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[双板技术] 也来试试滑雪过程的力学分析(二)关于表观重力的一切...

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发表于 2019-3-19 19:48:44 | 显示全部楼层 |阅读模式




    如布神所说,码字是一种强制思考。 在众位网友的热情参与下,通过力学分析(一)的讨论,自已感觉对滑雪的理解更清晰了一点,在此整理成文字,再来胡侃一下。   

    也如大家所说,雪界概念泛滥是一大问题。自已考虑,一个概念存在的必要性大概可以从这几方面来评价,第一,概念所指对象的客观性、可观测或可界定性;第二,概念本身意义的明确性;第三也是最重要的一点,概念的引入,对于我们简化分析和解决问题是否有较大帮助。


     从这几个角度考量,表观重力概念是值得引入我们滑雪技术体系的,本身真实可测,物理意义明确,可以简化对很多问题的分析,并能很好的帮助我们解决一些问题。


     有鉴于此,特专发此文,对表观重力予以详细说明,并进一步给出基于表观重力概念下一些推论。娱乐为主,兼顾科学,坚持原创,版权不究,欢迎拍砖!


一、引言:大话广相


    说从前有位大叔超帅,啥程度呢,花见花开,人见人爱,江湖号称爱叔,全名爱叫真儿。这天爱叔家里停水,渴了楼下早市上买两根黄瓜装袋里准备拿家吃去,挂一弹簧秤下边回家上电梯:爱叔爱叫真儿,买菜必带秤。电梯启动一看,哎我这黄瓜乍变沉了㖏,等一会要停了减速一看,黄瓜乍又变轻了㖏,出了电梯还没等想明白,正碰上邻居老牛。

   

    这老牛可老牛了,内功精湛,上知天文下晓地理,传人无数,江湖人称牛爷。爱叔跟牛爷一说黄瓜这事儿,牛爷说了,黄瓜那都是菜,咱年轻时独闯江湖独创的正宗内功心法,叫牛爷真经,早整明白了。你把黄瓜挂电梯里,站电梯外边看。电梯静止不动或匀速运动时,黄瓜受到咱真经里归定的地球引力作用,拉力与地球引力平衡。加速运动时,秤拉力与地球引力的合力给黄瓜提供加速度,加速度与合力成正比,与质量成反比,于是你就看到弹簧秤拉力变化了,表现出来的就是你观测到的黄瓜的重量增加或者减轻了的表面现象,在加速运动体系中从表面现象上观测到的重力咱就叫它表观重力,测出来的是一码事儿,真正的地球引力是另一码事儿。

   

    爱叔爱叫真儿啊,说您老这么一说我明白了,可我要是不想站在电梯外边看,就想在电梯里边拎着看呢。牛爷大手一挥,牛爷真经,变化由心。在哪儿看都一样,你非得在电梯里看,咱就重新定义一下,你所处的观察体系相对外界作加速运动时,观察者会观察到一个力,叫惯性力,它是导致你产生加速运动的合力的虚拟反作用力。这样,在地球引力场下,加速运动体系中观察到的表观重力,就是惯性力和地球引力的合力,两个力方向平行时,表观重力相对地心引力只改变大小,不改变方向。两个力方向不同时,大小与方向都会改变。加速运动体系会给体系内物体带来惯性力这种现象,用你们年轻人时髦话来说,就是体系内的时间和空间,统称时空,被体系的加速运动扭曲了。牛爷最后说了,牛爷真经,博大精深,不是盖的。上至日月星辰,下到公园里过山车海盗船,天上飞的地上跑的水里游的,都老老实实按牛爷真经里的武功终日操练,劝你别瞎琢磨了,早点练练才是正经。


    牛爷白话完回家了,爱叔还是爱叫真儿啊,再想想好象还是哪地儿不对。干脆家也不回了,黄瓜也先不吃了,弄俩标签,一个叫万有引力,另一个叫惯性力,一个黄瓜上贴一个,甭管有人没人,跟着电梯上上下下的研究。倒底哪根黄瓜是万有引力,哪根是惯性力,傻傻分不清,聪聪也分不清啊。折腾来折腾去,实在渴急眼了,还是先解解渴吧。也不管哪根黄瓜,拿起来吭吃一口,嘿,是黄瓜味,拿起另一根再来一口,嘿嘿,一样的黄瓜味!

