冰上競技專案「冰壺」中的冰壺「逆時針旋轉時，爲什麼會偏向前進方向的左側」？ 這個98年來的謎團，終於被立教大學理學部教授村田次郎透過精密影像解析，首次破解了。
圖1 冰壺運動軌跡示例。逆時針旋轉，會偏向前進方向的左側。前後不對稱論認爲，這是由於後側的摩擦比前側強導致的。（供圖：立教大學教授村田次郎 © Jiro Murata 2022）
村田教授表示：「在電視上看到冰壺的偏轉，我覺得很不可思議。當我知道這是個尚未解決的問題時，於是就從精確測量軌跡開始着手研究。」對於該問題，有數種假說。首先是左右不對稱論，認爲速度不同的左右側，其摩擦力也不同，速度快的一側摩擦熱導致更多的冰解凍，所以速度快的一側摩擦弱；而前後不對稱論則認爲，與冰表面接觸的實際上是冰壺下方被製作出的細環狀接觸面，由於某種終極因數，冰壺後側的摩擦比前側強，所以導致冰壺石轉彎；還有一種迴旋論，認爲轉彎是由於冰壺下方凸起的部分被冰面扯拉所致。這幾種假說相互間展開了激烈的爭論。
對此，村田教授的研究運用影像處理型位移計（專利技術），全球首次以微米爲單位測量了冰壺的運動。影像處理型位移計原本是爲尋找四維以上的高維空間，以微米尺度進行驗證萬有引力定律的實驗而開發的。實驗結果觀察到了冰壺下部像齒輪一樣與冰咬合旋轉的現象。此外，還可精密地測量出速度越慢動摩擦係數越大這一特性，闡明瞭引發旋轉的摩擦支點的形成機率左右不同的終極因數。
透過這些實驗發現，證明了「動摩擦係數對速度具有依賴性，因而形成左右不對稱的旋轉中心」，這是解答謎團的最合理的答案。此外，透過考察旋轉中心的位置分佈，直觀地發現前側的摩擦比後側強，這剛好與前後不對稱論的主張相反。研究不僅觀察了運動，還應答了前進方向的運動與自轉的能量、角動量是守恆的。透過上述正確地觀察物理可用能現象，得出了可信度高的結論。
村田教授表示「今後希望能夠填補長年苦心研究的、在包含摩擦力在内的剛體力學系統中該如何操作的空白。另外目前已經跨越物理可用能學的範疇，開始推進助力提升冰壺比賽競技實力的工學方面的研究，將與運動員合作，幫助他們的競技比賽。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Scientific Reports 12, 15047 (2022)
論文：Study of curling mechanism by precision kinematic measurements of curling stone’s motion
URL：nature.com/articles/s41598-022-19303-4
