会对现代有舵雪橇的设计有非常严格的规定，在颁布的规则中直接有规定。
设计图纸。
这样做的原因是为了确保运动员的安全，同时也为了公平竞争。
当然，这里有一定的灵活性，因此有舵雪橇设计的技术含量就凸显出来了——现代有舵雪橇的设计更加符合空气动力学流线型。
整体车身外壳（整流罩）和底盘的几何形状（特别是前后翼子板），以及前后接缝、刹车的位置等都会对速度产生影响。
雪地摩托的制造还需要考虑它的材料。
虽然雪地摩托的整体重量很大，但在保证运动员安全的同时，还需要在运动转向时非常容易控制。
车身需要轻且耐冲击，底盘需要极其坚固。
制造商会选择碳纤维复合材料——世界一流的雪地摩托成本为0-0磅，下面的滑动装置（雪橇叶片）也达到0磅[11]。
运动员总是佩戴遮阳板式头盔，而不是头盔和护目镜的组合，也是为了减少空气阻力。
有舵雪橇的主要设计师只属于少数制造商。
首辆国产雪地摩托由中国航天科技集团公司和中国一汽集团制造|图片来源：CGTN 事实上，除了花样滑冰、冰壶等冬季运动项目外，空气阻力对大多数冬季运动项目的影响都很大。
在一些运动项目中，例如跳台滑雪，官方组织甚至限制使用减少空气阻力的创新技术，就像游泳比赛中禁止使用鲨鱼皮泳衣一样。
从面料到印花、透气性和弹性，科学家们对冬季运动服装的各个方面都进行了深入的探索[8]。
不过，有舵雪橇项目并没有严格的着装要求——毕竟稍差的身体控制力比空气动力学的影响要大得多。
他们通常穿着紧身运动服和手套。
有舵雪橇项目的手套上有鞋钉，可以帮助他们起跑，有舵雪橇运动员则穿着钉鞋。
运动员参加雪橇比赛的手套丨图片来源：Sportsmatik 克服摩擦调整最佳路线 如果你想问，为什么冰面很滑？这是一个物理学家花了数百年仍然没有找到明确答案的问题。
早期研究认为冰表面形成一层水膜来润滑冰。
这种现象最早是由法拉第发现的。
2000年，科学家通过X射线衍射证实冰表面确实存在准液体层（QLL），其厚度只有几十纳米[12]。
后来，他们发现这是冰升华过程中存在的亚稳态瞬态。
和水蒸气生长[13]。
然而，为什么实验观察到的摩擦力在温度接近冰熔点时比低温时更大的原因尚未从理论上找到[14]。
以上文字只是为了说明关于水（冰、雪）的知识实在是太多了；仅就冬季运动而言，很难确定不同相对速度下的滑动摩擦系数；空气湿度对冰面的摩擦系数也有很大影响。
这也是有舵雪橇运动中最大的阻力来源——雪橇桨叶与冰面的摩擦力[8]；但毕竟比赛场地的环境不是由选手决定的。
要克服摩擦，需要自己的水平。
理论上，研究人员对雪地摩托和雪橇的运动进行建模，从最简单的具有规定轨迹的一维粒子模型到将运动员和雪橇视为刚体的复杂模型[15]。
理论结果和实际比赛都告诉我们，滑动轨迹将是获胜的关键因素。
简单来说，运动员应该善于规划路线，缩短总距离。
观看比赛不难发现，如果运动员转弯后撞到赛道边缘，或者路线不是那么完美，那么最终的成绩将会大打折扣。
无舵雪橇比赛需要完全“平躺”，而有舵雪橇比赛则需要“平躺”。
细节是他们的身体、腿部和头部俯仰角度的位??置。
在钢架有舵雪橇比赛中，如果参赛者抬头观察赛道，身体重心可能会发生变化，从而可能会偏离赛道。
在有舵雪橇项目中，运动员在车内的坐姿会对轨迹产生较大的影响（也会影响空气动力学）。
对于理想条件下的直线和曲线的基本应力分析，实际情况非常复杂，但目前的车削模拟和实验非常一致。
图片来源：[16] 由于雪地摩托和钢架雪地摩托前面都有助跑，而这部分对整体得分有影响。
这次赛事中的很多运动员都是从田径项目转型而来的。
在如此紧张刺激的游戏中，吃瓜群众最幸福的时刻可能就是车出去却无人上车的时候（如果是多人游戏，队友说不定能把他拉进去）。
影响钢架雪地车启动阶段的因素丨图片来源：[16]因此，运动员的体感和控制力才是真正决定胜负的因素。
比赛瞬息万变，观众很难看清那些惊心动魄的环节是如何被优秀的运动员巧妙处理的——全程架设了几十个摄像头，我们只能粗略一睹。
这就是为什么看比赛的时候，感觉他们的姿势都是一样的，只是有的运动员速度快而已。
雪橇很难，所以尝试一下雪橇吧。
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