Dlaczego tancerze wykonujący niewiarygodne obroty, podskoki i unoszący swoje partnerki nie upadają? Dlaczego kręcą się tak szybko na jednej nodze? Czyżby nie dotyczyły ich ani zasady grawitacji, ani inne prawa fizyki? Aby odpowiedzieć na te pytania, wystarczy otworzyć... podręcznik do fizyki i zrobić powtórkę z mechaniki Newtona.

Jak utrzymać równowagę
RYS. 1. To figura tańca klasycznego o nazwie „arabesque”. Tancerz stoi na jednej nodze, drugą unosi wysoko do tyłu. Aby utrzymać równowagę, musi odpowiednio ułożyć ręce i tułów. Na każde ciało działają trzy siły zewnętrzne: ciężkości, reakcji podłoża i tarcia. Środek ciężkości to punkt, w którym przyłożona jest wypadkowa sił ciężkości poszczególnych elementów danego ciała. U człowieka znajduje się on w okolicy bioder. Każda bryła sztywna pozostaje nieruchoma tylko wtedy, gdy równoważą się działające na nią siły i momenty sił.

RYS. 2. Wychylenie ze stanu równowagi jest tym łatwiejsze, im mniejszą powierzchnią ciało styka się z podłożem. Dlatego stojąc na pełnej stopie, łatwiej utrzymać równowagę, niż wznosząc się na palce. Gdy tancerz stoi na pełnej stopie, zwiększa się siła tarcia, której zwrot zawsze skierowany jest przeciwnie do kierunku ruchu. Ale jest też druga strona medalu. Ta sama siła tarcia utrudnia wykonanie piruetu. Dlatego tancerz, aby z łatwością obracać się, staje właśnie na palcach.

RYS. 3. Jak utrzymać w tańcu partnerkę w tej pozycji i nie przewrócić się? Suma sił działających na obu tancerzy musi równać się 0.

Ka wykonać piruet?

RYS. 4. Tancerze czy łyżwiarze fi gurowi obracając się na jednej nodze w jednej chwili czasem zaczynają kręcić się dwa razy szybciej. Jak to możliwe? Zasada zachowania momentu pędu w ruchu obrotowym wyraża się wzorem: L = Iω = const. „I” to moment bezwładności, a „ω” to prędkość kątowa. Moment bezwładności ciała to iloczyn jego masy i kwadratu odległości od osi obrotu (I = mr²). Im mniejsze „I”, tym większe „ω”.  Aby kręcić się szybciej, trzeba więc zmniejszyć moment bezwładności ciała. Jest to możliwe, gdy tancerz na przykład zbliży rękę bliżej osi obrotu, czyli swojego tułowia, albo gdy ugnie nogę w kolanie i przyciągnie do drugiej nogi. Prędkość wykonywanego obrotu można więc zmniejszać lub zwiększać, w zależności od tego, czy ręce i nogi będą bardziej lub mniej przylegały do ciała.

Jak unieść się wysoko?
RYS. 5. Tancerz wybij a się z jednej nogi, drugą nogę wyrzuca do przodu, po czym ląduje na nią. Patrząc na taki skok, wydaje się, że artysta nie skacze, ale jakby sunie w powietrzu. Fizyka zna zjawisko tak zwanego rzutu ukośnego. Gdy wyrzucamy coś pod pewnym kątem do podłoża, tor lecącego przedmiotu jest parabolą. Jeśli tancerz wykonuje taki skok, to jego środek ciężkości również porusza się po paraboli. Zmieniając położenie rąk i nóg, skaczący może spowodować jak gdyby wewnątrz swojego ciała przemieszczenie się środka ciężkości. Co robi tancerz? Unosi do góry ręce i nogi, co sprawia wrażenie, jakby płynął po prostej linii w górze. Gdy krok po kroku przeanalizujemy taką fi gurę taneczną, okaże się, że w porównaniu z pierwszą fazą, środek ciężkości uniósł się wyżej niż... głowa skaczącego.