Застосуваннязаконів механіки в гірськолижному спорті
Автор: Щербакова Олена Максимівна
Іркутськ
Введення
Причина вибору теми:
Перетворення олімпійськоїкоманди Росії в середняка світового зимового спорту, якого так боялися,відбулося. У сезоні-2006/07 наші співвітчизники посіли 12-е місце за підсумкамизмагань у зимових олімпійських дисциплінах, у сезоні-2008/09 - дев'яте, наОлімпіаді-2010 - 11-е. Сумна закономірність, на яку до Ванкувері незреагували. Чи могли виступити росіяни на Олімпіаді краще? Безумовно, так!Є думка, що наша невдача зумовлена, оскільки ми претендуємо нанагороди тільки в 30 дисциплінах з 86-й. Основні дисципліни, в яких Росіяповинна чіплятися за В«золотоВ» - це лижні гонки, біатлон, фігурне катання,хокей. Якщо б Росія у Ванкувері в цих чотирьох видах спорту досяглазапланованих золотих нагород, як в сезоні-2007/08, то могла боротися за п'ятіркукращих в загальнокомандному заліку.
Завдання наОлімпіаду-2014 для збірної Росії озвучували неодноразово - перше місце взагальнокомандному заліку. Приємно, коли такі завдання ставляться. Інші питання:наскільки реально її рішення в нинішній ситуації, і що потрібно для цього робити?Питання В«Що робити?В» Повинен стати головним! Відтінивши іншого - В«Хто винен?В»
Мета роботи:
Питання, яке я хочуобговорити, можна уявити під заголовком В«Про що не думає гірськолижник з'їжджаючипо трасі В». Пропоную поглянути на лижний спорт з точки зору механіки(Фізики). Ми будемо аналізувати запаморочливі гірські спуски, і виявлятивиникаючі помилки які призводять до втрати часу і до не призових місць.Спробуємо позначити деякі кроки, які, як здається, корисно зробити,щоб скорегувати ситуацію. Ми вже формулювали список так званихВ«Наших спортивних дисциплінВ», це лижні гонки, біатлон, фігурне катання,хокей, пропоную аналізувати лижний спорт, так як він є одним знаймасовіших і найпопулярніших на Олімпійських Іграх. Потрібно з'ясувати якеповедінку на лижній трасі дозволяють закони механіки, для досягнення найкращогорезультату.
Завдання: Поглянути налижника з точки зору фізики і механіки. Вибрати відповідне спорядження таекіпіровку. Оцінити роль аеродинаміки і діючих сил. Наскільки погодніумови впливають на вибір екіпіровки і спорядження. Ми розкладемо успіх на окремідоданки.
Аналіз вивченогоматеріалу
Коли я розмірковувала надцими завданнями, намагалася знайти об'єктивні факти, на основі яких можназробити висновок. Відвідавши офіційний сайт В«Федерації гірськолижного спорту існоуборду Росії В», я знайшла дані про заїздах наших лижників: час, відставаннявід лідера, місце в заліку. На російськомовному сайті агентства спортивноїінформації В«Весь спортВ», були викладені проблеми спорту Росії, також їхвласне дослідження: чому Росія провалилася на Олімпіаді-2010 і щопотрібно зробити для успіху на домашніх Іграх-2014. Так само моїм джерелом бувнауково - популярний журнал "Квант". У ньому рухи лижника описуєтьсяз точки зору фізики.
Інерціальна інеінерційній система відліку
Системавідліку це - сукупність системи координат, системи відліку часу, іншихматеріальних точок, і тіла - відносно якого вивчається рух.Механічний рух - це процес зміни відносного положення тіл впросторі з часом. Можна показати, що одне і те ж тіло можепо-різному переміщатися щодо інших тіл. Таким чином говорити про те,що якесь тіло рухається, можна лише тоді, коли ясно, щодо якогоіншого тіла - тіла відліку, змінилося його положення. Ну а для лижника більшприродна неінерційній система (рис.1), пов'язана з ним самим.
Діючі сили
Відцентрова сила - цесила інерції, вводиться в обертовій системі і спрямована від осі обертання.
* U/R
де m-маса,R-радіус дуги, U-швидкість.
