壮大なアクション！羽生結弦選手が挑戦する4Aはどのくらい難しいのか？ 1秒間に4.5回転...

この記事の専門家：エネルギー分野のエンジニア、郭光興

この記事の査読者：フー・チアン、中国作家協会、北京作家協会、北京科学作家協会会員、上級エンジニア、北京大学物理学院博士

2月10日午前、北京冬季オリンピックのフィギュアスケート男子シングルフリースケーティングが北京首都体育館で行われた。

この試合は大きな注目を集める試合になりそうだ。

過去２回の冬季オリンピックでこの種目で優勝した羽生結弦選手は、今冬季オリンピックでフィギュアスケートで最も難しい４Ａ技に挑戦した。

しかし残念なことに、彼は最初の2回の動きで氷の上で転倒してしまいました。最終得点は188.06点、合計得点は283.21点でした。

人間の限界に挑戦すると言われるこの行為とは一体何なのでしょうか？さあ、科学的な研究をしてみましょう。

「氷上のバレエ」の物理学を探る

フィギュアスケート選手はなぜ氷上でジャンプやスピンなどの難しい動きができるのでしょうか？

フィギュアスケートは美しさと躍動感を兼ね備えており、「氷上のバレエ」とも呼ばれています。選手はジャンプや回転など一連の動作を氷上で実行する必要があります。

回転の過程で、腕の位置と姿勢を制御することがよくあります。回転中は角運動量が保存されるため、腕を開くと慣性モーメントが増加し、回転速度が低下します。逆に回転速度は上がります。

回転動作は原理的には複雑ではないようですが、ジャンプ動作はかなり難しいです。選手は、踏み切るときに力の方向に注意し、氷を蹴るときに下向きの力を加えて、氷から離れて斜め投げをする必要があります。この力は、斜めの投射運動の初期速度と、アスリートの回転角運動量を形成するトルクの両方を提供します。

しかし、ホバリング段階（体が空中に浮いている状態）に入ると、外力のトルクはゼロになり（重力は重心に作用する）、角運動量を変えることはできません。このとき、腕を伸ばしたり、手を頭の上に上げたりするなど、姿勢を変えることで慣性モーメントを減らし、回転の角速度を上げることが多いです。

羽生結弦選手が挑戦する4Aはどのくらい難しいのか？

4A の専門用語は「アクセル 4 回転ジャンプ」で、フィギュアスケートで最も難しい技として知られ、1882 年にノルウェーのスケーター、アクセル パウルセンによって初めて実行されました。

4A は 3A よりも 1 回多くジャンプする必要があるように見えますが、実際には 4 回転半が必要です。この1回転半で4Aの最高地点は17センチも上昇し、着地地点までの距離も1メートル以上伸びる。これらの必要な条件に備えるために、選手は離陸前に速度を 10% 上げなければなりません。

また、Aジャンプは前方への跳躍です。ターンする前、選手の重心は必然的にアイススケートの外側にあります。注意しないと、アイススケートが横滑りする可能性が高く、非常に危険です。

羽生結弦選手は北京冬季五輪代表選考会前の公開練習試合で初めて４Ａを成功させたが、楽にコントロールするのはやはり難しかった。北京冬季オリンピックに向けたトレーニングで、彼は4Aに何度か挑戦したが、失敗した。羽生結弦選手はフリースケーティングの4Aに挑戦中、最初のジャンプでミスをして転倒した。

雪上アクロバットの物理学

顧愛玲選手はフリースタイルスキーに出場し、女子フリースタイルスキー・ビッグエア選手権で優勝した。

他のスキー競技とは異なり、フリースタイルスキーヤーはより多くの種類の動きを試すことができます。典型的でより難しい動きとしては、宙返りやスピンなどがあります。

アスリートが雪の上を歩き始めると、一定の角運動量を持ちます。しかし、空中では体が丸まって慣性モーメントを減らし、回転速度を上げることができるため、より多くの宙返りが可能になり、より難しい動きをこなすことができます。着地する時は、スムーズな着地を実現するために、両腕を広げて慣性モーメントを大きくし、ひっくり返るスピードを遅くする必要があります。

したがって、宙返り中のスキーヤーの腕の位置と姿勢は非常に重要です。アスリートの体は向かってくる空気の流れと相互作用し、適切な姿勢を保つことで競技段階における空気抵抗を大幅に減らすことができます。

また、装備も空気抵抗に影響を与えます。ジャケットやヘルメットなどの追加デバイスによって生成される抵抗は、総抵抗の約 8% を占めます。ジャケットの面積はヘルメットよりもはるかに大きいため、抵抗を減らすように設計することがより重要です。ニット生地と織生地は表面形態が異なり、空気力学的にも異なる性能を発揮するため、アスリートの移動速度に基づいて適切な生地を選択することも重要です。

「アイスチェス」における身体能力の応用

カーリングは「部隊の配置」という戦略に重点を置いたユニークな氷と雪のスポーツで、「氷上のチェス」とも呼ばれています。

まず、カーリングトラック自体は平らではありません。中央が凹んでおり、両側がわずかに盛り上がっており、U字型のスライドを形成しています。カーリングトラックの表面は、小石のように凸凹になるように何度も水滴が吹き付けられます。ストーンがピッチャーの手から離れた瞬間から、ストーンと氷の間のわずかな摩擦だけがその軌道を変える力となります。

アイスブラッシングは、通路から少量の汚れやゴミを取り除き、氷の表面に形成された霜を落とし、そして最も重要なことに、少量の氷を溶かすという効果があります。氷は圧力と摩擦の作用により溶けて水になります。この薄い水の層は潤滑油のような働きをし、氷の表面の摩擦を非常に小さくします。氷をブラッシングすると、ストーンの飛距離が伸びるだけでなく、軌道も調整されます。

次に、石を投げる前に、投げる人は石のハンドルを軽く弾いて、石が回転するようにします。反時計回りに回転すると、前進するにつれてわずかに左に曲がり、時計回りに回転すると、右に曲がります。

摩擦は運動の方向と反対方向なので、回転する石は後方摩擦だけでなく、回転の反対方向の摩擦も受けます。たとえば、時計回りに回転するカーリングストーンの場合、ストーンの前半分は左方向の摩擦を受け、後半分は右方向の摩擦を受けます。

冬季オリンピックは今も盛況だ

冬季オリンピックの選手たちの大成功を祈る

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