   

    于是咱爱叔一拍大腿,对了!观测者对于万有引力和惯性力无法区分,是因为他们本来就是一回事儿!整个公式,告诉他们,万有引力的本质,是质量扭曲了时空!扭成啥样了? 公式看不懂,反正跟相对外界做加速运动的体系对自身内部时空的扭曲一样!

   

     于是爱叔就给牛爷真经,即后来改名叫《牛顿力学》的内功心法,编了个续集,叫《广义相对论》。


二、表观重力详解


    上一段说了半天,除了让您能接着看下去外,只有一句话对我们的主题是有用的,就是观测者对于万有引力和惯性力无法区分物理学上的说法是,所有物质的惯性质量与引力质量相等。这一原理在物理上,被称为等效性原理,是广义相对论的基础。

   

    实际上在日常生活中,我们也不会去区分表观重力和真实的地球引力。一般我们所说的“重力”,都是指我们观测到的表观重力。

   

    此时此刻,身处北纬40度的你,正以约1277公里/小时即355/秒的速度,与地球一起,绕着距你约4880公里的地轴进行着超级大回转运动。这一运动对应的惯性加速度约为0.0258/2,以一定角度迭加在地球引力上,使我们观测到的“重力”或“地球引力”,既不准确等于真正的地球引力,也不准确指向地球的重心。作为观测者的我们,从学步起就开始与我们所谓“重力”这一实质上的表观重力打交道,对其真实属性全然无感而无任何不适。一句话,我们早已适应了表观重力下的身体平衡与运动。小尺度范围运动分析中一般将地球自转影响合并到地球引力中,并称其为重力或重力加速度,为简明计,本文余下内容中也这样表述。


    在智能手机中,有一个重要的部件,用于感应重力或加速度方向,称为“重力传感器”,也有另外一种名称,叫“加速度传感器”,反正都是一回事儿。理论上不可能造出只感应万有引力,不感应加速度的设备,当然也没有这样的生物器官。人体内也有负责感应重力加速度方向的器官,据说在耳朵里。广义上说,重力传感器分布于我们的全身,每一条神经未稍都会自觉不自觉地感应我们身处环境的表观重力方向与大小。这一复杂系统使我们不依赖视觉仍可以在地面站稳。


    旋转运动是改变表观重力的一种方法。在离心机中可以产生几千倍甚至上万倍于地球引力的表观重力。为了简化讨论,我们仍从讨论水平面上的回转运动入手。大家都知道,以一定速度和曲率半径在水平面上回转时,这一运动的惯性力,也就是离心力等于速度平方除以曲率半径,方向自回转圆心指向圆外。离心力与重力合成为我们感受到的表观重力。


    重复一下,表观重力就是从表象观测到的重力,它包括大小和方向。通过理论推导,可以知道它的大小和方向。重要的概念是,表观重力不仅仅是我们可以计算出来的,而且是可以真实观测到的。想想我们是如何观测重力的,可以用一个弹簧秤挂一个砝码读出大小。还可以用软绳拴一个重物观测其方向。用绳拴一个下挂砝码的弹簧秤,我们就山寨出了一个可以用来观测表观重力的大小和方向的重力观测仪。可以试试在匀速转弯的车中观测一下当时的表观重力。在滑雪中观测时,风速和风向会影响观测结果,所以可考虑把装置放在一透明大可乐瓶中。保证安全的前提下,可在较大倾角的回转过程中观测一下当时的表观重力方向与大小。如果只关心表观重力的方向,可用细绳下悬一个重物替代。在侧方向无风时,提起雪杖的挂绳,让其自然下垂,可以观察表观重力沿侧向的方向。


    理论分析上相信是一回事儿,我们的内心深处,还是相信“眼见为实”的。想办法告诉眼睛,让眼睛转告大脑,这才是滑雪过程中我们应该努力去保持平衡的正确重力方向!


