米蘭冬奧會(huì)上，運(yùn)動(dòng)員們?cè)诳茽柕偌{的陡峭雪道上飛馳而下，從落差巨大的跳臺(tái)騰空而起，在空中翻轉(zhuǎn)數(shù)圈后穩(wěn)穩(wěn)落地，那一刻仿佛無視了地心引力的存在。

撰文 | 丁香葉子&4925

圖1 滑雪運(yùn)動(dòng)員騰空的颯爽英姿丨圖源央視新聞

看著這些“雪上飛人”貼地飛行，你是不是也有同樣的疑問：人類怎么敢用一塊板子從那么高的地方滑下來？

今天我們就從物理學(xué)的角度聊聊，滑雪大神們到底掌握了什么物理外掛。

1

坡度：滑雪場(chǎng)上的“救命物理題”

民間有句真理：“90度叫懸崖，89度叫坡。”

圖2 89度叫坡！[1]

米蘭冬奧會(huì)的高山滑雪賽場(chǎng)上，起點(diǎn)垂直落差可達(dá)800米以上，運(yùn)動(dòng)員從近乎垂直的陡坡沖下，速度輕松破百公里每小時(shí)。更驚人的是跳臺(tái)環(huán)節(jié)——運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)騰空而起，高度可達(dá)數(shù)層樓高——在短短幾秒內(nèi)完成高難度旋轉(zhuǎn)，然后穩(wěn)穩(wěn)落地。

普通人從這個(gè)高度直接落地，后果可想而知。運(yùn)動(dòng)員憑什么安然無恙？

關(guān)鍵就在著陸坡的角度。

先來看一個(gè)極端情況：如果落地是平地，根據(jù)物理學(xué)的沖量定理，沖擊力= 動(dòng)量變化÷ 作用時(shí)間。運(yùn)動(dòng)員以高速撞向地面，速度在千分之幾秒內(nèi)降為零，作用時(shí)間極短，沖擊力會(huì)瞬間爆表——這就是為什么“90度叫懸崖”，跳下去必死無疑。

但冬奧賽場(chǎng)的設(shè)計(jì)師們?cè)缇退愫昧诉@筆賬。他們根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的飛行軌跡，將著陸坡坡度精確設(shè)計(jì)在37°到40°之間——這恰好與運(yùn)動(dòng)員拋物線軌跡的落點(diǎn)角度完美吻合[1]。這就是為什么“89度叫坡”——只要差一度，從“致命”變成“可行”。

當(dāng)運(yùn)動(dòng)員接觸坡面時(shí)，物理學(xué)的“力的分解”開始發(fā)揮作用，真正的挑戰(zhàn)不在于速度本身，而在于垂直于坡面的那部分速度——也就是著陸速度：

圖3 力的分解[1]

這就像你從樓梯上跳下——如果落在斜坡上，你可以順勢(shì)跑下去，沖擊被“稀釋”在每一步中；如果落在平地上，膝蓋就要承受全部沖擊。

更精妙的是，著陸坡不是簡(jiǎn)單的直線斜坡，而是圓弧形過渡。從陡坡到緩坡的平滑曲線，讓減速過程更加均勻，避免“硬著陸”。這就是為什么專業(yè)跳臺(tái)的著陸區(qū)看起來像一個(gè)大勺子——每一寸弧度都在幫助實(shí)現(xiàn)“軟著陸”。

2

人類是怎么發(fā)現(xiàn)腳下加塊板跳樓就不會(huì) die的？

有了完美的坡道設(shè)計(jì)，沖擊力已經(jīng)被大幅削減。但剩下的力依然驚人——研究顯示，跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員著陸時(shí)承受的沖擊力可達(dá)體重的4到7倍以上[2]。以一個(gè)70公斤的運(yùn)動(dòng)員為例，他落地時(shí)腿部承受的力相當(dāng)于扛起300到500公斤的重物。

這么大的力，膝蓋為什么沒碎？

因?yàn)閷I(yè)運(yùn)動(dòng)員掌握了一套精密的“卸力”技術(shù)。用高速攝像機(jī)慢放他們的落地瞬間，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作：主動(dòng)屈髖、屈膝、伸踝，身體像彈簧一樣壓縮。

這套動(dòng)作背后是物理學(xué)的沖量定理：F = Δp / Δt（沖擊力 = 動(dòng)量變化 ÷ 作用時(shí)間）。要想減小沖擊力F，要么減少動(dòng)量變化Δp（落地速度變化），要么增加作用時(shí)間Δt。

運(yùn)動(dòng)員能做的，就是拼命延長“剎車距離”——通過彎曲關(guān)節(jié)，讓身體重心下降30到50厘米，把原本0.01秒的沖擊過程拉長到0.1秒甚至更長。

做個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算：同樣的動(dòng)量變化，作用時(shí)間延長10倍，沖擊力就減小到原來的十分之一。這就是人體彈簧系統(tǒng)的神奇之處——玻璃杯掉在水泥地上會(huì)碎，但掉在彈簧床上卻能彈起來。

更深層的奧秘藏在肌肉的“離心收縮”中。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)，腿部肌肉不是縮短，而是在受力的同時(shí)被拉長——這個(gè)過程叫做“退讓性工作”。

打個(gè)比方，肌肉就像一根有彈性的橡皮筋——在被拉長的同時(shí)產(chǎn)生張力，把沖擊的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉。這比單純的剛性支撐要高效得多，也更安全。

