Роль аэродинамики

Для саночников и лыжников-спусковников нельзя недооценивать роль аэродинамики. Сопротивление воздуха очень быстро растет со скоростью. Здесь необходимы меры, снижающие сопротивление воздуха. Так, если лыжник на спуске сменит высокую стойку на низкую, лобовое сопротивление уменьшится почти в 3 раза. Этой же цели служит аэродинамическая обтекаемая стойка в скоростном спуске. Однако, когда поверхность движущихся частей тела невелика или скорости малы (Например, рывок туловищем вверх при отталкивании ногой), сопротивление воздуха ничтожно. Важно не только принять и сохранить правильную стойку, но и подобрать материал и хорошо сшить из него комбинезон, он может быть более или менее обтекаемым.

Примером может служить легендарная победа французской сборной в скоростном спуске. Французы первыми поняли, что трепещущий нагрудный номер - это недопустимая роскошь при скорости 100км/ч. Под градом шуток они приклеили номера к костюмам пластырем. И повеселились на финише. Ныне в погоне за сотыми долями секунды даже конькобежцы надели сверхобтекаемые комбинезоны, а лыжников порой обдувают в аэродинамических трубах, чтоб понять поведение экипировки, и чтобы они поняли, как лучше вести себя в ситуации со встречным ветром. А изогнутые палки позволяют принять более выгодную стойку.

Экипировка, инвентарь

Как до появления фиберглассовых шестов нельзя было и мечтать о шестиметровых прыжках, так едва ли можно было вообразить стиль нынешних лыжников. Совершенствованием инвентаря идет бок о бок, с развитие горного спорта. Для того чтобы «быстро бегать», лыжи должны не только хорошо скользить, но и как можно крепче держаться за склон, не соскальзывать в поперечном направлении. У лыж для лучшего сцепления со снегом, скользящая поверхность имеет металлические канты, и при повороте лыжи «кантуют»- спортсмен наклоняет лыжи «на ребро», так чтоб они зацепились за снег кантами. Однако дело не только в этом. Соскальзывание является основной причиной потери скорости (драгоценная энергия расходуется на «сгребание» снега со склона). Если спортсмена «потащило на повороте», это сразу же зафиксирует секундомер. Отсюда стремление поставить лыжу как, можно круче к склону и врезаться кантами в снег. (А на открывающейся при этом скользящей поверхности особенно эффектно выглядит реклама лыжной фирмы. Правда, появилась она там совсем недавно.) Сейчас изготавливают жесткие и высокие пластиковые ботинки, которые передают усилие прямо от голени к лыже и позволяют хорошо её закантовать. А сама лыжа - мягкая, она изгибается по дуге и выписывает поворот, оставляя узкий «резаный» след. Чтобы лыжа легко принимала форму дуги, середине, где давит ботинок, ее делают немного уже, чем с концов. При кантовании сцепление со снегом оказывается максимальным на концах, и давление посередине прогибает лыжу нужным образом.

Роль погодных условий

Свои требования предъявляют метеоусловия и качество снега. Поэтому буквально перед самым стартом будущий чемпион решает, какие из подготовленных накануне лыж послужат ему сегодня. Если горнолыжный склон обледенелый, то необходимо лучше наточить канты, чтоб не соскальзывать на склоне. А свежий снег в солнечную погоду может на время и ослепить, поэтому лыжникам необходимы защитные очки. А от температуры зависит выбор лыжной мази. Лыжные мази классифицируются на грунтовые, держащие и скользящие лыжные мази. Грунтовые лыжные мази применяются для того, чтобы другие мази прочнее удерживались на лыжах. Держащие мази применяются только при передвижении на лыжах классическим способом. Они обеспечивают надежное сцепление лыжи со снегом при отталкивании ногой. При выборе лыжных мазей необходимо учитывать температуру и влажность воздуха, и состояние снега. Держащие лыжные мази делятся на твердые, полутвердые и жидкие. Твердые мази применяются при минусовых температурах, полутвердые — при нулевой и жидкие — при плюсовой температуре, гололеде и насте.

Определение оптимальной траектории

Теперь мы будем выявлять самое главное - оптимальную траекторию. Нам нужно проехать дистанцию за минимальное время.

Сперва, рассмотрим движение на повороте, т.е. движение по окружности. В связанной с лыжником системе отсчета, введем центробежную силу (F цб), направленную от центра дуги, равную:

*U/R,

где – R радиус дуги.

Центр тяжести лыжника в этой системе неподвижен: значит, в любой момент времени равнодействующая приложенных сил равно нулю. Поэтому сила реакции снега должна быть направлена к центру дуги - ведь это единственная сила, которая может скомпенсировать Fцб. У саночников это обеспечивается наклоном желоба. А у лыж для лучшего сцепления со снегом скользящая поверхность имеет металлические канты.

Лыжник на повороте испытывает большую нагрузку. Суммарная перегрузка превышает 2g, то есть примерно равна удвоенному весу лыжника. Причем падает она в основном на «внешнею» ногу (попытка встать на внутреннюю лыжу, обычно заканчивается падением). Почему лыжника, скатывающегося с горы, нельзя уподобить, скажем, бусинке, соскальзывающей по гладкой изогнутой проволоке? В первую очередь, потому, что он сам выбирает маршрут движения в коридоре, заданном флагами (у саночников - желобом). Спортсмену (даже если считать его материальной точкой) предстоит найти оптимальную траекторию, в то время как движение бусинки чисто одномерное. Вид оптимальной траектории определяется сочетанием целого ряда факторов. Прежде всего, желательно пройти трассу кратчайшим путем, как можно меньше уклоняясь от линии склона (рис.2). При этом мы выигрываем не только из-за сокращения расстояния, но и за счет увеличения средней крутизны маршрута – чем круче склон, тем больше скатывающая сила и тем меньше сила трения. В то время как идеальная линия уже обозначена флажками, слаломисты стараются идти как можно ближе к флагам, отбивая их плечом и корпусом.

Рис.2. Варианты выбора маршрута на трассе слалома. Пунктиром выделенная кривая – оптимальная траектория.

Можно оценить потерю времени вследствие удлинения пути. Пусть отклонение от оптимальной кривой составляет всего лишь ± 10 см. Того же порядка будет удлинение каждой из образующих ее дуг. На слаломной трассе из 50 ворот при средней скорости 10м/с проигрыш окажется вполне ощутимым, по формуле для нахождения времени посчитаем:

К каждому повороту прибавиться мо 10 см., поворотов 50.

S=50 ×0,1м; U=10 м/с.

t= 0,5 сек.

Проигрыш оказывается ощутимым.

Также нельзя спрямлять участки пути, между флагами. Во- первых, при этом придется сбрасывать скорость, чтоб вписаться в крутой поворот, во-вторых, путь по прямой не всегда быстрее. Ведь тело начинает движение с более крутого участка пути, и получив большое ускорении начинает движение. Путь по дуге длиннее, он начинается с более крутого участка. Бусинка получает большее ускорение, и выигрыш в скорости оказывается важнее, чем проигрыш в расстояние. С этой точки зрения траектория, составленная из плавно сопряженных дуг, также оказывается лучше, чем та, где прямые участки с резкие поворотами.