以下文章經 The Conversation 許可轉載，The Conversation是一家報道最新研究的線上出版物。
速度可能是吸引眾多體育迷觀看今年北京冬季奧運會 雪車、雪橇和鋼架雪車專案 的因素。但在蜿蜒曲折、冰雪覆蓋的賽道驚險的下滑之下，無數物理學概念在發揮作用。運動員如何應對這些物理原理，最終決定了誰能跑出最快的成績，將其他選手甩在身後。
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我研究體育運動的物理學。雪橇滑行的大部分精彩之處很容易被錯過——運動員的動作通常太小，以至於在你觀看電視時，他們飛馳而過，看起來只不過是一片模糊的影子。人們很容易認為，參賽者只是在重力的作用下，隨意地從賽道上滑落下來。但這種想法僅僅觸及了獲得金牌的微妙物理學原理的表面。
重力和能量
重力是雪車、雪橇和鋼架雪車專案中雪橇在冰雪覆蓋的賽道上向下滑行的動力。宏觀物理學原理很簡單——從一定高度開始，然後下降到較低的高度，讓重力加速運動員達到 接近 90 英里/小時（145 公里/小時）的速度。
今年的比賽在 延慶國家雪車雪橇中心 舉行。賽道大約一英里長（1.6 公里），海拔下降 397 英尺（121 米）——最陡峭的部分坡度達到驚人的 18%——並且 包含 16 個彎道。
雪橇專案的選手之所以能達到如此快的速度，是因為重力勢能轉化為動能。重力勢能代表儲存的能量，當物體從地球表面升起時，重力勢能會增加。一旦物體開始下落，勢能就會轉化為另一種形式的能量。動能是運動的能量。飛行的棒球如果擊中窗戶會將其擊碎的原因是，棒球將其動能傳遞給了玻璃。重力勢能和動能都隨著重量的增加而增加，這意味著對於給定的速度，四人雪車隊的能量比單人雪橇或鋼架雪車更大。
賽車手正在應對大量的動能和強大的力。當運動員以 80 英里/小時（129 公里/小時）的速度進入彎道時，他們所經歷的加速度可以達到 正常重力加速度的五倍。雖然雪車、雪橇和鋼架雪車看起來很容易，但實際上它們絕非易事。
空氣動力學
大多數賽道大約一英里長（1.6 公里），運動員在不到一分鐘的時間內就能跑完這段距離。最終成績是將四次滑行的成績相加計算得出的。在 2018 年冬季奧運會男子單人雪橇比賽中，金牌和銀牌之間的差距 僅為 0.026 秒。即使是世界上最優秀的運動員犯下的微小錯誤也可能讓他們與獎牌失之交臂。
所有運動員都從相同的高度出發，沿著相同的賽道滑行。因此，金牌和令人失望的結果之間的差異不是來自重力和勢能，而是來自快速的起跑、儘可能符合空氣動力學以及選擇最短的賽道路徑。
當重力拉動運動員及其雪橇向下時，他們不斷與空氣粒子碰撞，從而產生一種稱為空氣阻力的力，這種力會以與速度相反的方向向運動員和雪橇施加反作用力。運動員或團隊的空氣動力學效能越好，速度就越快。
為了最大限度地減少來自空氣的阻力，仰面朝上的雪橇選手儘可能平躺。俯臥的鋼架雪車選手也這樣做。無論是兩人還是四人團隊，雪車選手都緊緊地蜷縮在雪橇內，以減少空氣撞擊的面積。任何身體姿勢的錯誤都可能使運動員的空氣動力學效能變差，並導致時間略微增加，從而可能讓他們與獎牌失之交臂。而且，在高速加速度和強大的作用力下，這些錯誤很難糾正。
最短的下山路徑
除了儘可能符合空氣動力學之外，快速滑行和慢速滑行之間的另一個主要區別是選手選擇的路徑。如果他們最大限度地縮短雪橇滑行的總長度，並避免在賽道上曲折前進，選手將滑行更短的距離。除了不必為了越過終點線而滑行那麼遠之外，縮短路徑還意味著面臨更少的空氣阻力，並減少與賽道摩擦造成的速度損失。
觀眾經常會錯過轉彎和轉向過程中涉及的微妙之處。所有專案的雪橇都安裝在 稱為滑板的鋼製刀片 上。雪車有兩組與冰面接觸的滑板。前排選手拉動 連線到滑輪的環，從而轉動前滑板。雪橇滑板的前端有彎曲的弓形，選手將小腿放在那裡。透過移動頭部和肩膀或彎曲小腿，運動員可以轉動雪橇。鋼架雪車選手沒有這些控制裝置，必須 透過肩膀和膝蓋彎曲雪橇本身 來發起轉彎。即使是微小的頭部移動也可能導致鋼架雪車偏離最佳路徑。
所有這些細微的動作在電視上都很難看到，但後果可能很嚴重——轉向過度可能會導致與賽道牆壁碰撞甚至撞車。不當的轉向可能會導致糟糕的轉彎，從而浪費選手的時間。
雖然看起來運動員在開始滑行後只是以極快的速度沿著冰雪賽道滑下來，但實際上還有很多事情在發生。觀眾將不得不密切關注那些高速滑行的雪橇上的運動員，才能發現運動中有趣的物理學方面。
本文最初發表於 The Conversation。閱讀 原文。