从物理学角度来看,先分析一下赛道数据
从前面答友 @ForDreamForMorn 提供的赛道信息来看,弯道刚好是一个半圆弧,两个弯道合一起就是一个半径为8.5米的圆,赛道内边界半径为8米,而计入比赛路程的弯道长度为3.1415×8.5=26.704米,这样直道与弯道刚好相切,运动员按半径为8.5米的圆弧出弯道时可以直接沿切线方向滑出,不用再刻意调整滑行轨迹,于运动员最有利。
短道成年男子个人世界纪录:
500米39.5秒,平均速度12.7米每秒,45.6公里每小时,
1000米是76.6秒,平均速度13.1米每秒,47公里每小时,
1500米是128秒,平均速度11.8米每秒,42.5公里每小时,
3000米是272秒,平均速度11米每秒,40公里每小时,
3000米接力是235秒,平均速度12.8米每秒,46公里每小时,
5000米接力是389秒,平均速度12.9米每秒,46.3公里每小时,
就平均速度而言,500米、1000米和接力赛的平均速度极为接近,只有1500米和3000米的长距离比赛的平均速度有10%的下降
单圈最快速度数据没有从官网查到,从专业队员处获得的信息是单圈111米用时6.6秒,平均速度17米每秒,61公里每小时,刚好超过高速公路最低限速60公里每小时,与上面的平均速度有较大的提高
不过比赛是从静止开始的,所以最快速度一定高于平均速度是很正常的,而个人比赛时运动员一般有起跑阶段、保持阶段、加速冲刺阶段,所以冲刺阶段达到17米每秒的高速也是很正常的,而且可以维持一圈甚至数圈;
运动员从起跑到冲刺结束的整个过程中,速度变化以 加速、匀速再加速最有利,除非体力等个人特殊原因,中间不至于出现明显减速再加速的过程,即使是从直道进入弯道,速度会尽量保持不变,而不会出现明显降速,因为以12米每秒的速度通过弯道只需要2.3秒左右,如果以17米每秒的速度通过则只需要1.6秒左右,而且在弯道处大幅降速,反而不利于保持重心稳定,因此在过弯道时保持匀速是最佳策略;
以男运动员体重75公斤来算,以12米每秒的速度通过半径为8.5米的弯道,需要的向心力为1271牛,相当于运动员体重的1.8倍(135千克);如果速度提升到17米每秒,则向心力增加到2550N,相当于运动员体重的3.6倍(270千克),与前面相比直接增加了一倍;而且运动员在过弯道时需要不断交叉脚,所以这个向心力主要是由单脚提供,而且双脚交叉频率越快,单脚需提供的向心力将越大;
由t=s/v可知,运动员提高成绩,除了提高速度之外,还可以减少实际通过的路程,但运动员在单个直道上通过的距离不会小于计入比赛距离的26.705米,而弯道内边界的半径是8米,实际计入比赛距离时是是以8.5米的弯道半径计算的,所以运动员要减小实际行走的路程,只能在弯道处下功夫。
如果运动员能将过弯道的半径控制到8.1米,则每个弯道只需走25.446米,减少1.3米,大概减小用时0.07-0.11秒,每圈节约用时0.15秒-0.22秒,而目前女子个人500米(四圈半,9个弯道)世界纪录只比之前的纪录提高了0.399秒,男子个人500米世界纪录只比之前的纪录提高了0.079秒
那么要想将过弯道的轨迹半径从8.5米缩小到8.1米,需要做到哪些呢?
首先需要增大向心力,75公斤的运动员以12米的速度通过半径8.1米的弯道,向心力1333牛,只比之前增加了62N,大概是6公斤物体的重力;如果以17米每秒的速度通过,则需要的向心力为2676N,也不过增加了126N,相当于13公斤物体的重力;增幅均为5%左右
看起来增幅很小,好像对于专业运动员并不是很难的问题,实际上并没有这么简单
运动员过弯道时的实际轨迹并不是圆弧,而是由交叉脚踩出的割线形成的,如果要缩小轨迹半径,需要提高交叉脚频率,同时,还要将重心尽量向里收,脚上实际承担的力也将远大于前面计算的数值(具体数据我不会计算,需要建模高手)
如果将过弯半径增加到9米,那么与8.5米相比,单向心力即可降低5%,如果与8.1米相比,则可减少超过10%;
对于顶级运动员来说,增加5%的力道与节省5%的力道之前的差距,我不知道应该怎么形容
高中水平的计算,在此献丑,贻笑大方了。