速度滑冰需要力量耐力还是速度（速度滑冰如何克服摩擦力）

2月12日，北京冬奥会速度滑冰男子500米项目，高亭宇以34秒32打破奥运纪录的成绩斩获金牌，为中国队拿下本届冬奥会的第四金。在这种追求极致速度的比赛中，冰刀无疑是一个极为重要的装备。看起来朴实无华的冰刀背后，无数的科研工作者克服了一个又一个的力学难题，其中摩擦力显然是一个重要的方向。

速度滑冰

很多人可能觉得冰刀太普通了，没啥技术含量，随便一家钢铁厂就可以做出来。确实，任何一家钢铁厂都可以做冰刀，但是普通钢铁厂做出来的冰刀却没有专业冰刀滑得更快，这究竟是为什么呢？竞技体育从来都不仅仅是运动员体力的较量，背后更是科技、科研力量的比拼。

冰刀

速度滑冰想要获得更快的速度，就得尽量降低各种各样的滑行阻力，包括空气阻力和摩擦阻力。前几期我们说过，空气阻力依靠风洞实验，可以帮助运动员找到阻力最小的姿态动作。摩擦阻力的来源就在冰刀上，据了解，摩擦阻力占了总阻力的20%-25%。那么，科学工作者究竟是通过什么方法来降低冰刃的摩擦阻力呢？

首先，必须得深入探讨摩擦力的来源。可能大家通过各种途径，都知道冰刀与冰面接触，并不是干接触，两者之间存在着融化的水。如果是干摩擦，摩擦力主要来自粗糙的接触面，摩擦系数约0.3。但是由于水的存在，起到了润滑的作用，摩擦系数大大降低了。

水膜润滑

水膜到底是怎么产生的？目前科研人员尚不太清楚，还有一定的争议。先后出现了三种理论：压力融化、摩擦生热、低温液态膜。压力融化理论最早，1886年就提出来了，这个理论认为冰刃产生的高压，让被压迫的冰融化了。从水的三相图上可以看到，水的固液两态确实可以转化。但是这个理论后来慢慢地被抛弃了，因为科研人员通过计算发现高压融化对环境温度比较高，必须不低于-0.00012℃，而通常比赛的环境温度都在-4℃左右。环境温度太低，人体产生的高压尚不足以融化冰面。

压力融化

摩擦生热理论非常容易理解，冰刀与冰面的摩擦，会产生热量，这个热量就有可能融化冰面。研究发现，滑性速度越快，产生的热量就越多，升温就越明显，这一点非常符合我们的常识。另外，计算发现，如果摩擦生热的热量全部用于融化冰面，那么会产生14-21微米的水膜，这点水足够润滑用了。低温液态膜理论认为，冰面本来就存在着水膜，这是由于冰表面分子的受力状态不同导致冰层不稳定产生的，即便在熔点之下，表层冰面还是会有水膜。这两种理论，其实并没有互相否定，区别在于水膜是否本来就存在。

摩擦生热

低温液态膜

有了这个摩擦的理论基础，就可以准确地计算摩擦阻力了。滑冰的时候速度很快，即便事先有一层水膜，滑行的时候摩擦融化的水更多一些。水量的多少，就非常影响摩擦力的大小了。所以，有人就专门研究了冰刀的摩擦生热问题。通过这些研究，找到一个形状、刃口最佳的冰刀，从而降低摩擦阻力。另外，也能对冰刀的结构进行分析，确保其足够结实，避免刀刃损坏，延长使用时间。同时足够“硬”，严格来说足够刚，才能确保运动蹬腿的时候传力更快，更有劲。

冰刀弧线

可能有同学会有疑问，冰刀结构还能怎么改，速滑冰刀不就是一条直线吗？短道速滑的弧度很明显，但是速滑的长冰刀并不是直线，而是多段弧线拼接而成。那这些弧线的具体形状、尺寸都是优化设计的点。

木卫2

所以，冰刀并不是随随便便就能生产的，缺乏背后的力学分析，到了赛场上就很可能因为这一点点摩擦阻力而痛失奖牌。另外，由此形成的一整套力学理论和分析过程，还可以用于星辰大海的探索，比如破冰船的研制，比如木卫二等冰表面天体着陆器的开发。