摩擦！摩擦！冬奧會冰壺比賽是摩擦出來的

出品：科普中國

製作：陳星

監製：中國科學院計算機網路信息中心

最近在韓國的冬奧會剛剛結束，在冬奧會上的各種項目包括滑雪，雪橇，冰球以及冰壺等等其實都和一個物理概念——摩擦力——息息相關，其中摩擦力對於冰壺這個比賽項目的影響更是達到了「髮指」的地步。

冰壺（Curling）又稱為"冰上溜石"，是一項隊制的冬季奧林匹克運動會項目。冰壺所有的"壺"稱為"石壺"，運動員需要把對方的"石壺"擊走，並把自己隊的"石壺"留在比賽場地的圓心中，即所謂的大本營中，最終大本營中哪一方的冰壺數量多，更靠近中心點，哪一方得分就高。

很多人覺得冰壺比賽很無聊，感覺就是擲擲冰壺，拖拖地，沒什麼看點。但其實冰壺比賽對於運動員的團隊精神以及隊員的比賽技巧都有著極大的考驗。

首先，當擲球員擲出冰壺的那一刻，他就要考慮冰壺與冰面的摩擦力的大小對於冰壺運動距離的影響，確保己方的冰壺能準確地落到大本營里。如果大本營裡面還有對方的冰壺，還要考慮冰壺的速度，以求準確地把對方的冰壺擊出大本營，並使己方的冰壺留下來。這一過程不但要考慮摩擦力，還要考慮動量守恆的相關參數，包括擊球的角度，碰撞的力度等等。

除了擲球員之外，還有刷冰員不停地在冰壺前面刷冰，目的就是為了減少冰壺和冰面之間的摩擦力，使冰壺前進得更遠。另外，冰壺在運動過程中的旋轉方向和旋轉力度的大小都會影響到它最終的軌跡。因此在冰壺比賽中，隊員們，特別是擲球員，需要高度集中精神，思考如何擲球，需不需要刷冰等等，這也是為什麼要求觀眾在冰壺比賽現場保持安靜的原因。

冰壺和冰面之間的摩擦力屬於滑動摩擦力，摩擦係數具體的大小和冰壺的材質以及質量有關係。對於花崗岩的冰壺來說，摩擦係數一般是在0.01-0.02 左右。當刷冰員在冰壺前面刷冰時，由於冰刷和冰摩擦生會熱，這部分熱量會使冰少量的融化，這樣就會在冰壺和冰之間形成一層薄薄的水膜，可以減小兩者之間的摩擦係數，使冰壺前進得更遠。刷冰員可以使冰壺相比於不刷冰多前進3-5m左右。當然也有更厲害的，如瑞典運動員，能使冰壺多前進8m左右。

下面我們來估計一下冰壺的出球速度：

假設冰壺的質量是20kg,重力加速度是9.8 m.s-2，摩擦係數是0.015，假設冰壺是直線運動的。大本營中心距離擲球點大概30m，大本營的直徑大概是3.65m。根據動能守恆定律：

其中m是冰壺的質量，v是出球速度，是摩擦力，s是冰壺的運動距離。通過簡單的計算，我們可以得出要使冰球準確的落在大本營裡面，運動員的擲球的速度應該控制在2.878～3.059m/s之間，可以看出這個速度範圍大概只有0.18m/s左右，如果要考慮運動軌跡和撞擊速度的話，擲球的速度範圍會更小，因此冰壺運動對於運動員的專業水準有著很高的考驗。

當冰壺離開擲球員的手之後，冰壺的命運就交給了刷冰員。冰壺在運動過程中一般都會有旋轉，因此冰壺一般走的都是彎曲的線路，刷冰這個操作可以影響到彎曲軌跡的方向，對於冰壺能否落入大本營有著很重要的影響。

在光滑的冰面上刷冰員不但要保持自己的平衡，還要緊跟著冰壺去判斷什麼時候該刷，什麼時候只能刷一邊，什麼時候不應刷等等。另外，刷冰的技巧和力度也能夠影響到冰壺和冰之間水膜的厚度和大小，對於冰壺的運動軌跡也十分重要。

因此，刷冰並不是簡單的"拖地"運動，而是一種十分重要的比賽策略，對於最終的比賽分數有著舉足輕重的影響，可以形象的稱之為"刷分"。

另外，當對方的冰壺佔據了大本營中心的位置之後，己方的擲球員和刷冰員還要考慮以怎樣的速度和方向高效的清理對方的冰壺，這就需要團隊的緊密配合和比賽策略的制定了，通過巧妙的擲球和刷冰，可以將對方的冰壺巧妙地撞飛，以取而代之。

從上面的分析我們可以看出，冰壺運動並不像我們想像的那樣，簡簡單單的擲出冰壺就可以了。由於摩擦力的影響，它會涉及到很多的比賽技巧和比賽策略，是一種高腦力的運動，更像是一種棋類運動，因此它還有個別名叫做"冰上國際象棋"，這個名字可以說是實至名歸了。也正是因為這樣，冰壺比賽的現場和圍棋象棋一樣，都需要觀眾保持安靜，使比賽人員能夠集中精力專心思考比賽策略。

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