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滑雪中的幾何與物理--換個角度學滑雪

西藏之西

<p class="ql-block">首先引入概念:有疑問請及時百度。</p><p class="ql-block">幾何部分</p><p class="ql-block">1、三角形 穩(wěn)定結構不可變形。犁式滑行最穩(wěn)定。</p><p class="ql-block">2、四邊形 不穩(wěn)定結構可以變形。犁式滑行中也不穩(wěn)定的根源,原因后面有說明。</p><p class="ql-block">3、四面體 立體的穩(wěn)定結構。</p><p class="ql-block">物理概念</p><p class="ql-block">1、重力 地球引力,跌落,下墜力!下滑的根源。</p><p class="ql-block">2、離心力 同樣彎型速度越快離心力越大。</p><p class="ql-block">3、彈力 雪板受壓變形產生的反作用力。</p><p class="ql-block">4、動能 重力越大速度越快,速度越快動能越大,壓彎雪板的是巨大的動能。</p> <p class="ql-block">先來了解一下滑雪板的構造。</p><p class="ql-block">最初它只是一塊有彈性的木板,后來設計出專業(yè)的雪鞋固定器(方便力量的傳導)!增加了弧形金屬邊刃,增加了增強彈性的夾層!</p><p class="ql-block">現在看來更像一柄富有彈性,并不十分鋒利的寶劍(寶劍與雪板還有個共性是切割)!而且擁有立體的完美的充滿神秘氣息的弧線。</p><p class="ql-block">雪板設計都是為了滑的更快,更容易控制!并沒有設計增加摩擦力的裝置!這樣看來滑雪板不是為了犁式滑行設計的!</p><p class="ql-block">那么如何選擇適合我們的滑行方式。</p> <p class="ql-block">既然雪板不是為了犁式滑行設計的,雙板新手為什么要選擇犁式滑行呢!這時就需要引入一個概念--三角形穩(wěn)定(我們首先從幾何的角度來分析解決問題)!相對于速度比它更重要的就是穩(wěn)定了!超級跑車也是一樣,脫離穩(wěn)定一切都沒有意義!</p><p class="ql-block">犁式滑行可以看做是平行于雪面的三角形穩(wěn)定結構,兩支雪板組成了三角形的兩個邊,另一個邊由人體來投影在雪面上構成,是兩只雪鞋之間的距離,可以看做一個不穩(wěn)定的虛擬邊,犁式三角形板頭這個角并沒有物理連接在一個點上。所以犁式滑行也不是新手一上來就能完成的穩(wěn)定結構。需要控制板頭角度,其實就是控制兩腳之間的距離??刂坪眠@條虛擬邊!</p> <p class="ql-block">如果我們從三維的角度來看這一結構,我們就發(fā)現問題了。雙板,雙腿通過腳踝,髖關節(jié)構成了一個開放不完美的四邊形(板頭這個角沒有物理連接在一起)!四邊形是不穩(wěn)定的結構!平面上不穩(wěn)定三維空間亦不穩(wěn)定。這就是我們犁式滑行不穩(wěn)定的根源。</p> <p class="ql-block">那么如何解決問題呢?</p><p class="ql-block">現在需要引入一條邊!我們從髖關節(jié)到板頭這個角拉一條線。你會驚奇的發(fā)現這正好是一個四面體。四面體是穩(wěn)定結構!</p><p class="ql-block"> 。。。。腦補中</p><p class="ql-block">。。。。。。。</p><p class="ql-block">現在至少我們從幾何的角度解決了穩(wěn)定的問題!</p> <p class="ql-block">P是髖關節(jié)代表人體核心</p><p class="ql-block">A和C分別代表兩腳踝</p><p class="ql-block">B代表板頭形成的角</p> <p class="ql-block">如上圖:</p><p class="ql-block">P是髖關節(jié)代表人體核心</p><p class="ql-block">A和C分別代表兩腳踝</p><p class="ql-block">B代表板頭形成的角</p> <p class="ql-block">那么現實中兩腳之間這條邊,髖關節(jié)到板頭這條邊如何實現穩(wěn)定呢!現在力(物理學的力)來了。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">滑行中力的應用</p><p class="ql-block">雪板下滑是重力的作用,坡度大到重力超過摩擦力時,雪板就會下滑。