花样滑冰|揭秘：关于冰上运动的几个“冷知识” 冰刀|眼震|内耳|前庭

冬奥会赛场上，花样滑冰和速度滑冰因其俱佳的观赏性频频冲上网络热搜。花样滑冰运动员为什么穿着溜冰鞋还可以做这么多高难度的动作？他们转圈圈后为什么不会头晕？哪些物理常识可以帮助他们提高训练成绩……面对网友们抛出的众多问题，本期“好奇心实验室”，采访人员采访了相关专家。
问题一：花样滑冰运动员可以在冰面上一直转圈圈并做出高难度动作，而普通人为什么转几圈都会晕呢？
南医大附属明基医院耳鼻咽喉头颈外科副主任医师黄洁告诉采访人员，首先，需要了解我们在转圈圈时为什么会头晕。人体通过视觉、本体觉和内耳前庭器官分别将躯体位置及运动的信息经感觉神经传入中枢神经系统，整合后做出位置的判断，并通过运动神经传出，调整身体和眼球的位置，维持平衡和视物的稳定。前庭功能正常的人在做简单的旋转运动时，不会有眩晕，但当这种刺激过强，超出前庭系统处理能力时，机体就会感觉眩晕，严重时还会有恶心、呕吐等不适。但是，对于外周前庭功能损害、前庭功能下降的患者来说，由于前庭系统处理运动信息能力不足，无论静止还是运动状态，他们都有可能感觉周围物体旋转或者自身不稳感，无法稳定注视外周目标甚至跌倒。
对于花样滑冰运动员来讲，需要完成快速旋转、运动中跳跃等高难度动作。比如羽生结弦挑战的4A动作，也就是阿克塞尔四周跳，就需要在起跳至落地之间不足1秒的时间内，完成4周跳，并且以自身5-8倍体重的力量着地。在这个过程中，需要运动员对肢体运动很好控制。这个动作的难点是，除了需要强大的肌肉骨骼系统支撑外，前庭系统的训练尤其重要。
眼球震颤是在肢体运动或视物追踪等情况下维持视物稳定的常见的眼球运动，比如旋转中眼震、旋转后眼震、视动性眼震、视动后眼震。当运动员需要做更高难度的动作时，这时候诱发出的眼球运动就属于前庭刺激诱发的眼震，这些都属于生理性眼震。运动员在场上优美的身姿往往来源于自幼长期的训练，面对匀速运动、结合身体姿势进行变速运动时也有一些训练小技巧，这都属于前庭习服。
【花样滑冰|揭秘：关于冰上运动的几个“冷知识”】何为前庭习服？黄洁解释，前庭习服指前庭系统受到一系列相同的刺激后，所表现出来的反应性逐渐降低的现象。人的前庭感受器官共有2个，分别位于左右内耳内，且潜力非常大，即使单侧前庭感受器官受损，另一侧健康的前庭感受器官也具有强大代偿能力，一段时间后可以完全恢复平衡的感觉，如果再加以训练，前庭功能则会恢复得更快更好。
需要进行相关前庭功能训练的还有飞行员或者宇航员。他们面对特殊的飞行需要和重力环境，要求会更高，根据需要去训练，达到飞行任务要求才行。人们的前庭功能本身条件不一样，就像高矮胖瘦，个体在单位时间内达到的功能状态也不一样，所以需要进行筛选后再训练。
问题二：为什么冰上运动员穿上冰鞋可以在冰面上进行高速运动或完成高难度动作，而有些动作我们穿着普通鞋子在水泥地面上却难以实现？
东南大学物理学院董帅教授表示，滑冰运动员能在冰面上高速运动得益于较小的摩擦阻力。一方面，冰面相较于普通路面更加光滑；另一方面，装在冰鞋底下冰刀底面积很小，所以作用在冰面上的压强很大(压强等于压力除以面积，压力近似等于运动员重量加上蹬地的力) 。在冰刀与冰面的界面微小区域上，压力会将冰融化成水(水的密度比冰低，因此高压下冰会融化)，使冰刀与冰之间的摩擦变成湿摩擦，摩擦力降得更低。这就使得运动员在使用正确的蹬冰姿势时，只需要更小的力就能获得比在地面上更大的加速度。而普通的鞋子底面积大，无法产生高压融化水。