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主题:冰壶拐弯的悖论 -- 唵啊吽

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家园 我来说两句冰壶拐弯的原理。

冰壶和乒乓球,在带自旋前进的状态下,都会出现前进方向改变的弧线球现象。 由于偏转机制的不同,偏转方向正好相反。

乒乓球偏转的原理是由自旋的涡量带来的涡升力。 通俗的解释是这样。 让我们保持从上往下看的顶视角。 顺时针旋转乒乓球,由于前进速度与旋转速度叠加的关系,前进方向的左半部绝对速度比右半部对应部分要大。 根据伯努力定律,流速大的地方压力低。 乒乓球会向左方偏转。

对于冰壶,偏转的原理是不一样的。 当冰壶在冰面前进时,摩擦力处于冰壶与冰面的接触面上,指向后方。 这些摩擦力会形成一个围绕冰壶重心的力矩。 其效果相当于摩擦力企图将冰壶的后部掀离冰面,前部压向冰面。 为了平衡这个力矩,冰面对冰壶前后半部的支撑力是非均匀分布的。 冰壶前部对冰面施加的压力大,后部施加的压力小。 如果把冰壶看做一只脚,那它是微微踮着脚尖在往前滑。

如果冰壶是在玻璃上滑行,那么摩擦力与正压力成正比,冰壶前部的摩擦力更大,会将冰壶推向左方。 但当冰壶在冰面滑行的时候。 冰会在局部压强作用下融化,形成薄薄的一层水膜。 此时的摩擦力要以润滑理论来解释。压力大的前部,冰融化得更充分。润滑更充分从而导致前部表征摩擦系数更小。虽然前部正压力更大,总体摩擦力在前部反而更小。 所以当冰壶在冰面滑行时,会向相反的右方偏转。

基本的要点在于,1. 冰是被压融而不是摩擦生热融化的。 2. 所有基于速度差的解释都会失效。 这是由于冰壶前部与后部总可以找到对应两点,它们的速度绝对值相等,在垂直于前进方向上的分量符号相反,而失去产生偏转力的理由。

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