Page 8 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 郝晓晴, 等: 冰雪运动雪上摩擦学与雪蜡研究现状 597

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表2中. Nachbauer等 对同一专业运动员在同一雪道 摩擦系数与雪面情况、气候条件有着重要关联性，因
不同时间和气候条件下的175次运动数据进行系统测 此在高级别专业比赛前期，运动队相关人员应该对雪
试分析，运用单一影响环境变量线性回归方式，统计 场情况相关信息进行收集分析，了解比赛日期雪面质
分析了雪面温度、硬度、密度、含水量、晶型大小和气 量、气候条件等因素，为后期比赛的雪蜡选择、成绩预
温对运动员成绩的影响，结果如图3所示. 可以发现： 判提供相应的依据.

在干雪表面，摩擦系数随着气温的升高而减小，而在 滑雪板基底参数包括滑雪板板底材料，板底材料
湿雪表面，摩擦系数随着温度的升高而增大. 这主要 的亲疏水性，板材的导热系数、结构和粗糙度，滑雪板
是由于干燥的雪随气温增加，冰晶表面水润滑膜变 长度、硬度和压力分布等. 滑雪板板底材料的亲疏水
厚，摩擦系数减小；而对于湿雪，气温增加冰晶表面水 性影响摩擦，亲水性的滑雪板(θ<90°)表面倾向于与水
膜过厚导致水膜与滑雪板之间毛细吸力增大反而会 结合，增大滑雪板与雪面之间的粘附力最终会增加摩
增加摩擦阻力. 类似地，雪面含水量增加，导致摩擦阻 擦；疏水性的滑雪板(θ>90°)则有利于减小毛细吸力，
力增大. 雪面硬度减小，摩擦系数增大，主要是因为雪 如图4(a)所示. Shimbo等 证明滑雪板与雪面之间的
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面硬度的减小会导致滑雪板与雪面摩擦造成的犁沟 摩擦系数随着滑雪板表面的疏水性增强而降低. 增加
效应增加，接触面积增大进而引起摩擦系数增加. 干 滑雪板表面的疏水性可以改善毛细吸力，减小滑雪板
[26]
雪粒径的增加导致摩擦系数减小的主要原因还是接 表面与雪面之间的粘附力 ，从而降低摩擦系数. 由
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触面积减小和晶粒表面弹性变化 . 由此可见，雪面 于干冷的雪容易磨损滑雪板底，所以高耐磨性是滑雪
表 2 雪上动态摩擦系数的影响因素
Table 2 Influence factors on the kinetic friction coefficient in ski gliding

Snow properties Influences by the ski Other factors
Temperature of snow surface Ski base material Driving velocity
Hardness Vibrations of the XC skis Load on the skis
Liquid water content Ski length Contact area
Grain size of snow Thermal conductivity Temperature
Density Roughness and structure Ski wax

21.5 21.5
(a) (b)
20.5 20.5
Time/s 19.5 Time/s 19.5

18.5 18.5
17.5 17.5
−12 −10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 14
Air temperature/℃ Liquid water content/%
21.5 21.5
(c) (d)
20.5 20.5
Time/s 19.5 Time/s 19.5

18.5 18.5

17.5 17.5
1 2 3 4 5 6 0.4 0.9 1.4 1.9 2.4 2.9 3.4
Hardness/cm Grain size/mm

Fig. 3 The relationship diagram of athlete's sports performance and (a) air temperature, (b) liquid water content, (c) snow surface
hardness, (d) grain size (dry snow: solid black dots, and wet snow: hollow white dots) [7]
图 3 运动员运动成绩与(a)空气温度，(b)雪面含水量，(c)雪面硬度，(d)冰晶尺寸的关系图
(图中实心黑点为干雪，空心白点为湿雪) [7]