更高級(jí)的技術(shù)是分段卸力。仔細(xì)觀察頂尖運(yùn)動(dòng)員的落地：先是足弓緩沖一波，再到踝關(guān)節(jié)，接著膝蓋彎曲，最后髖關(guān)節(jié)和脊柱參與——這是一個(gè)從下到上的接力過程。每一級(jí)關(guān)節(jié)都在分?jǐn)倹_擊，沒有一個(gè)部位承受全部力量。就像接力賽跑，四個(gè)人跑永遠(yuǎn)比一個(gè)人跑輕松。

不過，我們?cè)趧側(cè)腴T階段，往往因?yàn)榭謶侄∪饩o張、關(guān)節(jié)鎖死，等于用骨頭硬碰硬。如果肌肉不主動(dòng)“讓一步”，沖擊力就會(huì)直接傳遞給骨骼和韌帶，這就是為什么很多滑雪新手“硬著陸”會(huì)導(dǎo)致骨折。

于是雪場(chǎng)上出現(xiàn)了一種“新物種”——渾身纏滿小烏龜?shù)囊苿?dòng)毛絨玩具，遠(yuǎn)看可愛，近看心疼。

圖4 纏滿小烏龜?shù)幕┱哓瓐D源網(wǎng)絡(luò)

說實(shí)話，小烏龜能防摔嗎？能防，但防不住根本問題。玩偶再厚，也就多那么零點(diǎn)幾秒的緩沖——如果關(guān)節(jié)是鎖死的，裹成粽子也得硬著陸。

3

佛光道：滑雪圈的“物理學(xué)防作死”指南

“阿達(dá)西，聽說這個(gè)佛光道陡得很呢？根據(jù)有板無傷定律，你只管跳，剩下的交給天意。”

所謂“佛光”，其實(shí)是滑行時(shí)揚(yáng)起的雪霧在陽光照射下形成的彩虹光圈——只有速度夠快、動(dòng)作夠帥才能擁有。而“佛光道”，自然就是高手炫技的陡峭雪道。

但如果你沒有那個(gè)實(shí)力卻硬要“一條線直直地走”，結(jié)果可能就是——“雄鷹一樣飛得高高的，商鞅一樣分得開開的。”

圖5 人板分離的滑雪者 圖源網(wǎng)絡(luò)

這份滑雪防傷指南，送給所有不想“分得開開”的你：

1. 摔倒是一門藝術(shù)

初學(xué)者最常見的誤區(qū)是摔倒時(shí)用手撐地。腕關(guān)節(jié)和手部的損傷是滑雪者最常見的損傷之一。正確的做法是：重心降低，側(cè)身摔倒，讓整個(gè)側(cè)面著地，而不是用局部去硬扛。

圖6 安全摔倒方法 圖源網(wǎng)絡(luò)

2. 膝蓋不是用來“擰”的

滑雪損傷中，膝關(guān)節(jié)損傷（特別是前交叉韌帶損傷）是重災(zāi)區(qū)。當(dāng)你感覺失控時(shí)，不要強(qiáng)行扭轉(zhuǎn)方向試圖停下來，這會(huì)把所有扭矩集中在膝蓋上。正確的做法是：主動(dòng)減速，或者干脆按計(jì)劃摔倒。

3. 坡度認(rèn)知?jiǎng)e上頭

雪道的坡度對(duì)速度的影響是指數(shù)級(jí)增長的。從緩坡到陡坡，不是“膽子大就行”，而是需要建立正確的肌肉記憶和技術(shù)動(dòng)作。量力而行，才是最長久的滑雪之道。

4

米蘭冬奧會(huì)上，運(yùn)動(dòng)員們挑戰(zhàn)極限，在意大利的雪山之巔畫出完美的拋物線。那短暫的幾秒滯空，背后是千百次訓(xùn)練、精確計(jì)算的坡度和對(duì)物理規(guī)律的深刻理解。

“你只管跳，剩下的交給天意”——這句話只能是玩笑。真正的“有板無傷定律”，是科學(xué)訓(xùn)練、敬畏規(guī)律。

對(duì)于我們普通人來說，想拍出“佛光普照”的大片之前，先學(xué)會(huì)尊重物理定律，保護(hù)好自己的身體。

畢竟，滑雪不是為了“飛升”，而是為了在冰雪世界里感受那份自由的加速度。只有安全滑下去的人，才能一直看風(fēng)景。

參考文獻(xiàn)

[1] SEO K, NIHEI Y, WATANABE R, et al. The features of the landing slope of a ski jumping hill that need to be considered[J]. Procedia Engineering, 2015, 112: 373-378.

[2] L?fquist I, Bj?rklund G. What Magnitude of Force is a Slopestyle Skier Exposed to When Landing a Big Air Jump? Int J Exerc Sci. 2020 Dec 1;13(1):1563-1573. doi: 10.70252/VAKF8512. PMID: 33414860; PMCID: PMC7745909.

[3] 王鑫, 郭建軍, 遲黎光, 等. 滑雪者身體部位損傷類型、損傷機(jī)制及其防護(hù)措施與康復(fù)訓(xùn)練策略綜述[J]. 首都體育學(xué)院學(xué)報(bào), 2025, 37(5): 576-582.

[4] https://ski.huanqiu.com/article/9CaKrnK3Kp0

本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)“中科院物理所”。

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