如今，花样滑冰运动员所表现出的运动能力在几十年前几乎是无法想象的。在刚刚结束的北京冬奥会上，美国花样滑冰运动员陈巍凭借包含四周跳和阿克塞尔三周跳的短节目和自由滑的表演夺得金牌，只有15岁的俄罗斯奥委会运动员卡米拉·瓦利耶娃成为第一个在奥运会混合团体比赛中完成四周跳的女子运动员。完整的四周跳动作包含从冰面起跳，在空中旋转四圈，然后单脚落地。如此高难度动作需要精湛的力量、速度和优雅的体态相结合，不过其背后的物理学原理却是很简单的。在花样滑冰中，跳跃共分为六种，区别在于运动员从冰刀的哪一部分跳起（据此分为点冰跳与刀刃跳）以及在空中旋转的周数。点冰跳包括后外点冰跳（toe loop jumps）太阳成集团tyc、后内点冰跳（flip jumps）和勾手跳（lutz jumps）。刀刃跳包括后外结环跳（loop jumps）、后内结环跳（Salchow jumps）和前外跳（即阿克塞尔跳，Axel jumps）。后内结环四周跳（quad Salchows）和后外点冰四周跳（quad toe loops）在男子比赛中已经是很常见的动作了，大多数顶级运动员都会去做这些动作，而一些女运动员也会在奥运会以外的比赛中或日常练习中完成这些动作。阿克塞尔四周跳被公认为是最具挑战性的动作，因为它需要向前起跳并在空中转体四周半。尽管来自日本的羽生结弦等运动员曾尝试过这个动作，但迄今为止还没有人曾在比赛中成功完成这个动作。不过专家们要乐观得多，一些专家认为理论上五周跳也是有可能做到的。

　　伊萨卡学院（Ithaca College）运动科学与训练专业的教授Deborah King致力于研究花样滑冰中的物理学。《科学美国人》采访了她，了解了花样滑冰运动员如何完成这些灵巧的跳跃、这项运动的物理极限以及如今的奥林匹克健儿怎样突破这些极限。我在马萨诸塞大学阿默斯特分校（University of Massachusetts Amherst）获得了运动科学硕士学位，不过除了研究竞技运动方向的生物力学之外，我并不知道自己还想做什么工作。当时在科罗拉多州科罗拉多斯普林斯市的奥林匹克训练中心有一个运动科学与技术部门的职位空缺。这个中心有一个花样滑冰训练营，那里的一位教练对研究阿克塞尔三周跳背后的生物力学非常感兴趣。因此，我便开始了我在花样滑冰生物力学方面的研究工作。这项工作真的很棒。在此之前，我对花样滑冰没有任何了解。除去不同选手独有的滑冰技术，这些跳跃动作背后都有着共同的物理学原理。单纯从力学的角度来看，花样滑冰运动员必须要在空中停留足够长的时间，以完成他们所要转的周数。为了获得足够的腾空时间，运动员就需要足够的跳跃高度，而这又取决于他们起跳时能获得多少垂直速度。对于点冰跳和刀刃跳两类动作，运动员为获得垂直速度所做的动作花样是不同的。点冰跳主要用脚尖起跳，而刀刃跳则通过腿和手臂动作来获得起跳时的垂直速度。而水平速度在点冰跳中尤其重要，可帮助运动员做出更多类似撑杆跳中的动作。额外的水平速度可以帮助运动员在腿上储存更多的能量。运动员在水平方向直线运动的状态下起跳，然后便可以通过旋转下肢将水平方向的能量向垂直方向转换，即获得了切向速度。因此，水平速度可以帮助运动员产生垂直速度，进而提高跳跃高度。而对于刀刃跳来说，运动员是将自己蹬离冰面，这主要是靠肌肉力量，水平速度可能就没什么帮助了。运动员需要在从冰上起跳的同时高速旋转身体，这两件事放在一起便大大提高了完成难度。当他们脚踏冰面准备腾空时，他们需要对冰面产生一定的扭矩，从而获得一定的角动量，这样他们才能够在离开冰面后进一步通过收紧身体来快速旋转。没错，就是这样，用物理学解释就是：在角动量守恒时，当转动惯量减小，转速将会加快。