盯住下面的視頻，仔細看，你會發現：當測試人員伸開手臂轉得慢，當把手臂抱在胸前轉動變快了！這是為什麼呢？

我國從1980年開始派員參加冬奧會，那一次是第13屆，一直到目前的第24屆，小編粗略統計，僅在2010年溫哥華第21屆冬奧會上，申雪和趙宏博組合獲得花樣滑冰雙人滑金牌。這麼看來，冬奧會花樣滑冰确實是我們的短闆。

申雪和趙宏博奪冠

那轉椅子快慢和花樣滑冰有什麼關系嗎？關系特别大！你看花樣滑冰運動員在起跳以後都要把手抱在胸前，這時候身體旋轉得特别快，落地後張開雙臂就慢下來了。

當運動員驚豔一跳時，他們的優雅和力量讓我們眼花缭亂。如果把時間定格，我們會發現一道美麗的弧線，美得讓人窒息。很多物理奧秘就藏在這項冰雪運動裡，那就是掌握平衡、旋轉速度和角動量。每一次轉身、跳躍都依賴于對複雜物理力量的掌握。

>>>平衡

花樣滑冰是探索各種體力的最佳項目之一。運動員的每一次轉身和跳躍都始于平衡，而要保持平衡，始終依賴于能夠将身體的重心置于腳和冰面接觸點的上方。那人體的重心在哪裡呢？往往因人而異，但通常略低于肚臍。花樣滑冰運動員在做滑行、旋轉、起飛和落地等動作時，始終要把重心與觸地腳在一條豎直直線上，否則就有摔倒的風險。

>>>慣性矩和角動量

在花樣滑冰中，除了保持平衡不摔倒很重要，還要看能在空中轉幾圈，這取決于滞空時間長短和身體旋轉速度的大小。

我們先看旋轉速度，通過剛才轉椅子的實驗，我們找到了物理規律：伸開胳膊轉得慢，收縮胳膊轉得快。這就涉及到第二個物理概念——慣性矩（類似于轉動慣量），它是描述質量相對于重心如何分布的指标。當運動員張開手臂，慣性矩增大，旋轉速度就降下來；反之會轉得快。這就是著名的角動量守恒原理。

這裡出現了第三個物理概念——角動量（L），它是物體質點到旋轉軸心的距離（r）與質點動量（mv）的乘積，即L=r×（mv）=mr²w，其中w是旋轉的角速度（這個值越大，說明轉得越快）。

這麼看花樣滑冰運動員要想在空中轉得圈數更多，就要提高w，而旋轉過程中角動量（L）保持不變，而且人體質量m也不變，隻能盡可能地減少慣性矩來實現增加旋轉速度的目的，這個可以通過減小身體旋轉半徑r來實現。而且，我們發現角動量L正比于r²，所以r變化一點，r²就變化很大，對旋轉速度w的影響就很大。由此可以看到從控制旋轉半徑r這個點出發，收效最明顯。通俗點講就是要盡量緊縮軀體變得細長，讓身體的每一部分都更靠近身體的旋轉軸，最容易做到的就是把四肢盡可能收回來。有研究顯示，運動員在騰空後，在旋轉過程中即使手臂位置的細微變化，都會影響旋轉的成功與否，比如手臂緊縮的角度哪怕隻差4~5°，對旋轉速度的影響都很大。

>>>跳起高度和垂直速度

花樣滑冰是在跳起後，通過一道優美的抛物線飛行，邊飛邊旋轉。所以平衡也好，旋轉速度也罷，還有一個關鍵的因素——滞空時間，它也直接影響了運動員在空中旋轉的圈數。即使運動員平衡保持得再好，旋轉速度更高，但是剛跳起來就落地，幾乎沒有滞空時間，那也無法展現花樣滑冰這項運動的精髓。

這麼看，運動員要想在空中多待會，就得增加起跳離地時的速度，确保這個速度在豎直方向上的分量越大越好。這就要求腳要給冰面施加更大的力量來獲得冰面給人體的反力，從而跳得更高。既然跳起高度（和垂直速度）的大小取決于人體施加給冰面的推力的大小，那麼就要看運動員收縮腿部肌肉再非常有力地伸展開的能力。

研究發現：運動員在起跳時，一部分能量消耗在起跳高度上（直接影響滞空時間），另外一部分能量用于保持必要的角動量來保證旋轉速度。也就是說，運動員想要在空中待得長一點，就要損失一些角動量（旋轉速度）；要想提高旋轉速度，估計跳起的高度就會減小。

為了跳得更高，運動員可能會增強力量，這往往會導緻他們增加肌肉質量，額外的質量可能會進一步增加慣性矩，結果就要損失一部分旋轉速度。因此，用于滞空飛行和旋轉速度的能量之間的權衡，使得跳躍成為花樣滑冰運動員最難的抉擇。

通過研究發現：運動員慣性矩增加帶來的損失，要大于增加滞空時間帶來的收益。所以這個難題又甩給了運動員，需要他們自己來平衡。

運動員在跳躍旋轉過程中，其他方面的微小差異也可以産生影響。比如，哪怕臀部和膝蓋稍微彎曲，也可以讓運動員以比開始起跳時以更低的重心落地，這樣或許可以勉強獲得一些寶貴的滞空時間，從而增加旋轉角度，并以更好的落地身體姿勢。

通過對一些花滑運動員的比賽數據分析，得到一個很重要的經驗。運動員隻要能可靠地完成空中旋轉動作，不論是轉三圈還是四圈，他們都傾向于保持相同的滞空時間，也就是說他們更願意把富餘的能量用于适當提高起跳時的角動量并控制慣性矩，從而達到增加旋轉速度的目的。換言之，比起滞空時間來，運動員更注重旋轉速度的提高。

羽衣結弦花樣滑冰的延時攝影

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