Існують різніформулювання цього поняття, цю силу називають інерцією. Вона виявляєтьсявсякий раз, коли тіло рухається по круговому шляху. Це один із випадківпрояви інерції - прагнення рухомого предмета зберігати напрям ішвидкість свого руху. Коли трамвайний вагон описує криву частину шляху,наприклад, при повороті з однієї вулиці на іншу, то пасажири безпосередньо насобі відчувають відцентрову силу, яка притискає їх у напрямку до зовнішньоїстінці вагона. При достатній швидкості руху весь вагон міг би бутиперекинуть цією силою, якщо б зовнішню рейку закруглення не бувзавбачливо покладений вище внутрішнього: завдяки цьому вагон на поворотізлегка нахиляється всередину. Це звучить досить дивно: вагон, похиленийнабік, стійкіше, ніж стоїть прямо!
Цей випадок можназіставити з лижником, який проходить крутий ділянку шляху. Щоб його непотягло на повороті, необхідно поставити лижі якомога крутіше з лінії схилу.В іншому випадку він просто не пройде в крутий поворот.
Силу інерції, вводимуюпід обертається системі відліку, називають відцентровою силою.
Сили, що надаютьопір
Опірскладається з двох сил направлених в один бік по уздовж лижі, в сторонупротилежну руху. Це сила тертя, і опір повітря.
Важливо щоб зсуваєсила була не більше сили тертя спокою. Зсуває сила-ця сила, прикладена долижі в спокої, спрямована на те, щоб зрушити лижу з місця. Вона дорівнює силітертя зчеплення і не може бути при спокої більше тієї, яка розраховується.Також існує певний коефіцієнт зчеплення лиж зі снігом. Він залежитьвід крутості схилу. Якщо крутизна схилу велика, то скочуються сила виявитьсябільше коефіцієнта зчеплення і лижі зірвуться.
Поліпшення зчепленнялижі зі снігом досягається застосуванням мазі з високим коефіцієнтом зчеплення.Тоді лижа добре В«тримаєВ» і на рівнинній лижні, і на підйомах. При одній і тійж мазі лижник може поліпшити зчеплення.
Опір повітря.Сили опору повітря виникають при відносному русі лижника іповітря. Воно залежить в основному від опору форми тіла і опорутертя між тілом і повітрям. Шкідливий вплив сил опору повітря завждипроявляється при русі лижника проти потоку повітря. Однак, колиповерхню рухомих частин тіла невелика або швидкості малі (Наприклад, ривоктулубом вгору при відштовхуванні ногою), опір повітря мізерно. Більшевсього воно позначається при великих швидкостях. Тут необхідні заходи, що знижуютьопір повітря. Для лижника необхідний спец. костюм. Також, якщо лижникна спуску змінить високу стійку на низьку, лобовий опір зменшитьсямайже в 3 рази. Цій же меті служить аеродинамічна обтічна стійка вшвидкісному спуску. Якщо ж попутний вітер має швидкість, однакову зішвидкістю лижника, то опір повітря зникає. При сильному попутномувітрі (швидкість повітря більше, ніж лижника) потік повітря служить вже не гальмує,а рушійною силою.
Реакція опори
Ми вважаємо, що поворот- Це свідома зміна траєкторії руху, шляхом цілеспрямованоговзаємодії зі сніговим схилом під дією постійної сили тяжіння. Щоброзвернутися лижник буде взаємодіяти зі зовнішніми силами: це реакціяопори, сила опору повітряного середовища. За умови присутності цих,реалізуються внутрішні сили: фізична тяга м'язів, і деформація лижі. Нагадаємо,що тіла взаємодіють тільки під впливом на них якихось сил. Жорсткістьлижі визначається двома параметрами: поздовжньої жорсткістю (здатністьзгинатися в поздовжньому напрямку) і торсіонної жорсткістю (жорсткість наскручування). Від поздовжньої жорсткості залежить реакція лижі на тиск вагилижника. Чим більш м'яка лижа, тим простіше увійти в поворот. Жорсткі лижізажадають більше зусиль і вміння. Чим вище твердість на скручування, тим кращелижі тримаються на льоду і жорсткому схилі. М'які лижі більше підійдуть новачкам,більш жорсткі - для середнього і високого рівня підготовки гірськолижника.
Роль аеродинаміки
Для саночників ілижників-спусковніков можна недооцінювати роль аеродинаміки. Опірповітря дуже швидко росте зі швидкістю. Тут необхідні заходи, що знижуютьопір повітря. Так, якщо лижник на спуску змінить високу стійку нанизьку, лобовий опір з...
