本帖最后由 woodenws 于 2019-4-4 11:08 编辑
一、引言-歪理斜说
笔者在学习滑雪的过程中，看了一些资料，不多。读书少加上少许不求甚解和自以为是胡乱分析，造成了目前的认知灾难状态。解玲还需系铃人，没办法，还得接着分析，实在受不了的您就别接着看了，耽误时间，易被误导。友情提示下，分析有风险，阅读请思考！
回想学高中物理已经是三十多年前的事儿了，现在试做滑雪过程的力学分析，也只是靠吃一吃高中物理的老本，在这一点上，和大多数理工科出身的雪友基本没有区别，如果说有一点儿的话，就是高中学过的力学还奇迹般地基本没忘。
个人理解，这点儿老底儿对付滑雪也差不多够了，实在不够，再整点微积分啥的也就到头了。说滑雪涉及到的这点儿力学，好好拆巴拆巴随便找个高中生当做习题来解，都不应该算是难题，真心不需要水平多高的物理学家来做。如何把我们在滑雪中遇到的问题变成一个易解的高中物理习题，也就是观察和思考问题的角度，可能是这块儿的真正难点，或者容易引起分歧和争议的地方。
笔者试图在力学分析过程中做的，也就是琢磨乍把滑雪这个事儿，好好拆巴成若干简单物理习题，大家如果感兴趣来阅读的话，要关注的也是这个拆巴的过程，也就是简化问题的思路。至于拆巴后的习题，就算物理忘了随便回去翻翻书，对理工科出身的大家应该都不是难事儿。
学文科物理不熟的雪友，也不是不能看这个。不需要看懂，只要关注里边的哲学概念就可以了。一句话，变速运动（包括加速、减速、转弯）会改变运动物体上感受到的重力方向，运动改变了身体感受到的重力场，世界变歪了！这就是笔者一直试图在安利的歪理与斜说。拎个重锤，或者找个手机上的重力感应软件，到雪上一试便知真伪，试过之后您就会明白，一帮理科生这儿分析半天争来争去，说的只是一件可以通过简单实验实证的事儿，确然可笑。
仍坚持原创，意思是每一个字都是俺在键盘上一个一个敲地，思想从哪里来的？都是忘了从哪儿看到的东东加上一点自已的思考，不是不想标明出处，实在是想不起来在哪儿看的，看的时候自已又想些啥了。上次在回贴里也说了，滑雪力学分析这点事儿，都是简单的高中物理习题，只谈道理，不论，也不必论出处。欢迎拍砖，更希望能进行一些对彼此有益的讨论。从笔者了解到的信息来看，目前各大体系的滑雪理论也谈不上完全成熟，还在不断发展变化之中，想起谁说过的一句话，我们不去说别人是错的，也许他们有他们的道理，我们只去说我们自已认为正确的东西。
对于受力分了解到的情况是，通用的说法是支撑力与离心力及重力合力平衡，如《滑雪宝典》中做的分析一样。最开始理解这个说法不错，简明易解。随着思考的深入，逐渐发现使用“合力”分析方法简化问题的同时，也有可能掩盖一些问题。考虑问题的一个角度就是，合力到底是如何合成的？我们全身各部分受到的重力，合成到质心所受的总重力；不管是离心力只作用在质心上，还是全身各部分受到的离心力，都会合成为我们的质心所受的离心力；反正最后两个再一合成，就是合力。沿着这个思路思考，一不小心就会忽略一些本质性的问题。
当我们关注身体姿态时，希望知道运动过程中身体每一部分的受力情况，以便找到更为合适的姿态。在这里我们需要意识到，运动形式反映了物体的受力状态。如果你身体的某一部分与你的质心按同样方式运动，那它就受到相似形式的力！原则上在分析时可以对身体的每一部分都把离心力，或者更准确的说，是惯性力与重力合成为一个合力，再分别研究各个部分之间的相互作用。等等，惯性力与重力合力？乍有点耳熟呢，回去查了查，原来这个有个物理概念叫表观重力。
重点来了，对于观察者而言，表观重力与地球引力无法区分！另外一个重点就是，表观重力真实可测，包括大小和方向。在同步运动时，即简单认为身体各部分运动加速度相同时，我们身体的每一个组织，每一个细胞，感受到的都是同样方向，同样大小的重力加速度。从这个意义上说，也可以把它叫做“体感重力”。
个人认为，把它称为表观重力或体感重力，而不是“合力”，可以更好的表示它与重力类似，近乎均匀地作用在我们身体各部分的性质。此外，长期地球重力场下的生活经验，使我们对重力场下的姿态一般都有较好的判别能力。通过简单的坐标旋转，将运动中的表观重力方向对齐于我们习惯的重力方向，可以对一些姿态进行考查，并依照我们日常经验进行判断。根据上述理解，同步回转姿态可以对应为相应坡度斜坡上的站姿，二者在支撑条件上具有力学相似性。笔者理解，在一定坡度的斜坡上人的自然站姿，在充分放松和保持灵活性的条件下，基本上就是该受力条件下的一个不错的姿态。这个姿态，在滑行过程中，最起码不会成为一个坏的姿态。与自然站姿差别较大的姿态，就是正常人无特殊需要不会以那个姿态站立在斜坡上的姿态，如认为其在回转动作中成立，需要谨慎论证其必要性与合理性。
