ในกีฬาเหล่านี้ที่ส่งมนุษย์พุ่งเร็วกว่ารถยนต์บนทางหลวง การเคลื่อนไหวเล็กน้อยหมายถึงความแตกต่างระหว่างทองคำกับการชน
ความเร็วเพียงอย่างเดียวอาจเป็นปัจจัยที่ดึงดูดแฟนกีฬาจำนวนมากให้มาร่วมงานบ็อบสเลด ลูจ และสเกเลตันในโอลิมปิกฤดูหนาวที่ปักกิ่งปีนี้ แต่ภายใต้เส้นทางที่คดเคี้ยวและปกคลุมไปด้วยน้ำแข็ง แนวคิดมากมายจากฟิสิกส์กำลังเล่นอยู่ นี่คือวิธีที่นักกีฬาตอบสนองต่อฟิสิกส์ที่กำหนดการวิ่งที่เร็วที่สุดจากกลุ่มที่เหลือ
ฉันเรียนฟิสิกส์ ของกีฬา ความตื่นเต้นส่วนใหญ่จากการวิ่งลูจนั้นพลาดไม่ได้ การเคลื่อนไหวของนักกีฬามักจะเล็กเกินกว่าจะสังเกตได้ ขณะที่พวกเขาบินโดยดูเหมือนไม่มีอะไรมากไปกว่าภาพเบลอบนโทรทัศน์ของคุณ มันง่ายที่จะสรุปว่าคู่แข่งเพียงแค่ล้มหรือเลื่อนลงไปตามทางด้วยแรงดึงดูด แต่ความคิดนั้นเป็นเพียงรอยขีดข่วนพื้นผิวของฟิสิกส์ที่ละเอียดอ่อนทั้งหมดที่เข้าสู่การแสดงที่ได้รับรางวัลเหรียญทอง
แรงโน้มถ่วงและพลังงาน
แรงโน้มถ่วงคือสิ่งที่ขับเคลื่อนการลากเลื่อนไปตามรางที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งในเหตุการณ์บ็อบสเลด ลูจ และโครงกระดูก ฟิสิกส์ในภาพรวมนั้นเรียบง่าย โดยเริ่มจากความสูงระดับหนึ่งแล้วตกลงไปที่ความสูงที่ต่ำกว่า ปล่อยให้แรงโน้มถ่วงเร่งตัวนักกีฬาให้มีความเร็วใกล้ถึง 90 ไมล์ต่อชั่วโมง (145 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)
การแข่งขันในปีนี้จัดขึ้นที่Yanqing National Slide Center เส้นทางนี้ยาวประมาณหนึ่งไมล์ (1.6 กม.) สูง 397 ฟุต (121 เมตร) โดยส่วนที่ชันที่สุดคือระดับ 18 เปอร์เซ็นต์ที่น่าเหลือเชื่อและประกอบด้วย16 โค้ง
ผู้ขับขี่ในกิจกรรมเลื่อนหิมะมีความเร็วที่รวดเร็วเนื่องจากการแปลงพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานจลน์ พลังงานศักย์โน้มถ่วงแสดงถึงพลังงานที่สะสมไว้และเพิ่มขึ้นเมื่อวัตถุถูกยกขึ้นห่างจากพื้นผิวโลกมากขึ้น พลังงานศักย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นเมื่อวัตถุเริ่มตกลงมา พลังงานจลน์คือพลังงานของการเคลื่อนไหว เหตุผลที่ลูกเบสบอลบินได้จะทำให้กระจกแตกถ้ามันกระทบกับหน้าต่าง เพราะลูกบอลจะถ่ายเทพลังงานจลน์ไปยังกระจก ทั้งพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์เพิ่มขึ้นเมื่อน้ำหนักเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่ามีพลังงานในทีมบ็อบสเลดสี่คนมากกว่าที่มีอยู่ในลูจคนเดียวหรือโครงกระดูกด้วยความเร็วที่กำหนด
นักแข่งต้องรับมือกับพลังงานจลน์และพลังที่แข็งแกร่งมากมาย เมื่อนักกีฬาเข้าโค้งด้วยความเร็ว 80 ไมล์ต่อชั่วโมง (129 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) พวกเขาจะพบกับอัตราเร่งที่สามารถทำความเร็วได้ห้าเท่าของอัตราเร่งโน้มถ่วงปกติ แม้ว่าบ็อบสเลด ลูจ และโครงกระดูกอาจดูง่าย
อากาศพลศาสตร์
ลู่วิ่งส่วนใหญ่มีความยาวประมาณหนึ่งไมล์ (1.6 กม.) และนักกีฬาครอบคลุมระยะทางนั้นในเวลาไม่ถึงนาที เวลาสุดท้ายคำนวณโดยการเพิ่มสี่รอบด้วยกัน ความแตกต่างระหว่างเหรียญทองและเหรียญเงินชายเดี่ยวในโอลิมปิกฤดูหนาว 2018 อยู่ที่ 0.026วินาที แม้แต่ความผิดพลาดเล็กๆ น้อยๆ ของนักกีฬาที่เก่งที่สุดในโลกก็อาจทำให้เสียเหรียญได้