三、与表观重力平衡!


    我们的身体有一套复杂的重力感应与平衡系统,而视觉是其中很重要的一个部分。以前老科技馆里边有一个“怪屋”,不知道新馆里边还有没有了。“怪屋”通过墙面和地面上的一些图形暗示,让我们从视觉上觉得脚下的地面是倾斜的。进去的时候,如果闭上眼晴,大家很容易正常的走过去,因为地面本来就是平的。睁着眼睛时,为了试图与视觉认可的重力方向平衡,大家都会做出一些扭曲而奇怪的动作。


    在滑雪过程中,这一冲突体现的更明显。正常情况下,我们是可以感知到自已肢体位置的,比如我们站在一个大镜子前,闭眼摆出随便一个姿式,睁眼看一下,基本上不会与我们脑中的想象出现太多偏差。进阶阶段的雪友可能都有过拍视频的经历,视频记录几乎完全无法与我们对自身姿态的感觉对应。自已理解,人类长期进化而来的平衡机制,在一定程度上是灵活可调的。认识清楚,方法正确刷够一定雪时后,视觉系统会相应做出一些修正,最终能较好适应新的平衡体系,也就是我们感觉到的身体姿态与身体实际姿态能够基本对应时,我们就成为高手了!


    一个常见的例子是所谓 “对齐”或“堆叠”,是想象我们的一些关节连线与地球重力或雪面方向对齐。平齐身体以更好承重这一理念是好的,从本文逻辑的角度理解,对齐的对象有很大问题。假定与雪面对齐,在大侧倾角回转时的姿态如图A所示,各连线与雪面对齐,一度被认为是好的姿态。如果认同了表观重力体系,把这个姿态等效为B图,我们或许要问一下站在陡坡上的这位,到底有啥想不开的了。A图中的姿态对于竞技选手在几分钟的时间里,凭借长期训练的功底更快通过旗门或许有意义,应不适合于打算滑一天的大众雪友。
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四、结语

    在滑雪的运动中,相对于外界观查者,表观重力的方向是在不停变化的。相对于滑雪者支撑面而言,表观重力的变化应该相对均匀而柔和。从前面的分析知道,表观重力与回转半径和速度,以及回转面与重力的夹角相关。一般来说,速度的增加和降低都需要一个相对较长的过程,回转半径的改变则会对其产生较大的影响。因此,在滑行过程中,进行会导致回转半径变化的动作时,需要尽量柔和,给我们的平衡系统足够的调整时间。


   或许,滑雪,与我们好何做好生活中的其它事情一样。适应和改变,改变和适应我们感知到的世界,从容面对,优雅前行。

   

发表于 2019-3-20 11:19:47 | 显示全部楼层
1,重力,在日常所用而不是学术意义上,本身就“表观”概念,不要再表观一次了吧。

2,滑雪运动的力学分析有很多大拿做过了,有专著,也有专注某个细节的大量论文。这个运动用牛顿的经典力学体系分析就可以了,超出这个体系去套用某些概念反而是错误的。

3,加速度改变重力?NO啊,改变的是重量。当然你一定要说“表观重量”或者“视重”也行。实际上成熟的体系,在指导滑行时,也是用重量weight,而不是重力gravity。重量是随运动改变的,入弯的时候向下加速,感觉身体变轻,就是失重的感觉。转过滚落线以后随着方向的改变会感觉腿部支撑逐渐加大,也就是“表观重量”在增加。顺便说一句,秤测的是重量,可不是重力。

4,图B很正常,哪里不对了?如果做不到,中级都上不去。
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发表于 2019-3-20 11:22:42 | 显示全部楼层
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4,图B很正常,哪里不对了?如果做不到,中级都上不去
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发表于 2019-3-20 11:50:14 | 显示全部楼层
       引用的力学理论没问题,不过这样分析的结论跟现在的滑雪理论书上的也没什么不同啊?现在书上讲的东西也很好理解呀。
      与楼上布神观点一致,也没觉得图B有什么不对呀,恰好认为这是在坡上该追求的动作啊。
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发表于 2019-3-20 16:21:23 | 显示全部楼层
给楼主点赞, 这篇文章, 我喜欢。

