本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
上周五，我加入了一群加州理工学院的物理学家（包括时间领主），参加了一下午的冰壶比赛——没错，你没听错，是冰壶比赛——以此来庆祝加州理工学院理论物理学家马克·怀斯60岁生日。对于物理学家来说，60岁是一件大事，通常会举办一次特别会议来纪念获奖者的工作。怀斯过去和现在的学生决定做一些不同的事情。出生于加拿大的怀斯是冰壶运动的爱好者，所以他们通过好莱坞冰壶俱乐部在范奈斯的一个溜冰场组织了一次集体活动，我们都兴致勃勃地尝试了这项运动，它就像冰上的掷球、地滚球或沙狐球。我们小组中唯一一个之前玩过的人是怀斯本人——显然是很久以前玩过一次。所以喜剧潜力巨大。
如果你想嘲笑，那就嘲笑吧，但我们玩得很开心，即使我们的集体技能有点欠缺。对于那些不熟悉冰壶运动的人来说，这是一项运动，其中一个团队的人在冰上（“冰壶赛道”）滑动沉重的花岗岩石头（也称为“冰壶”）。然后，另外两名队员疯狂地用小扫帚清扫冰壶前面的冰面，试图尽可能地靠近“圆心”（“大本营”的中心，即四个彩色同心圆的目标）。每个队轮流投掷八个冰壶，每“局”（一场比赛通常有八到十个这样的“局”）。谁的冰壶离圆心最近，谁就获胜。
冰壶在加拿大非常受欢迎，它自1998年才成为奥运会项目，但它的根源在于中世纪的苏格兰，当时它被称为“咆哮的比赛”——因为那是冰壶在冰上滚动时你听到的声音。根据维基百科的说法，最早的书面记载可以追溯到1541年，但有一个刻有1511年日期的冰壶。那些早期的冰壶看起来与今天冰壶运动中使用的“冰壶”完全不同，而且由于它们的尺寸、形状和纹理不规则，运动员对冰壶在冰上的轨迹的控制能力要差得多。
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今天的冰壶由苏格兰特产的花岗岩制成，顶部附有一个把手，以便更好地抓握和旋转（非常轻微地），以便运动员在释放冰壶时使用。这就是你获得冰壶轨迹缓慢而温和的弧线的方式，这项运动的名字由此而来。
与任何运动一样，冰壶运动中也涉及到大量的物理学，并且有大量的在线信息关于基本力学。首先是惯性：冰壶非常重（每个大约45磅），所以一旦冰壶被投掷并获得一些动力，它就可以滑动很长一段距离，然后摩擦力才会增大到足以使其停止。
优秀的运动员可以控制摩擦力，他们就越能控制冰壶在冰上移动时的弧线，并将其定位到他们想要的大本营中的位置。冰面本身也很特殊：表面喷洒着小水滴，然后冻结，形成一个鹅卵石表面，从而减少摩擦。冰壶底部有一个圆形的“跑道”，也起到减少摩擦的作用——这是冰壶唯一接触鹅卵石冰面的部分，因为与普通的平坦冰面相比，冰壶的重量集中在一个非常小的区域。
用小扫帚进行的疯狂清扫有助于进一步减少摩擦，在冰面再次冻结之前，短暂地加热冰面的那一小部分。如果你不去管它，冰壶的弧线会更大。 清扫的重点是让冰壶的弧线变小，移动得更远。清扫的多少取决于你希望冰壶最终停留在哪里。这里面涉及的技巧比你想象的要多得多，这就是为什么这项运动有时被称为“冰上的国际象棋”。
但是，为什么冰壶会发生弧线运动呢？更奇怪的是，为什么它不朝你旋转的相反方向移动呢？例如，当玻璃杯在桌子上滑动时，就会发生这种情况。相反，它会朝相同的方向移动，而且原因尚不完全清楚。加拿大北英属哥伦比亚大学的物理学家马克·谢格尔斯基对此问题进行了深入思考，发表了几篇科学论文，分析他认为正在发挥作用的物理原理。正如他今年早些时候告诉商业内幕的那样
