本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
上週五，我加入了一群加州理工學院的物理學家（包括時間領主），參加了一下午的冰壺比賽——沒錯，你沒聽錯，是冰壺比賽——以此來慶祝加州理工學院理論物理學家馬克·懷斯60歲生日。對於物理學家來說，60歲是一件大事，通常會舉辦一次特別會議來紀念獲獎者的工作。懷斯過去和現在的學生決定做一些不同的事情。出生於加拿大的懷斯是冰壺運動的愛好者，所以他們透過好萊塢冰壺俱樂部在範奈斯的一個溜冰場組織了一次集體活動，我們都興致勃勃地嘗試了這項運動，它就像冰上的擲球、地滾球或沙狐球。我們小組中唯一一個之前玩過的人是懷斯本人——顯然是很久以前玩過一次。所以喜劇潛力巨大。
如果你想嘲笑，那就嘲笑吧，但我們玩得很開心，即使我們的集體技能有點欠缺。對於那些不熟悉冰壺運動的人來說，這是一項運動，其中一個團隊的人在冰上（“冰壺賽道”）滑動沉重的花崗岩石頭（也稱為“冰壺”）。然後，另外兩名隊員瘋狂地用小掃帚清掃冰壺前面的冰面，試圖儘可能地靠近“圓心”（“大本營”的中心，即四個彩色同心圓的目標）。每個隊輪流投擲八個冰壺，每“局”（一場比賽通常有八到十個這樣的“局”）。誰的冰壺離圓心最近，誰就獲勝。
冰壺在加拿大非常受歡迎，它自1998年才成為奧運會專案，但它的根源在於中世紀的蘇格蘭，當時它被稱為“咆哮的比賽”——因為那是冰壺在冰上滾動時你聽到的聲音。根據維基百科的說法，最早的書面記載可以追溯到1541年，但有一個刻有1511年日期的冰壺。那些早期的冰壺看起來與今天冰壺運動中使用的“冰壺”完全不同，而且由於它們的尺寸、形狀和紋理不規則，運動員對冰壺在冰上的軌跡的控制能力要差得多。
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今天的冰壺由蘇格蘭特產的花崗岩製成，頂部附有一個把手，以便更好地抓握和旋轉（非常輕微地），以便運動員在釋放冰壺時使用。這就是你獲得冰壺軌跡緩慢而溫和的弧線的方式，這項運動的名字由此而來。
與任何運動一樣，冰壺運動中也涉及到大量的物理學，並且有大量的線上資訊關於基本力學。首先是慣性：冰壺非常重（每個大約45磅），所以一旦冰壺被投擲並獲得一些動力，它就可以滑動很長一段距離，然後摩擦力才會增大到足以使其停止。
優秀的運動員可以控制摩擦力，他們就越能控制冰壺在冰上移動時的弧線，並將其定位到他們想要的大本營中的位置。冰面本身也很特殊：表面噴灑著小水滴，然後凍結，形成一個鵝卵石表面，從而減少摩擦。冰壺底部有一個圓形的“跑道”，也起到減少摩擦的作用——這是冰壺唯一接觸鵝卵石冰面的部分，因為與普通的平坦冰面相比，冰壺的重量集中在一個非常小的區域。
用小掃帚進行的瘋狂清掃有助於進一步減少摩擦，在冰面再次凍結之前，短暫地加熱冰面的那一小部分。如果你不去管它，冰壺的弧線會更大。 清掃的重點是讓冰壺的弧線變小，移動得更遠。清掃的多少取決於你希望冰壺最終停留在哪裡。這裡面涉及的技巧比你想象的要多得多，這就是為什麼這項運動有時被稱為“冰上的國際象棋”。
但是，為什麼冰壺會發生弧線運動呢？更奇怪的是，為什麼它不朝你旋轉的相反方向移動呢？例如，當玻璃杯在桌子上滑動時，就會發生這種情況。相反，它會朝相同的方向移動，而且原因尚不完全清楚。加拿大北英屬哥倫比亞大學的物理學家馬克·謝格爾斯基對此問題進行了深入思考，發表了幾篇科學論文，分析他認為正在發揮作用的物理原理。正如他今年早些時候告訴商業內幕的那樣
拿一個逆時針旋轉的冰壺。在冰壺的前半部分，運動方向是向左，而相反的摩擦力是向右。在後半部分，運動方向是向右，所以相反的摩擦力是向左。重要的是，前部和後部的摩擦力不相等。那是因為冰壺在冰上滑動時有向前傾斜的趨勢。前部比後部對冰面的壓力更大，在前部產生更大的摩擦力。如果使用一個倒扣的杯子在桌子上進行相同的實驗，杯子會向右旋轉，因為後部（橫向運動向右）的摩擦力小於前部（橫向運動向左）的摩擦力。但是，由於另一種現象，冰壺運動中發生了相反的情況。謝格爾斯基認為，高壓會使前部的冰面升溫更多，從而形成一層非常薄的液態薄膜。融化的冰起到潤滑劑的作用，減少了冰壺前部的摩擦力。冰壺前部的摩擦力（向右）現在小於後部的摩擦力（向左），因此冰壺向左移動。
這似乎很簡單，但是正如來自“每天更聰明一點”的德斯廷在上面的影片中指出的那樣，來自瑞典烏普薩拉大學的一組研究人員不敢苟同謝格爾斯基的結論。他們去年在《磨損》雜誌上發表了他們自己研究的結果，聲稱冰壺的弧線運動是由鵝卵石冰面上微小劃痕產生的不對稱摩擦引起的。 根據PhysOrg報道
當冰壺在冰面上滑動時，其前部的粗糙度會在冰面上產生小的劃痕。冰壺的旋轉會使劃痕與滑動方向略有偏差。當後部粗糙的突起物很快經過同一區域時，它們將以一個小的角度穿過前部的劃痕。當穿過這些劃痕時，它們將傾向於跟隨它們。正是這種劃痕引導或軌道轉向機制產生了使冰壺產生弧線運動所需的側向力。
科學辯論仍在繼續，我期待著未來看到更多關於這方面的研究。然而，我們加州理工學院冰壺小組的人員上週五不太關心冰壺為什麼會發生弧線運動，而更關注於如何首先在投擲冰壺時保持平衡。這比看起來要難。你的一隻腳放在“起蹬器”中，以便更好地蹬踏，另一隻腳放在一個特殊的“滑動鞋底”上，同時你蹲下。你用一隻手用掃帚或特殊的穩定器來保持平衡，另一隻手抓住冰壺的把手。然後你蹬踏並以弓步姿勢滑過冰面，然後輕輕地釋放冰壺。動力應該理想地來自你的身體，而不是用你的手臂推動冰壺，但我直到會議結束才弄明白這一點。
總而言之，這非常有趣，我認為我們應該每年在馬克·懷斯的生日做這件事。在嘗試玩過這項運動之後，我對這項運動有了更深的理解。但是應該要求配備護膝，因為我右膝上現在有一大塊淤青，因為在冰面上滑動和跪了很多次。
參考文獻:
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