点评

谢谢支持!  详情 回复 发表于 2019-3-26 09:05
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发表于 2019-3-20 16:48:12 | 显示全部楼层
写的云里雾里,实在不知道说什么呢,跟重力有啥关系啊
https://www.paullorenzclinics.com/blog/angulation-or-inclination-what-s-the-point
看得懂就看看吧
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发表于 2019-3-20 17:38:33 来自手机客户端 | 显示全部楼层
楼主写的这个有什么意义?好的教学或者分析应该把复杂的东西简单化,你写的完全相反,把本来应该简化的东西复杂化了,滑雪宝典是物理学家写的,而且还是外国人写的,人家说的已经很明白了,你写的竟然比还复杂!
滑雪的物理原理应该模型化,简单化,这样才有助于爱好者学习和理解!滑雪的核心技术就那么几个,核心技术是交换,围绕核心技术
理解重心,平衡,立刃,轻身这几个关键理论和技术环节就可以了,雪场的优秀教练都是用最简单的形容和原理表述让学生理解并容易实施。想楼主这样仔细分析,又对各种概念不厌其烦解释,这是要去考滑雪专业研究生么?
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 楼主| 发表于 2019-3-20 21:23:50 来自手机客户端 | 显示全部楼层
统一回复下吧。谢布神神砖,及各雪友贵砖,惜未中要害,皆皮糙肉厚之处,求再拍解痒。重力是矢量有方向,重量是标量无方向,方向对我想表达的内容很重要,所以必须是重力,或许"表观"概念有岐意,换个说法,叫"体感"如何。文章目的,和雪友晒视频求指导一样,把自已的理解展示一下,找拍修正,不是准备出教科书哦。化简为繁是笔者境界还没到,没事儿接着再化,没准儿化着化着就又简了。坛子里的好贴看了很多,读书不求甚解,也不太去记哪些话是谁说的,只记住自己对东西的肤浅理解,看多了之后试图按自己的理解自己阐述一下。谢兆猫兄链接,火学委似己译成中文发在坛中,读过N遍,文中绘图回想也与该文有关,还以为已是共识,不想仍待探讨。照笔者理解,从力学分析上说,牛顿三定律以下皆推论,只有思考方式和观察问题角度区别,只看道理,不论出处。

点评

方向的问题不没必要搞的太复杂,你所研究的这个力的方向,虽然在滑行中相对于大地一直在变化,但对人体来说,只要是平衡状态,必然是COM与BOS的连线。也就是说,无论合力方向怎么变化,只要姿态合理,它永远是大致沿  详情 回复 发表于 2019-3-21 11:20
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发表于 2019-3-21 10:19:32 | 显示全部楼层
茴字有四样写法,楼主竟然知道,真了不起
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发表于 2019-3-21 11:20:21 | 显示全部楼层
woodenws 发表于 2019-3-20 21:23
统一回复下吧。谢布神神砖,及各雪友贵砖,惜未中要害,皆皮糙肉厚之处,求再拍解痒。重力是矢量有方向,重 ...

方向的问题没必要搞的太复杂,你所研究的这个力的方向,虽然在滑行中相对于大地一直在变化,但对人体来说,只要是平衡状态,必然是COM与BOS的连线。也就是说,无论合力方向怎么变化,只要姿态合理,它永远是大致沿着腿部支撑的方向,然后这个问题就会转化成“如何建立正确的姿态”,这也是绝大多数体系所真正研究的核心内容。

不平衡的时候,就去看怎么才能平衡,问题就这么简单。

点评

是的,同意布神观点。目前理解和试图表达的是,平衡是靠身体来找的,视觉对于初学者来说,会起到干挠姿态的反方向作用。从一开始的讨论开始,实际是为进一步讨论如何在入门阶段更好地建立独立于视觉的身付平衡作铺垫  详情 回复 发表于 2019-3-22 17:06
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