曉東
曉南，北京冬奧會即將到來，你最期待什麼運動呢？
我好期待那個在冰上旋轉、跳躍、自由起舞的花樣滑冰呀！
曉南
曉東
我也很期待，但看似簡單的動作實際上藴含着很多的基本物理原理，不僅需要運動員刻苦訓練，還要靈活運用技巧哦！
哇，原來花樣滑冰還有這樣的玄機呀!
曉南
曉東
對呀，剛好東南大學物理學院學子為大家整理了花樣滑冰及有關的物理知識，讓我們一起來了解一下吧！
花樣滑冰
Figure Skating
花樣滑冰是冰上運動項目之一。運動員通過冰刀在冰面上劃出圖形，並表演跳躍、旋轉等高難度動作。因其中運動技巧與舞蹈音樂的有機融合，被德國著名詩人歌德讚美為“運動的詩”。
隨着2022年北京冬奧會的臨近，大家是否對中國健兒們的表現充滿期待呢？説起冬奧會，不得不提花樣滑冰這項兼具美感與動感的 “冰上芭蕾”。花樣滑冰運動員們矯健的身姿迅捷而優雅，讓人為之沉醉。享受之餘，大家是否會好奇運動健兒們是如何完成這一系列動作的呢？本文將會帶領大家揭開花樣滑冰的奧秘，探索花樣滑冰中的物理學原理。
首先，我們對花滑中幾個重要動作模型化，對應動力學中幾個重要模型：1.滑動：平動 2.跳躍：斜拋 3.旋轉：轉動。平動相信對於普通的滑冰愛好者沒有難度，我們主要對跳躍和旋轉做分析。在此之前，我們需要了解其中的基本物理學原理。
基本物理學原理
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摩擦力
為什麼花滑運動員能在冰面上高速運動呢？這都得益於較小的摩擦阻力。一方面，冰面相較於普通路面更加光滑；另一方面，裝在冰鞋底下冰刀在滑動時將冰熔化成水，使冰刀與冰之間的摩擦力降得更低。這使得運動員在使用正確的蹬冰姿勢時，只需要更小的力就能獲得比在地面上更大的加速度。蹬冰的同時他們會逐漸將重心下移，且保持前後足重心一致，以維持穩定。當停止時他們會更加用力踩冰，利用摩擦力快速剎停。
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動量及角動量
要描述花滑運動員的整個運動過程，動量及角動量必不可少。我們都知道動量p=m×v，角動量L=r×p。一般而言，物體的質量越大，運動速度越大，動量就越大，改變運動狀態就越難。所以花滑的運動員們往往在形體上擁有令人羨慕的線條。
角動量一般用於描述轉動。一般運動員們傾向於邊行進邊轉動，我們將其中的轉動分解而出，其基本原理就是角動量守恆。由角動量的決定式我們不難看出，在角動量守恆的前提下，一個運動員若是打開雙臂，讓使r增加，運動的速度就會減小；相反，若是收縮體態，則運動速度更高，轉的圈數也就越多。
跳躍
要想完成跳躍，水平方向的運動和豎直方向的運動缺一不可。
完成空中多周跳時，運動員對冰面給出斜向下的力，使運動員離開地面，開始做斜拋運動。斜拋運動在平面上可以分解為水平運動和豎直運動。豎直方向上運動員起跳的高度由初始豎直方向的速度決定。生物力學研究表明：不同跳躍的空中停留時間和跳躍高度基本類似，而飛行距離取決於滯空時間和水平速度的大小。因此，通過加速旋轉增大線速度的切向分量（水平速度）才是在空中實現多周跳的正確方法。
生物力學矯正了許多運動員曾經錯誤認為三週半跳要比剩下兩個高。原因在於，如果要在起跳時保證跳的更高，勢必需要增大與地面的夾角，保證合速度儘可能地被分解到豎直方向，從而保證高度和滯空時間。由於起跳時會產生用力向下蹬，冰面會產生比滑動時大得多的阻力，導致起跳速度相差不大。此時又有豎直方向分走了大部分速度，水平速度勢必減小。而要做到三週半，就需要以儘可能合適的角速度完成，一味提高起跳高度而減小水平速度並不利於三週半跳的完成。
另外，花滑中的跳躍動作一般需要兩個力完成，其一是保證平動的反衝力，第二個是保證旋轉的旋轉衝力。在起跳時需要注意用力方向，使得起跳時具有旋轉加速度，從而更好地完成轉體。
旋轉
這裏説的旋轉主要包括兩部分，一部分是跳躍動作中的週轉，還有一部分是在滑動過程中的圓周。
跳躍動作中，運動員需發力從而離開地面。而一旦進入滯空階段，就失去了外力的影響，角動量守恆。人體依賴收縮空間分佈，也就是説由一開始的雙臂展平到將手聚到頭頂來儘量靠近轉動軸，減小轉動慣量，從而增大轉動角速度。相反的，當運動員落地時，展開四肢，轉速就會迅速降低。
根據生物力學研究結果，可以表明：運動員完成一週半、兩週半和三週半的旋轉速度依次增加，平均轉速分別為2.9rad/s、4.3rad/s、4.9rad/s。數據表明，三週半跳的起跳角動量比一週半和兩週半大，角動量越大就越容易完成三週半跳。運動員也可以運用兩臂和浮足在起跳時增加角動量。
來源:東南大學