นักกีฬาทุกคนเริ่มต้นที่ความสูงเท่ากันและลงสนามเดียวกัน ดังนั้น ความแตกต่างระหว่างทองคำและผลลัพธ์ที่น่าผิดหวังไม่ได้มาจากแรงโน้มถ่วงและพลังงานที่อาจเกิดขึ้น แต่มาจากการเริ่มต้นอย่างรวดเร็ว โดยเป็นแอโรไดนามิกให้ได้มากที่สุดและใช้เส้นทางที่สั้นที่สุดลงสนาม
ในขณะที่แรงโน้มถ่วงดึงนักกีฬาและแคร่เลื่อนหิมะลงเขา พวกเขาจะชนกับอนุภาคอากาศที่สร้างแรงที่เรียกว่าแรงต้านอากาศ ซึ่งจะดันตัวนักกีฬาและเลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้ามกับความเร็ว ยิ่งนักกีฬาหรือทีมแอโรไดนามิกมากเท่าใด ความเร็วก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
เพื่อลดแรงต้านจากอากาศ นักบิดลูจที่หงายหน้าอยู่ให้นอนราบให้มากที่สุด นักขี่โครงกระดูกที่หันลงทำเช่นเดียวกัน ไม่ว่าจะอยู่ในทีมที่มีคนสองคนหรือสี่คน นักขี่บ็อบสเลดจะต้องอยู่ภายในแคร่เลื่อนหิมะอย่างแน่นหนาเพื่อลดพื้นที่ที่อากาศจะปะทะเข้าไปได้ ความผิดพลาดในการวางตำแหน่งของร่างกายอาจทำให้นักกีฬาแอโรไดนามิกน้อยลงและนำไปสู่การเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในเวลาที่อาจทำให้เสียเหรียญ และข้อผิดพลาดเหล่านี้แก้ไขได้ยากเมื่อออกวิ่งด้วยอัตราเร่งและแรงสูง
ทางลงที่สั้นที่สุด
นอกจากจะเป็นแอโรไดนามิกให้ได้มากที่สุดแล้ว ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการระหว่างการวิ่งเร็วและการวิ่งช้าคือเส้นทางที่นักขี่ต้องเลือก หากพวกเขาลดความยาวทั้งหมดที่ลากโดยเลื่อนและหลีกเลี่ยงการซิกแซกข้ามแทร็ก นักขี่จะครอบคลุมระยะทางน้อยลง นอกจากจะไม่ต้องไปไกลถึงเส้นชัยแล้ว การทำให้เส้นทางสั้นลงหมายถึงการเสียดสีจากอากาศน้อยลงและสูญเสียความเร็วน้อยลงจากการเสียดสีกับ
แฟน ๆ มักจะพลาดรายละเอียดปลีกย่อยที่เกี่ยวข้องกับการเลี้ยวและการบังคับเลี้ยว เลื่อนสำหรับกิจกรรมทั้งหมดนั่งบนใบมีดเหล็กที่เรียกว่านักวิ่ง Bobsleds มีนักวิ่งสองชุดที่สัมผัสกับน้ำแข็ง ผู้ขับขี่ด้านหน้าดึงวงแหวนที่ติดอยู่กับรอกที่หมุนนักวิ่งหน้า นักวิ่งบนเลื่อนลูจจะมีส่วนโค้งที่ด้านหน้าซึ่งผู้ขี่จะวางน่องไว้ โดยการขยับศีรษะและไหล่หรืองอน่อง นักกีฬาสามารถพลิกลูจได้ นักขี่โครงกระดูกขาดการควบคุมเหล่านี้และต้องงอตัวเลื่อนโดยใช้ไหล่และเข่าเพื่อเริ่มเลี้ยว แม้แต่การขยับศีรษะเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้โครงกระดูกเคลื่อนออกจากเส้นทางที่เหมาะสมได้
การเคลื่อนไหวที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้มองเห็นได้ยากในโทรทัศน์ แต่ผลที่ตามมาอาจมีขนาดใหญ่ การบังคับเลี้ยวมากเกินไปอาจนำไปสู่การชนกับผนังรางหรือแม้แต่รถชน การบังคับเลี้ยวที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่การเลี้ยวที่ไม่ดีซึ่งทำให้ผู้ขับขี่ต้องเสียเวลา
แม้ว่าดูเหมือนว่านักขี่จะเพียงแค่เลื่อนลงไปตามเส้นทางน้ำแข็งด้วยความเร็วสูงหลังจากที่พวกเขาออกไปแล้ว แต่ก็ยังมีอะไรอีกมากมายเกิดขึ้น ผู้ชมจะต้องให้ความสนใจกับนักกีฬาบนรถเลื่อนที่เคลื่อนที่เร็วเพื่อตรวจจับแง่มุมที่น่าสนใจของฟิสิกส์ในขณะใช้งาน
John Eric Goffเป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยลินช์เบิร์ก
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากThe Conversationภายใต้สัญญาอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ
