【原】花样滑冰：高质量的跳跃是如何完成的？

运动机能形态学 2023-01-27 发布于北京

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引言

花样滑冰是冬奥比赛中一个极具观赏性的冰上运动项目，它结合了技巧性和艺术性，运动员通过冰刀在冰面上划出曲线，并表演跳跃和旋转等高难度动作，用《洛神赋》中的话可以描述为 “翩若惊鸿，婉若游龙”。

我们可以看到冬奥比赛中王诗玥/柳鑫宇在冰面上时而快时而慢地旋转，动作非常潇洒优美；可以看到羽生结弦起跳后身体突然快速旋转去挑战阿克赛尔四周跳 (Quad Axel，4A) ，这一从未有人在公开赛场上实现过的极限跳跃，非常令人惊叹。同样，也可以看到金博洋突破自我，战胜了从前的自己，泪洒赛场，那一幕幕画面都令我们动容。

那花样滑冰运动员是如何做到这些高难度的跳跃动作的呢？

跳跃动作是花样滑冰所有技术动作中难度最大的，也是花样滑冰的灵魂和取胜的关键，所以教练员和运动员都极为重视。

根据跳跃动作的特点，可以划分为助滑、滑行、起跳、空中和落冰五个阶段。

壹

助滑阶段

助滑是花样滑冰跳跃动作的第一个阶段，其目的主要是让运动员获得一定的初速度，该阶段运动员主要做平动，也就是说整个身体大致朝一个方向运动，身体转动的幅度很小。

贰

滑行阶段

运动员要在滑行阶段提高自己的滑行平行速度，为后面高质量的跳跃做准备，平行速度的高低决定了运动员起跳后可以到达的“远度”，并为落冰提供水平缓冲。

叁

起跳阶段

起跳阶段有两个主要任务：

① 一个是使运动员获得垂直冰面向上的速度，这个速度的大小决定了运动员的跳跃高度，在一定程度上也决定了腾空的时间，运动员要在这段时间内完成预定的空中旋转动作。

在这一瞬间的起跳动作就遵循着一个重要的力学定理--动量定理。为了产生竖直向上的速度，运动员起跳时要用力蹬冰，冰面就会对人体产生作用力，这个作用力通常有一个水平方向的分量和一个竖直向上的分量：

在此公式中，下标 z 表示垂直冰面向上的方向，等号左边为运动员在竖直方向上动量的改变量： mvz2为起跳结束瞬间的动量，mvz1为起跳前一瞬间的动量。等号右边的 Iz表示起跳过程中运动员受到竖直方向的力，所产生的冲量。当冰面作用力在竖直方向的分量大于运动员的重力时，这个冲量的方向竖直向上，运动员就获得了一个向上的起跳速度。

② 起跳阶段的第二个任务是让运动员的身体转动起来，为后续在空中以更高的速度旋转做准备。

一方面，运动员通过助滑获得了一定的速度，但这时候运动员主要做平动，起跳前运动员的双腿可分为支撑腿和摆动腿，运动员可以通过支撑腿的突然制动，也就是身体偏心的制动使其运动形式发生改变，由平动转变为转动，这是运动员在起跳时实现转动的一个因素。

另一方面，运动员支撑腿的冰刀与冰面相互作用，冰面对冰刀的作用力对运动员起跳旋转时的转轴产生力矩，这个力矩是让运动员旋转起来的另一个因素。比如我们站在地面上可以突然起跳并转身，这就是因为地面对身体的作用力产生了一个力矩，这个力矩让我们实现了身体的转动。

肆

空中阶段

在空中阶段旋转时，有一个很有意思的现象，那就是：运动员旋转时，胳膊展开时旋转并不快，但当运动员将胳膊收紧身体时旋转速度会越来越快。这是物理现象：角动量守恒在起作用。

(L：角动量 m：物体质量 r：物体转动半径m×r²：转动惯量 ω：角速度）

角动量守恒：一个转动的物体，在没有外力矩的情况下，转动惯量和角速度的乘积是不变的。转动惯量描述各部分质量与到转动轴距离的关系，物体的质量越大，质量分布和转轴越远，转动惯量就越大。而角速度描述转动快慢，角速度越大，转动就越快。

所以，当运动员伸出双臂和腿，质量分布与转轴距离远，转动惯量大，所以角速度慢；后来运动员收起双臂和腿，质量分布与转轴近，转动惯量变小，所以角速度就加快了。

伍

落冰阶段

一个优美的跳跃动作如果不配上稳定且流畅的落冰，甚至摔倒，那么这个动作就会显得头重脚轻，甚至分数也会受到影响，但一个稳定的落冰，需要依靠许多因素，同时也会受到前四步的影响。

落冰前，运动员的手臂和腿均有一定程度地打开，这就使得身体绕转轴的转动惯量增大，身体旋转的角速度减小，从而实现稳定落冰。我们从落冰往前追溯，身体从落冰开始，重心会惯性的沿着自起跳开始的运动方向继续移动，而已经落冰的脚则对身体进行减速，重心需要一个“调整过程”才能“减速停下了”。否则重心远离支撑腿就摔倒了。而此时，与运动方向相反的倾角，开始发挥作用，补偿了重心快于落冰腿的运动，给了身体重心调整的时间。

以陀螺为例，我们平常在旋转陀螺的时候会发现，如果刚开始的转手动作没有做好，那么陀螺会先“歪着”旋转，慢慢地再回归到与桌面垂直的旋转，也就是一个自转转为公转的过程。而自转相对于公转，转速慢且不稳定，这时就有一个“倾角”的修正问题，回到花样滑冰旋转，由于角动量守恒，当身体收紧时，倾角进动会逐渐变小，这一过程要越短越好，以便尽快运动员进入高速自转过程。