</p><p class="ql-block">滑雪板受到摩擦力,重力的影響。重力不變,坡度和摩擦力影響我們滑行速度,坡度越大速度越快,摩擦力越大速度越慢。那么如何控制滑行速度?</p><p class="ql-block">1,減緩坡度,去初級道滑行。</p><p class="ql-block">2,增加雪板的摩擦力,比如橫滑降和犁式滑行。平行式滑行動態(tài)投影到雪面是兩條線,犁式滑行是兩個面,橫滑降是一個面。所以犁式滑行橫滑降都會增大摩擦力。</p><p class="ql-block">3,增加滑行距離,利用S形的滑行軌跡增加滑行距離。這才是真正的滑行,后面我們會從幾何物理的角度來解釋分析。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">雙板變成犁式滑行摩擦力就會變大,相對于橫滑降(不穩(wěn)定)更容易,所以新手滑雪會采用犁式(三角形)這種摩擦力更大的滑行方式!</p><p class="ql-block">總結一下犁式(三角形)滑行的優(yōu)點,1、穩(wěn)定。2、能通過增大摩擦力控制速度!</p> <p class="ql-block">橫滑降相對較難!</p> <p class="ql-block">犁式滑行在三維空間形成的四面體穩(wěn)定結構!</p> <p class="ql-block">犁式滑行中是如何實現穩(wěn)定的!</p><p class="ql-block">犁式滑行在三維空間構成一個穩(wěn)定的四面體結構,需要解決兩個問題:</p><p class="ql-block">第一是兩板板頭夾角其實也就是雪鞋間距離的穩(wěn)定。</p><p class="ql-block">第二是髖關節(jié)到板頭間的距離也就是踝關節(jié)的夾角角度穩(wěn)定。通過肌肉關節(jié)的作用力穩(wěn)定這兩條線兩個角,就能實現犁式的穩(wěn)定結構。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">很多中高級滑手數理化學的不好的可以在此腦補一下了。</p> <p class="ql-block">。。。。。</p><p class="ql-block">從犁式到平行式,從四面體穩(wěn)定到平行式動態(tài)的穩(wěn)定!</p><p class="ql-block">犁式滑行中的四面體結構,有兩個虛擬邊!一是雪鞋之間的距離,二是髖關節(jié)到板頭間的距離。這兩條虛擬邊靠身體的肌肉和關節(jié)來調整,說白了是兩個力。</p><p class="ql-block">如果說犁式是平行于雪面的三角形穩(wěn)定,那么平行式就是垂直于雪面的三角形穩(wěn)定。犁式有兩條虛擬邊,平行式表面看起來只有一條虛擬邊那就是髖關節(jié)到板頭的距離,決定這個邊是否穩(wěn)定的就是腳踝的夾角。</p><p class="ql-block">這一段很啰嗦不知道有沒有更簡單說明白的辦法。</p><p class="ql-block">反推一點!腳踝的收緊是平行式穩(wěn)定的重中之重!</p> <p class="ql-block">平行式真的不需要四面體穩(wěn)定結構了嗎?</p><p class="ql-block">其實平行式也是四面體穩(wěn)定結構,只不過有了更多的虛擬邊,首先平行式靠S形轉彎來控制速度,那么在S形的一半也就是C彎中各種力正好構成一個變化的四面體穩(wěn)定結構!</p> <p class="ql-block">力構成了虛擬邊,所以力的大小方向決定了三角形的角度,這些三角形的組合決定了四面體的穩(wěn)定性!</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block">下一篇我想引入滑行中各種力來分析動作是否合理!</p><p class="ql-block">速度越大慣性越大,慣性越大,雪板變形的壓力越大,雪板反饋給身體的離心力也就越大。雪板的弧形鋼刃就會滑出半徑更短的弧線!</p><p class="ql-block">C彎的園心點,腳踝,身體的核心點三者構成一個穩(wěn)定的三角形結構,這個三角隨著時間線畫出不同腳踝點的三角形。隨著板壓變化離心力也會跟著變化,所以前后兩個時間點的三角形截面會組成不同的四面體。</p><p class="ql-block">這些結構的形態(tài)可以評估滑行動作是否合理!</p>