以下文章经 The Conversation 许可转载，The Conversation是一家报道最新研究的在线出版物。
速度可能是吸引众多体育迷观看今年北京冬季奥运会 雪车、雪橇和钢架雪车项目 的因素。但在蜿蜒曲折、冰雪覆盖的赛道惊险的下滑之下，无数物理学概念在发挥作用。运动员如何应对这些物理原理，最终决定了谁能跑出最快的成绩，将其他选手甩在身后。
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我研究体育运动的物理学。雪橇滑行的大部分精彩之处很容易被错过——运动员的动作通常太小，以至于在你观看电视时，他们飞驰而过，看起来只不过是一片模糊的影子。人们很容易认为，参赛者只是在重力的作用下，随意地从赛道上滑落下来。但这种想法仅仅触及了获得金牌的微妙物理学原理的表面。
重力和能量
重力是雪车、雪橇和钢架雪车项目中雪橇在冰雪覆盖的赛道上向下滑行的动力。宏观物理学原理很简单——从一定高度开始，然后下降到较低的高度，让重力加速运动员达到 接近 90 英里/小时（145 公里/小时）的速度。
今年的比赛在 延庆国家雪车雪橇中心 举行。赛道大约一英里长（1.6 公里），海拔下降 397 英尺（121 米）——最陡峭的部分坡度达到惊人的 18%——并且 包含 16 个弯道。
雪橇项目的选手之所以能达到如此快的速度，是因为重力势能转化为动能。重力势能代表储存的能量，当物体从地球表面升起时，重力势能会增加。一旦物体开始下落，势能就会转化为另一种形式的能量。动能是运动的能量。飞行的棒球如果击中窗户会将其击碎的原因是，棒球将其动能传递给了玻璃。重力势能和动能都随着重量的增加而增加，这意味着对于给定的速度，四人雪车队的能量比单人雪橇或钢架雪车更大。
赛车手正在应对大量的动能和强大的力。当运动员以 80 英里/小时（129 公里/小时）的速度进入弯道时，他们所经历的加速度可以达到 正常重力加速度的五倍。虽然雪车、雪橇和钢架雪车看起来很容易，但实际上它们绝非易事。
空气动力学
大多数赛道大约一英里长（1.6 公里），运动员在不到一分钟的时间内就能跑完这段距离。最终成绩是将四次滑行的成绩相加计算得出的。在 2018 年冬季奥运会男子单人雪橇比赛中，金牌和银牌之间的差距 仅为 0.026 秒。即使是世界上最优秀的运动员犯下的微小错误也可能让他们与奖牌失之交臂。
所有运动员都从相同的高度出发，沿着相同的赛道滑行。因此，金牌和令人失望的结果之间的差异不是来自重力和势能，而是来自快速的起跑、尽可能符合空气动力学以及选择最短的赛道路径。
当重力拉动运动员及其雪橇向下时，他们不断与空气粒子碰撞，从而产生一种称为空气阻力的力，这种力会以与速度相反的方向向运动员和雪橇施加反作用力。运动员或团队的空气动力学性能越好，速度就越快。
为了最大限度地减少来自空气的阻力，仰面朝上的雪橇选手尽可能平躺。俯卧的钢架雪车选手也这样做。无论是两人还是四人团队，雪车选手都紧紧地蜷缩在雪橇内，以减少空气撞击的面积。任何身体姿势的错误都可能使运动员的空气动力学性能变差，并导致时间略微增加，从而可能让他们与奖牌失之交臂。而且，在高速加速度和强大的作用力下，这些错误很难纠正。
最短的下山路径
除了尽可能符合空气动力学之外，快速滑行和慢速滑行之间的另一个主要区别是选手选择的路径。如果他们最大限度地缩短雪橇滑行的总长度，并避免在赛道上曲折前进，选手将滑行更短的距离。除了不必为了越过终点线而滑行那么远之外，缩短路径还意味着面临更少的空气阻力，并减少与赛道摩擦造成的速度损失。
观众经常会错过转弯和转向过程中涉及的微妙之处。所有项目的雪橇都安装在 称为滑板的钢制刀片 上。雪车有两组与冰面接触的滑板。前排选手拉动 连接到滑轮的环，从而转动前滑板。雪橇滑板的前端有弯曲的弓形，选手将小腿放在那里。通过移动头部和肩膀或弯曲小腿，运动员可以转动雪橇。钢架雪车选手没有这些控制装置，必须 通过肩膀和膝盖弯曲雪橇本身 来发起转弯。即使是微小的头部移动也可能导致钢架雪车偏离最佳路径。
所有这些细微的动作在电视上都很难看到，但后果可能很严重——转向过度可能会导致与赛道墙壁碰撞甚至撞车。不当的转向可能会导致糟糕的转弯，从而浪费选手的时间。
虽然看起来运动员在开始滑行后只是以极快的速度沿着冰雪赛道滑下来，但实际上还有很多事情在发生。观众将不得不密切关注那些高速滑行的雪橇上的运动员，才能发现运动中有趣的物理学方面。
本文最初发表于 The Conversation。阅读 原文。