BALLET|物理學告訴你，芭蕾Fouette,Turn和Grand Jete究竟有多難！

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柴可夫斯基的芭蕾舞劇《天鵝湖》，黑天鵝以32圈高速旋轉Fouette驚豔出場，震驚四座。Fouette究竟有多難？讓物理學來告訴你！

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科學通往藝術。如果說科學是以嚴密的邏輯驗證已存在的事物，藝術則更像是以上帝視角，“毫無道理”地演繹各種不可思議的劇情。

在芭蕾中，便有很多挑戰科學極限的動作。以幾十道科學公式才能解釋清楚的動作，芭蕾舞者卻能在幾秒鐘內輕易完成。今天R&Bow與你一起跟隨物理學家肯尼思·洛斯（Kenneth Laws）探究芭蕾中的力學原理。

你可能不知道，自己的身體有多強大！

用物理學解釋芭蕾

舞者的身體比你想象中更強大

這世界上的狂人父母不少，因爲孩子學芭蕾，自己就變成了芭蕾教師的人，肯尼思·洛斯（Kenneth Laws）算是最值得驕傲的一個。

肯尼思的兒子和女兒都學習芭蕾。兒子只堅持了1年半，女兒堅持了整整7年。

肯尼思是一個會耐心陪孩子練習的爸爸，而且善於思考。他發現芭蕾真是一門不可思議的藝術――有的舞者可以在舞臺上自由地跳躍，伸展雙腿，甚至像對抗重力半懸在空中；有的舞者可以旋轉得像個陀螺，一圈一圈把觀衆轉得眼花繚亂。他們是如何做到的呢？

肯尼思開始了物理學模型分析。他發現，芭蕾中的每個動作都是對重力、摩擦力、力矩、角動量的精確掌握。1986年，他出版了一本書The Physics of Dance(《舞蹈的物理學》)。

如今，他已經成爲最出色的芭蕾舞教師之一。1996―1997年間他到霍普學院開設了芭蕾課程，2001年在本校也開始講授。他經常現身說法，並讓一位芭蕾舞者和他合作爲觀衆講解知識，聽上去令人嘖嘖稱奇。

一個完全不會跳舞的芭蕾教師，你能想象嗎？來看看他是如何用物理學闡釋高難度芭蕾動作的。

一字飛腿

Grand Jete

芭蕾中有一個叫做“一字飛腿”（grand jete）的動作，其奧妙就在於舞者的重心會在空中形成一條拋物線。舞者至少一條腿始終與這條線相切，得以保持頭部和軀幹平衡。它會營造出某種“漂浮凝固”在空中的感覺，其能否演繹完美還取決於舞者的起跳速度。

如果舞者向上的初速能夠達到32英尺/秒，重心就將獲得1秒鐘的上升時間，之後是1秒鐘的下降，倘若初速只有16英尺/秒，那麼整個時間過程也將減爲一半。

通過提升起跳速度來提升芭蕾表現力，就能夠精確提升肢體表現力！

弗韋泰轉

Fouette Turn

還有一個高能芭蕾動作，被稱爲“弗韋泰轉”（fouette turn）的動作，“弗韋泰”法語中是揮鞭的意思，用來形容舞者不停旋轉的非凡能力。

在柴可夫斯基的芭蕾舞中，黑天鵝是一個女巫，她的三十二次不可思議的旋轉確實看起來像一種魔法，但你想多了，那不是魔法，而是神器的物理。

它通過不停地甩腿獲得動量進行360度旋轉，舞者必須一遍遍地獲取由站立腿推地產生的轉矩，另通過動力腿的圓周擺動來增加旋轉動力和速度。

這個動作是芭蕾動作中最難的一種，在30秒鐘的時間裏，像一個人體陀螺一樣不停的旋轉。

舞者通過腳蹬地來產生扭矩，從而開始弗韋泰轉。轉起來容易，想要維持旋轉就難了。

在旋轉的時候，芭蕾舞鞋與地板的摩擦，還有舞者身體與空氣間的微小摩擦力都會減少她的動量，那麼她是如何做到一直旋轉呢？

在每次旋轉之後，舞者都會停頓一下，面向觀衆。此時她用來旋轉的腳會放下，然後再次踮起。在用力踮起腳尖的時候，對地板的作用會新產生一股很小的扭矩，與此同時，舞者會向外伸開手臂來維持平衡，如果重心不變，旋轉就會更容易成功。

一個嫺熟的舞者能夠保持她的旋轉軸始終與地面垂直，伸展的手臂和踮起的足尖共同驅動弗韋泰轉。

但是人們通常是觀察不到停頓，其祕密在於舞者的另外一條腿從來不會停止移動。在她短暫的停頓過程中，她的另一條腿抬高伸直，在落下之前會完成從前方向一側擺動的動作。

通過保持旋轉，這條腿一直儲存下旋轉中的部分動量。當腿回擺時，儲存的那部分動量就會傳遞到舞者身上。然後推動她在踮起腳尖後繼續旋轉。

舞者每次旋轉中腿部伸展和收回，動量在腿和身體之間來回傳遞，因此舞者能夠不停地旋轉。一個優秀的芭蕾舞者能夠以一下兩種方式在腿部伸展之後完成不止一次的旋轉。

第一種方法是快速伸展腿部，腿部伸出的時間越長，就能儲存越多的動量，從而在收回的時候就能向身體傳遞更多的動量。在需要彌補摩擦造成的損耗之前，更多的角動量意味着更多次的旋轉。

另一種方法是舞者在轉回來時，儘可能的將手臂和腿收回到身體兩側，爲什麼這樣也行呢？像芭蕾中任何旋轉動作一樣，弗韋泰轉也是由角動量驅動的。

角動量等於舞者的角速度乘以她的轉動慣量，如果忽略較少的摩擦損失，角動量在旋轉的過程中是近似不變的。這一原理叫做角動量守恆。

轉動慣量又可以理解爲對旋轉運動的一種阻抗，當更多質量遠離轉軸分佈的時候，對軸的轉動慣量就會越大。反之，當更多質量接近旋轉軸分佈的時候，對軸的轉動慣量就會越小。所以當舞者收回手臂的時候，他對自身旋轉軸的轉動慣量會變小。由於角動量守恆，舞者的角速度，也就是旋轉加速度會加快，在儲存相同動量的情況下，舞者能夠進行多次旋轉。