二、试论骨骼承重与基本站姿
进一步试着理解一下骨骼承重。当我们站在地面时，人体的支撑，是由骨骼-关节和围绕着它们的肌肉组织和结缔组织合力完成的。简单理解，骨骼承担的作用力认为是从一个关节指向下一个关节，实际作用力可按关节至关节连线方向分解，平行于该方向的力完全由骨骼承担，垂直于该方向的分力由肌肉承担。
容易发现，当作用力与关节连线平行时，肌肉受力达到最小，骨骼完全承担作用力。作用力与关节连线垂直时，作用力完全由肌肉系统承担。
当作用力与关节连线成一个小角度，如15度时，此时肌肉受力约为作用力的sin(15O)=0.259, 即约1/4左右。类似地，12度左右夹角肌肉受力1/5左右，6度左右夹角肌肉受力1/10左右。
在考虑站姿时，除尽量保证骨骼承担主要重力，还必需考虑 “居中灵活”。居中的意思是，前后左右上下几个方向，都有相对充裕的运动空间，灵活的意思是，随时可以根据需要向任何一个方向运动。所以基础站姿也被称为“运动站姿”，功能决定形式，几乎所有站立进行的，要求各方向灵活反应的运动都有类似站姿，如各种球类和技击运动。关于站姿大神们均有详解，在此不细说。上下方向居中可以认为两个极限条件的某个中间状态，即完全站直与完全蹲下之间的某个状态。
如果说完全站直条件下可以达到骨骼完全承重，运动站姿下，居中灵活与骨骼承重存在一定的矛盾。所以有所谓主要骨骼与重力（或体感重力）方向15度角的说法，此时相应重量的约四分之一由肌肉承担，不至成为太大负担。需要指出的是，站姿并不是一成不变的，而是要在运动中灵活调整的。比如雪面平整的机压雪道上，可适当减小相应关节的弯曲角度，站得更直一点减少肌肉承重以省力或应对大板压，但仍不要完全站直，因为会导至失去灵活性，至少要保持随时能微微跳起的状态。在不平坦地形中，则需要适度增加相应关节的弯曲角度，在保证肌肉不过于劳累的前提下尽量达到“居中”，使得身体在上下两个方向上活动空间相近，为适应脚下的变化雪况留出空间。
如前面几篇的分析所说，回转过程中的姿态，与斜坡上的站姿相近，此时两腿的弯曲程度不同，山下腿膝关节一般比弯曲较小（仍需稍弯曲，灵活性要求），山上腿则弯曲较大。如前所述，用山下脚承担主要重量，肌肉承担的重量较少，更为轻松。山上腿弯曲较大，承重时由肌肉承担的重量较多。所以人在斜坡上侧向站立的自然站姿，就是山下腿主承重，上身微向山下方向倾斜以对齐重心，山上脚分担少量重量并保持平衡。
注意，自然站姿不是山下腿完全承重啊，为啥呢，山下腿完全承重了，山上腿还得麻烦您拎起来，会更累一点，另外，单脚平衡本来也比双脚平衡更难控制。个人理解，此处比较理想的自然站姿应该是，山下腿完全承担上半身重量，山上腿自已把自已的重量承担，别麻烦山下腿就OK了。
三、不同回转半径下的姿态分析
前面所探讨的表观重力分析，都是基于一个假设，即“整体回转”，它的意义是身体所有部位都以同样的速度和同样的转弯半径进行运动，即忽略我们身体尺寸对转弯半径和速度的影响。
当考虑身体尺寸影响时，可以根据关注对象的不同，单独的部分分析其受力情况。由于身体的受力自上而下逐级传递叠加，整个上身的力作用在腰椎和腰腹肌肉上。简单一点儿分析，可以单独考虑上半身受力情况与全身受力情况，在下图中分别用红线和绿线标注。上半身质量中心大致位于胸部中央，与人的整体质心间距约20~30厘米。在小半径整体回转时，身体各部分的回转半径和线速度均有一定差异，此时适用于向心加速度的角速度公式，即a=ω2r, 身体各部分的角速度相同，向心加速度与半径成正比。侧倾角度不同，上半身质心的回转半径与全身质心的回转半径大致差别在0~0.2米的样子。
10米转弯半径以上的大弯，0.2米差距对转弯半径的影响较小，上半身离心力与重力的合力，即体感重力与全身的体感重力相差不大，可按斜坡站姿分析，此时适度小夹角反弓可同时保证腿步骨骼支撑方向与上半身骨骼支撑条件，即骨骼支撑方向与受力方向间有一个相对小的夹角，大幅度过度反弓则容易使腿部和上肢均较远偏离骨骼支撑条件。
4米左右转弯半径的中弯，0.2米差距已不能忽略，此时上半身体感重力与全身体感重力成一个小的夹角。当上半身对齐于上半身的体感重力方向，下肢对齐于全身体感重力方向，可形成较好满足骨骼承重条件的姿态。
极限条件下回转半径达到最小时，即“小回转”，上身近似匀速向坡下运动，上下分离，下肢独立回转。此时上半身的体感重力方向与地球重力方向重合，表现出大的反弓角度。
| 
狗仔卡
发表于 2019-4-4 11:04:46
收藏
转播
分享
提升卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
楼主