同学们大家好，欢迎来到趣味科技馆的课堂！

冬季奥运会大家看了吗？

全世界的目光再次聚焦在了北京的奥运赛场上，并在全国掀起了一场冰雪运动热潮！同学们，你们最喜欢哪个项目呢？滑雪？雪橇？冰壶？我听到有人说滑冰？这可是一个极具观赏性的冰上运动项目，特别是花样滑冰，它结合了技巧性和艺术性，运动员曼妙的身姿“翩若惊鸿，婉若游龙”。大家可曾想过，这个项目里有哪些我们可以探究的科学知识呢？今天，老师就带大家盘点一下，滑冰运动中的科学！

我们今天就重点讲一下花样滑冰！大家看视频仔细观察，发现了什么？这位同学们说，运动员在原地旋转时，双手展开时转速不快，但将手收近身体时旋转速度会越来越快。观察得很仔细，那这是为什么？这就要涉及到一个物理概念，角动量守恒。那什么是角动量守恒呢？我们先来通过一个展项来体验一下。

请大家看这件展品，这位同学你来试试吧！请你坐在座椅上，用手转动把手上的转轮，调整转轮倾斜角度，会发现什么？

嗯，座椅所在的平台会发生转动。并且我们发现座椅转动的方向与转轮的方向是相反的。这是为什么呢？

原来转轮旋转时，会产生角动量。角动量方向遵循右手定则，四指指向旋转方向，拇指为角动量方向。当改变转盘方向时，转盘的角动量方向发生变化，根据角动量守恒定律，把转盘与座椅作为一个系统看待，座椅所在平面需要通过旋转弥补转盘角动量的改变。所以，椅子就发生旋转了。

其中，描述轴心到四周的质点之间旋转速度物理量叫角速度，它用符号ω表示。而我们所说的角动量则等于物体的转动惯量（I）乘以角速度（ω）。

提到转动惯量，我们还要体验另一件展品，请看这件看谁滚得快。请同学们猜一下，这两个轮子谁最先从顶端滚到下端？

这位同学说掂量了一下，重量一样，没啥区别，大部分同学说一样快，就是因为它们一样，好！实践出真知，让我共同见证答案吧！

将两个转轮固定好，一起释放，看！两个转轮起初速度一样，但到达中路时，情况发生了反转，其中一只轮子速度明显快了起来，超过另一个，这是什么原因呢？让我一起仔细观查一下，我们发现，两个轮子并不是完全一样。它们身上带有配种的金属快，这可能是造成差距的原因。

转动惯量与物体的旋转半径还有质量分布有关。两个转轮的质量分布明显不一样，质量靠近轴心的转动惯量要小，物质转的快；另外一只则相反，转的慢。

根据角动量守恒定律得知，如果物体所受合外力矩等于零，或者不受外力矩作用，物体的角动量保持不变。 结合这个原理和展品，咱们来解释花滑旋转模型：

 在光滑的冰面上旋转起来时，若忽略摩擦力、空气阻力，那么初始的角动量视为固定值，初始手臂伸展转动惯量I。

在身体收紧时，就是将旋转半径r变小的过程，质量集中身体轴心，即转动惯量变小，根据角动量守恒，角速度自然就变大，所以就转得越来越快，反之亦然。

在失重环境中转动没有摩擦力影响，这个实验更加容易成功，例如在2020年12月9日的中国空间站《天宫课堂》上，航天员叶光富也做了一个角动量实验：张开双臂，转得慢；缩回双臂，转得快，这可能是世界上最标准的角动量守恒实验了。

我们在滑冰的时候不仅仅是在一条直线上运动，还需要在运动状态下转弯，转弯的时候我们会发现一个现象，就是运动员的身体会倒向一侧，并且依旧能够保持平衡，稳定的滑动。这又是什么原理呢？那么这里我们就要了解一下曲线运动。

为了让大家更好的理解曲线运动中的物体受力，在这里请看我的展项，离心力。我们再来看这件展项——离心力。请大家先观看它的构造。我们发现，它有两根透明玻璃管，呈V形，分别有两个小球，红色的实心球，金色的空心球，管内部充满硅油。

那这位同学你操作一下吧！我们看到他转动手柄，驱动两支管子绕共同的轴心旋转。当达到一定转速后，观看发生了什么？

我们发现原本沉在底部的实心球会上升到顶部，而原本浮在顶部的空心球反而会下降到底部。物体质量越大离心现象越明显，会向远离转轴位置移动，由于实心球、小球所排开的硅油、空心球三者质量依次递减，因此出现旋转后实心球上浮、空心球下沉的现象，这便是离心现象。

运动员滑冰时，肯定不愿被甩出滑冰场，那么我们就要利用使用其它的力来平衡这个“离心力”，当我们的身体以一定的角度倾斜时，就可以提供这个力，我们把这个力称为向心力，这个向心力可以用来平衡转弯时所产生的“离心力”，从而不被“离心力”所“甩出”。注意的是，离心力其实并不存在，它是我们方便理解离心现象而虚拟的一个力。

因此，滑冰运动员需要转弯的时候，可以适当调整身体的倾斜程度来提供曲线运动所需要的向心力，从而保持运动平衡。

倾斜的身体可以用于提供转弯时所需的向心力

圆周运动的小球需要绳子不断提供拉力（向心力）

总结一下上面滑冰中所涉及的科学原理，优美的滑冰运动在拐弯和旋转的过程中，我们可以充分的调整姿势，利用物理规律来达到我们想要完成的动作。

好了，同学们，以上就是关于滑冰中所涉及到的一些科学原理，是不是觉得很有趣呢？想了解更多有趣科学知识，请持续关注科技馆的节目吧，再见！