Wie bekommen Eiskunstläufer Drehimpuls für eine Drehung?

Es bringt nichts, Skater zu fragen, wie sie den Drehimpuls für einen Spin bekommen. Sie verstehen den Unterschied zwischen Drehimpuls und Geschwindigkeit nicht, und viele haben die Illusion, dass das Ziehen ihrer Arme ihnen den Drehimpuls verleiht.

Sehr kurz vor dem Trudeln muss eine Art externes Drehmoment auf den Körper des Skaters wirken (Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn für rechtshändige Skater). Ich wäge verschiedene Hypothesen ab:

  1. Das Eis übt ein Reaktionsdrehmoment auf den tragenden Drehfuß selbst aus, aber ich kann mir nicht vorstellen, wie der Skater mit diesem Fuß ein Drehmoment im Uhrzeigersinn auf das Eis ausüben würde. (Beachten Sie, dass der Drehwiderstand nicht sehr hoch, aber auch nicht zu vernachlässigen ist. Während der Drehung selbst dreht sich der Schlittschuh nicht um einen Punkt. Er hinterlässt eine winzige kreisförmige Spur auf dem Eis.)

  2. Wenn das Gewicht von der RBI-Kante auf die LFO-Kante verlagert wird, um mit dem linken Fuß in eine Vorwärtsdrehung zu gelangen, stößt der Skater mit seinem rechten Fuß in eine bestimmte Richtung ab und das Eis drückt zurück. Das resultierende Drehmoment würde von der Richtung des Stoßes und dem Momentarm zum CM des Skaters zu diesem Zeitpunkt abhängen. [Jargon definiert: RBI = rechts rückwärts innen; LFO = left forward outside.] (Beachten Sie, dass die Spur links von der LFO-Eintrittskante eine Krümmung gegen den Uhrzeigersinn hat, noch bevor der Skater eine 3-Drehung macht und seine Arme einzieht.)

  3. Der Zehenpickel des Schwenkfußes spielt eine Rolle, gräbt sich in das Eis und übt eine Kraft aus. Dies könnte während des Gewichtsverlagerungsübergangs auftreten und bevor das CM über dem Pivot-Fuß zentriert ist. (Skater sagen, dass sie ohne Zehenpickel keine Drehung machen können, aber die Pickel hinterlassen keine großen Spuren auf dem Eis, also glaube ich ihnen nicht ganz.)

Bitte helfen Sie mir, das herauszufinden, bevor ich meinen Glauben an die Erhaltung des Drehimpulses verliere. Mir wird schwindelig und ich kann mich einfach nicht entspannen.

BEARBEITEN: Ich suche nach Einblicken in die Richtungen externer Kräfte (Eis vs. Fuß) und Momentarme (CM vs. Fuß), die wirken, um die Drehmomente zu erzeugen.

Es ist erwähnenswert, dass Sie die Physik von Kombinationstauchgängen (Flip und Twist) nicht korrekt analysieren können, ohne zu berücksichtigen, wie der Taucher seinen gesamten Trägheitstensor ändert, sodass Sie möglicherweise in Schwierigkeiten geraten, wenn Sie versuchen, ein zu einfaches Modell des zu verwenden Körper. Siehe beispielsweise C. Fröhlich, Am. J. Phys. 47, 7. Das Ergebnis ist, dass die Frage ziemlich verwickelt sein könnte. (Diese Referenz ist in der AAPT-Veröffentlichung „Selected Reprints: Physics of Sports“ zu finden, die man gerne im Regal stehen hat.)
Der Skater fährt eine Kurve (also richtet sich der Körper in einem Winkel auf), tritt mit einem Bein und Armen nach außen und bringt dann das Bein und die Arme nach innen, um die Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen. Siehe Video youtube.com/watch?v=Kk6pV0SzlMY bei ca. 2:10
Ich werde nicht als Physiker antworten, weil es, wie @dmckee sagt, wahrscheinlich sehr kompliziert ist, aber ich werde als Skater antworten und sagen, dass sich ein Drehmoment für mich überhaupt nicht wie ein Rätsel anfühlt: Ich kann definitiv keinen Spin beginnen ohne Zehenpickel und haben ein deutliches, starkes körperliches Gefühl einer außermittigen Kraft. Es ist fast so, als würde sich „Spin“ und „Grab in Toe“ (metaphorisch gesprochen, man braucht eigentlich gar nicht viel Graben) wie der gleiche Befehl aus meinem Gehirn anfühlen. Ich bin sicherlich nicht der Versierteste bei diesem Manöver, weil es sicherlich nicht meine Lieblingsbeschäftigung ist: Ich kann nicht gut erkennen ....
... und am Ende wird mir nach jedem Dreher richtig schlecht, vor allem jetzt, wo ich 54 bin, aber ich glaube wirklich nicht, dass man das nötige Drehmoment anders aufbringen kann. Bei genauerem Hinsehen ist ein seitliches Rutschen sehr effektiv zum Anhalten und etwas, mit dem ich mich sehr wohl fühle, und ich denke, es ist sehr ähnlich wie das Beginnen einer Drehung, abgesehen davon, dass es viel kraftvoller ist.

Antworten (2)

Ich denke, du überdenkst das. Drehmomente erzeugen einen Drehimpuls. Wenn also ein Eiskunstläufer kein sich drehendes Rad in seiner Gesäßtasche trägt, muss er seinen Drehimpuls erzeugen, indem er sich vom Eis abstößt. Sehen Sie sich dieses YouTube-Video eines Eiskunstläufers an, der Drehungen macht :

  1. Sie können eine Drehung von einem toten Anschlag aus starten, wenn Sie den Zehenpickel Ihres Pivot-Fußes verwenden und mit Ihrem äußeren Fuß abstoßen, wodurch ein Drehmoment um den Zehenpickel erzeugt wird.
  2. Sie können eine Drehung aus der Vorwärtsbewegung starten, indem Sie den flachen Teil der Klinge verwenden, um ein Drehmoment um den CM des Skaters bereitzustellen. Der Schlittschuhläufer entlastet dann das Drehmoment, bevor sein Knöchel reißt, indem er auf den gekrümmten Abschnitt der Kufe wechselt.

Ich habe ein anderes Video gesehen , in dem behauptet wird, dass Sie eine Drehung von einem gekrümmten Pfad aus starten müssen. Das scheint mir einfach falsch zu sein. Vor allem scheint die Richtung des Drehimpulses immer entgegengesetzt zu sein (dh der Kurvenverlauf ist im Spin im Uhrzeigersinn und dann während des Spins im Gegenuhrzeigersinn).

Überdenken ist, was wir tun. Wir sind Physiker. Ihre Beobachtungen sind alle richtig, aber sie scheinen alle drei meiner Hypothesen zu stützen. Sie können nicht alle der dominante Mechanismus sein.

Der Schlittschuhläufer erhält den anfänglichen Drehimpuls für eine Drehung, indem er mit seinem Fuß und der Zehenspitze ein Drehmoment auf die Schlittschuhkufe ausübt, die das Eis abdrückt. Sie können dies oft sehen, wenn ein Skater einen Sprung mit einer Drehung mit einem Toe-Pick-Jump-Take-Off beginnt.

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