冰雪奥运：冰面对运动员的作用力为什么不与冰面垂直？

近日，我撰文分析了俄罗斯运动员特鲁索娃“花滑蟹步”独霸天下的物理原理，不少网友对冰面支持力严重偏离竖直方向的现象表示不解，这与人们冬季溜冰的生活经验也很不相符。

特鲁索娃 蟹步表演

这是为什么呢？

公众号“豫见物理”早期推文

冰雪奥运：俄罗斯特鲁索娃“花滑蟹步”为何能稳如泰山？

骑车转弯 受力分析

摩托车转弯时，地面对轮胎的作用力一个是竖直向上的支持力，另一个是指向圆弧内侧的摩擦力，这两个的合成向内侧倾斜，被称之为全反力。

花滑蟹步 受力分析

花滑运动员特鲁索娃“蟹步”表演时，为什么也能受到水平冰面施加的倾斜的全反力呢？

花滑冰刀底部截面内凹

这其实是冰刀的形状导致的。仔细观察花滑冰刀的底面可以发现，花滑冰刀的底面并不是刀刃形，也不是平底形，而是内凹形的。

花滑冰刀受力分析

运动员做“蟹步”表演时，双腿弯曲冰刀向左下方楔入冰面，在冰面上开出冰槽，冰刀的外侧面与冰槽接触，冰槽对冰刀的支持力与冰刀右侧面垂直，自然就指向了左上方。

这并不违背支持力与接触面垂直的物理规律。

但是，对于日常的溜冰而言，由于不使用冰刀，鞋底直接与冰面接触，由于冰面的摩擦因数非常小，自然就不能提供大角度的倾斜作用力了。