滑雪中的几何与物理--换个角度学滑雪

西藏之西

<p class="ql-block">首先引入概念:有疑问请及时百度。</p><p class="ql-block">几何部分</p><p class="ql-block">1、三角形 稳定结构不可变形。犁式滑行最稳定。</p><p class="ql-block">2、四边形 不稳定结构可以变形。犁式滑行中也不稳定的根源,原因后面有说明。</p><p class="ql-block">3、四面体 立体的稳定结构。</p><p class="ql-block">物理概念</p><p class="ql-block">1、重力 地球引力,跌落,下坠力!下滑的根源。</p><p class="ql-block">2、离心力 同样弯型速度越快离心力越大。</p><p class="ql-block">3、弹力 雪板受压变形产生的反作用力。</p><p class="ql-block">4、动能 重力越大速度越快,速度越快动能越大,压弯雪板的是巨大的动能。</p> <p class="ql-block">先来了解一下滑雪板的构造。</p><p class="ql-block">最初它只是一块有弹性的木板,后来设计出专业的雪鞋固定器(方便力量的传导)!增加了弧形金属边刃,增加了增强弹性的夹层!</p><p class="ql-block">现在看来更像一柄富有弹性,并不十分锋利的宝剑(宝剑与雪板还有个共性是切割)!而且拥有立体的完美的充满神秘气息的弧线。</p><p class="ql-block">雪板设计都是为了滑的更快,更容易控制!并没有设计增加摩擦力的装置!这样看来滑雪板不是为了犁式滑行设计的!</p><p class="ql-block">那么如何选择适合我们的滑行方式。</p> <p class="ql-block">既然雪板不是为了犁式滑行设计的,双板新手为什么要选择犁式滑行呢!这时就需要引入一个概念--三角形稳定(我们首先从几何的角度来分析解决问题)!相对于速度比它更重要的就是稳定了!超级跑车也是一样,脱离稳定一切都没有意义!</p><p class="ql-block">犁式滑行可以看做是平行于雪面的三角形稳定结构,两支雪板组成了三角形的两个边,另一个边由人体来投影在雪面上构成,是两只雪鞋之间的距离,可以看做一个不稳定的虚拟边,犁式三角形板头这个角并没有物理连接在一个点上。所以犁式滑行也不是新手一上来就能完成的稳定结构。需要控制板头角度,其实就是控制两脚之间的距离。控制好这条虚拟边!</p> <p class="ql-block">如果我们从三维的角度来看这一结构,我们就发现问题了。双板,双腿通过脚踝,髋关节构成了一个开放不完美的四边形(板头这个角没有物理连接在一起)!四边形是不稳定的结构!平面上不稳定三维空间亦不稳定。这就是我们犁式滑行不稳定的根源。</p> <p class="ql-block">那么如何解决问题呢?</p><p class="ql-block">现在需要引入一条边!我们从髋关节到板头这个角拉一条线。你会惊奇的发现这正好是一个四面体。四面体是稳定结构!</p><p class="ql-block"> 。。。。脑补中</p><p class="ql-block">。。。。。。。</p><p class="ql-block">现在至少我们从几何的角度解决了稳定的问题!</p> <p class="ql-block">P是髋关节代表人体核心</p><p class="ql-block">A和C分别代表两脚踝</p><p class="ql-block">B代表板头形成的角</p> <p class="ql-block">如上图:</p><p class="ql-block">P是髋关节代表人体核心</p><p class="ql-block">A和C分别代表两脚踝</p><p class="ql-block">B代表板头形成的角</p> <p class="ql-block">那么现实中两脚之间这条边,髋关节到板头这条边如何实现稳定呢!现在力(物理学的力)来了。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">滑行中力的应用</p><p class="ql-block">雪板下滑是重力的作用,坡度大到重力超过摩擦力时,雪板就会下滑。</p><p class="ql-block">滑雪板受到摩擦力,重力的影响。重力不变,坡度和摩擦力影响我们滑行速度,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,减缓坡度,去初级道滑行。</p><p class="ql-block">2,增加雪板的摩擦力,比如横滑降和犁式滑行。平行式滑行动态投影到雪面是两条线,犁式滑行是两个面,横滑降是一个面。所以犁式滑行横滑降都会增大摩擦力。</p><p class="ql-block">3,增加滑行距离,利用S形的滑行轨迹增加滑行距离。这才是真正的滑行,后面我们会从几何物理的角度来解释分析。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">双板变成犁式滑行摩擦力就会变大,相对于横滑降(不稳定)更容易,所以新手滑雪会采用犁式(三角形)这种摩擦力更大的滑行方式!</p><p class="ql-block">总结一下犁式(三角形)滑行的优点,1、稳定。2、能通过增大摩擦力控制速度!</p> <p class="ql-block">横滑降相对较难!</p> <p class="ql-block">犁式滑行在三维空间形成的四面体稳定结构!</p> <p class="ql-block">犁式滑行中是如何实现稳定的!</p><p class="ql-block">犁式滑行在三维空间构成一个稳定的四面体结构,需要解决两个问题:</p><p class="ql-block">第一是两板板头夹角其实也就是雪鞋间距离的稳定。</p><p class="ql-block">第二是髋关节到板头间的距离也就是踝关节的夹角角度稳定。通过肌肉关节的作用力稳定这两条线两个角,就能实现犁式的稳定结构。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">很多中高级滑手数理化学的不好的可以在此脑补一下了。</p> <p class="ql-block">。。。。。</p><p class="ql-block">从犁式到平行式,从四面体稳定到平行式动态的稳定!</p><p class="ql-block">犁式滑行中的四面体结构,有两个虚拟边!一是雪鞋之间的距离,二是髋关节到板头间的距离。这两条虚拟边靠身体的肌肉和关节来调整,说白了是两个力。</p><p class="ql-block">如果说犁式是平行于雪面的三角形稳定,那么平行式就是垂直于雪面的三角形稳定。犁式有两条虚拟边,平行式表面看起来只有一条虚拟边那就是髋关节到板头的距离,决定这个边是否稳定的就是脚踝的夹角。</p><p class="ql-block">这一段很啰嗦不知道有没有更简单说明白的办法。</p><p class="ql-block">反推一点!脚踝的收紧是平行式稳定的重中之重!</p> <p class="ql-block">平行式真的不需要四面体稳定结构了吗?</p><p class="ql-block">其实平行式也是四面体稳定结构,只不过有了更多的虚拟边,首先平行式靠S形转弯来控制速度,那么在S形的一半也就是C弯中各种力正好构成一个变化的四面体稳定结构!</p> <p class="ql-block">力构成了虚拟边,所以力的大小方向决定了三角形的角度,这些三角形的组合决定了四面体的稳定性!</p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block">下一篇我想引入滑行中各种力来分析动作是否合理!</p><p class="ql-block">速度越大惯性越大,惯性越大,雪板变形的压力越大,雪板反馈给身体的离心力也就越大。雪板的弧形钢刃就会滑出半径更短的弧线!</p><p class="ql-block">C弯的园心点,脚踝,身体的核心点三者构成一个稳定的三角形结构,这个三角随着时间线画出不同脚踝点的三角形。随着板压变化离心力也会跟着变化,所以前后两个时间点的三角形截面会组成不同的四面体。</p><p class="ql-block">这些结构的形态可以评估滑行动作是否合理!</p>