拿一个逆时针旋转的冰壶。在冰壶的前半部分，运动方向是向左，而相反的摩擦力是向右。在后半部分，运动方向是向右，所以相反的摩擦力是向左。重要的是，前部和后部的摩擦力不相等。那是因为冰壶在冰上滑动时有向前倾斜的趋势。前部比后部对冰面的压力更大，在前部产生更大的摩擦力。如果使用一个倒扣的杯子在桌子上进行相同的实验，杯子会向右旋转，因为后部（横向运动向右）的摩擦力小于前部（横向运动向左）的摩擦力。但是，由于另一种现象，冰壶运动中发生了相反的情况。谢格尔斯基认为，高压会使前部的冰面升温更多，从而形成一层非常薄的液态薄膜。融化的冰起到润滑剂的作用，减少了冰壶前部的摩擦力。冰壶前部的摩擦力（向右）现在小于后部的摩擦力（向左），因此冰壶向左移动。
这似乎很简单，但是正如来自“每天更聪明一点”的德斯廷在上面的视频中指出的那样，来自瑞典乌普萨拉大学的一组研究人员不敢苟同谢格尔斯基的结论。他们去年在《磨损》杂志上发表了他们自己研究的结果，声称冰壶的弧线运动是由鹅卵石冰面上微小划痕产生的不对称摩擦引起的。 根据PhysOrg报道
当冰壶在冰面上滑动时，其前部的粗糙度会在冰面上产生小的划痕。冰壶的旋转会使划痕与滑动方向略有偏差。当后部粗糙的突起物很快经过同一区域时，它们将以一个小的角度穿过前部的划痕。当穿过这些划痕时，它们将倾向于跟随它们。正是这种划痕引导或轨道转向机制产生了使冰壶产生弧线运动所需的侧向力。
科学辩论仍在继续，我期待着未来看到更多关于这方面的研究。然而，我们加州理工学院冰壶小组的人员上周五不太关心冰壶为什么会发生弧线运动，而更关注于如何首先在投掷冰壶时保持平衡。这比看起来要难。你的一只脚放在“起蹬器”中，以便更好地蹬踏，另一只脚放在一个特殊的“滑动鞋底”上，同时你蹲下。你用一只手用扫帚或特殊的稳定器来保持平衡，另一只手抓住冰壶的把手。然后你蹬踏并以弓步姿势滑过冰面，然后轻轻地释放冰壶。动力应该理想地来自你的身体，而不是用你的手臂推动冰壶，但我直到会议结束才弄明白这一点。
总而言之，这非常有趣，我认为我们应该每年在马克·怀斯的生日做这件事。在尝试玩过这项运动之后，我对这项运动有了更深的理解。但是应该要求配备护膝，因为我右膝上现在有一大块淤青，因为在冰面上滑动和跪了很多次。
参考文献:
Jensen, E.T. 和 Shegelski, Mark R.A.。 (2004) “冰壶的运动：实验研究和半现象学描述”，加拿大物理学杂志，791-809。
Nyberg H.，Alfredsson, S.，Hogmark, S. 和 Jacobson, S. (2013) “使冰壶产生弧线运动的不对称摩擦机制”，磨损 301 (1–2): 583–589。
Nyberg H.，Hogmark, S. 和 Jacobson, S. (2013) “不对称摩擦下冰壶滑动的计算轨迹：已发表模型的验证”，摩擦学快报 50(3): 379-385。
Shegelski, Mark R.A. (2000) “冰壶的运动：分析方法”，加拿大物理学杂志，857-864。
Shegelski, Mark R.A. 和 Matthew Reid. (1999) “冰壶的运动：惯性参考系与非惯性参考系”，加拿大物理学杂志，903-922。
Shegelski, Mark R.A.，Matthew Reid 和 Ross Niebergall. (1999) “在鹅卵石冰面上滑动的旋转圆柱体的运动”，加拿大物理学杂志，847-862。