外部作用力
第一定律表明,处于运动状态的物体趋向于保持该运动状态,除非有外力作用于它。这就是惯性的定义。在直滑降中,滑雪者将继续直行,除非有外力使滑雪者转弯。滑雪者不会改变方向,除非有力作用于他们。这意味着雪板需要与雪面产生相互作用,以便雪面可以推动滑雪者转向。
第二定律定义了质量、力与加速度之间的关系,用公式 F=ma 表示。这表明力的方向与加速度的方向相同。例如,在犁式转弯中,与右侧雪板内刃相比,滑雪者更多激活了左侧雪板的内侧板刃,使得雪面推动左雪板的内刃。这个外力的方向向右,导致滑雪者向右转弯。
第三定律表明,每个作用都有其相等且相反的反作用,即所有力都涉及两个物体,力以相等的强度作用在两者上,但方向相反。在滑雪转弯中,两个物体是滑雪者(及雪板)和雪面。来自雪面的力推动雪板,使滑雪者改变方向。滑雪者以绷紧肌肉应对,以抵抗并平衡那股力量。
“没有 G1,滑雪者就不会处于运动状态”是牛顿第一定律的一个例子。
“滑雪者朝 G1 方向加速”是牛顿第二定律的一个例子。
“雪面以等量且方向相反的 G2 反推滑雪者”是牛顿第三定律的一个例子。
请注意,坡度越陡,G1 将变得越大;因此,滑雪者将更快的加速。
当雪板倾斜并立刃时,它会切入并穿透雪面,雪面压迫雪板使其弯曲。雪面对雪板的推力使滑雪者改变方向。如果我们将转弯想象为圆的一部分,作用在雪板上的力指向转弯的中心点或旋转轴。这称为向心力,是转弯的必要条件和基础(见下面的图解)。
向心力和离心力
任何速度的变化或转弯的大小都会改变向心力的大小。例如,增加作用于滑雪者的向心力的两种方法可以是提高速度或缩小转弯半径。
在转弯过程中,滑雪者会感受到被拉向转弯外侧的感觉。这种感觉被称为离心力。这种被拉向外侧的感觉可以描述为与导致滑雪者转弯的雪面力量相等且相反的力,即向心力(见下方图解)。
离心力只有滑雪者自己能感受到,并不能从该参考系外部观察到。如果雪板从雪面脱离,滑雪者不会向离心力所指向的转弯外侧被抛出,而是沿着转弯弧线的切线方向直线行进。这是滑雪者在雪板板刃脱离雪面这点的惯性方向。这种效应在与滑雪者沟通在转弯过程中应感受到的感觉时非常有帮助。