高亭宇为啥起跑时右脚与赛道垂直？直道时为啥左右摆臂？

Theodore

2月12日下午，中国选手高亭宇状态神勇，以34秒32的成绩夺得速度滑冰男子500米金牌。这是中国第四枚金牌。祝贺高亭宇小伙子，祝贺中国队！

细心的观众会发现高亭宇起跑的右脚与赛道几乎成90度(看见田径短跑有这个姿势吗？)，而在直道快速滑行时左右臂摆的很夸张。这是为什么呢？

答案是滑冰的推力是来自冰刀的侧推，而并非像田径比赛的跑鞋那样来自纵蹬。也正因为来自冰刀的侧向推力，选手在直道加速时要左右摆臂，以减缓人体质心的晃动。

起跑时候，冰面推力越大人体加速度越大。如果顺冰刀纵向推，那么因为冰刀与冰面之间的摩擦系数相当小，运动员腿根本用不上力，因此冰面的反作用很小。

冰刀会在冰面形成沟痕。冰刀”夹在"沟痕中，沿冰刀的纵向很容易滑行，而沿沟痕侧向很难运动。因此选手沿沟痕侧向用力，就能获得冰面大的反作用力(下两图为花滑冰刀的划痕,速滑亦然)。

因为需要起跑加速度沿赛道方向，所以冰面反作用力也必须沿赛道方向。这就要求冰刀(冰鞋)须垂直于赛道方向。

在滑行过程中，冰刀的理想方向也应垂直于赛道,从而获得最大加速效果。然而人体的生理结构和滑行的快速运动有限制，无法实现垂直(起跑时是静态姿势，容易实现)。

滑行中冰刀和赛道的夹角为α(<90度)，受力如下图所示。

地面反作用力自然也是侧向的F后推，但是因为有夹角α，所以地面反推力沿赛道方向的分量F纵使得人体质心获得加速度。

地面对冰刀侧向推力让人体质心沿赛道加速外，还有与赛道垂直的分量F横。这个分量肯定会推动人体质心在垂直于赛道方向出现加速度，从而造成左右晃。为了让身体晃动尽可能小，这就需要左右手臂甩起来形成反作用来抵消。

因为直道的比赛状态单一，所以运动员在直道上加速，于是左右胳膊很夸张地来回摆。

在弯道处，离心力容易导致人体不稳，选手不敢加速，故而取保守动作，即尽量让两脚平行于赛道滑移。这样手臂摆动就不明显了。

按牛顿惯性定律，运动员应沿直道惯性滑行，但是运动员必须主动拐弯以顺赛道滑动。从赛道角度来看，直行的运动员有离开赛道圆心的力量，此力就是假想的离心力。

运动员主动拐弯改变了直行的惯性状态，因而需要有外力。这个外力是对人腿侧蹬冰刀对冰面的反作用力。

这个反作用力作用于运动员脚底，指向赛道的圆心，会对人腿向赛道圆心方向翻转。为了平衡这个翻转效果，人体头部就必须主动向赛道圆心倾斜。这就是赛道处的选手为啥倾斜的原因。

显然，冰刀很关键。只有冰刀刀锋比较锋利，冰刀在冰面才能压出比较深的刀痕。只有有了比较深的刀痕，运动员的腿才能用上劲，从而冰面才能提供足够大的反作用力。如果冰刀不锋利，那么必然在冰面打滑。

也只有冰刀刀锋足够锋利，前脚的冰刀才能将冰面压出液体水来。有了液体水这层润滑液，前脚冰刀的摩擦力才会足够小。