Необходимо учитывать сопротивление воздуха и силы трения

Отчет команды
"Энергия мысли"
14f88
1 тур Интернет-проекта
"Удивительный мир физики"
2013-2014 года
Зимние Олимпийские игры 2014
Расписание соревнований
Необходимо учитывать сопротивление воздуха и
силы трения.
При небольших скоростях движения лыж, имеем дело с сухим трением,
которое при увеличении скорости переходит в смешанное трение, что
увеличивает силу трения.
От выбора лыжной смазки для смазки лыж зависит сила трения. Она
бывает двух типов – для скольжения и для увеличения трения (чтобы
лыжи не проскальзывали). Выбор смазки основывается на качестве снега,
погодных условиях, влажности и на других деталях в лыжных гонках..
Лыжная одежда всегда изготавливается
облегающей, чтобы уменьшить сопротивление
воздуха.
Одежда должна быть в три слоя.
Первый служит для отвода влаги, и при
этом он должен не намокать.
Второй слой предназначен для того,
чтобы не пропустить внутрь снег и
дождь, а также для вывода влаги
наружу. Здесь применяются ткани с
различными комбинациями
полиэстера, полиэфира, полиамида с
лайкрой или эластаном.
Третий слой (внешний) выполнен из
высокотехнологичных тканей, которые
защищают от ветра
Спортсмену предстоит найти оптимальную
траекторию. Вид оптимальной траектории
определяется сочетанием целого ряда
факторов. Прежде всего, желательно пройти
трассу кратчайшим путем, как можно меньше
уклоняясь от линии склона (рис.). 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.
Лыжнику на трассе придется встретить с
центробежной силой при повороте. Итак, чтоб
преодолеть её действие и не потерять время
из-за заносов, лыжник должен поставить
лыжи как можно круче к склону, врезаться
кантами в снег. Также ему не следует
спрямлять участки пути, так-так въехать в
крутой поворот будет сложнее, придется
сбрасывать скорость. Нужно идти ближе к
флажкам, составляя дистанцию из плавно
сопряженных дуг.
Равнодействующие сил тяжести
и центробежной в начале и в
конце дуги: F1, меньше F2.
Приседая, лыжник совершает
отрицательную работу, а вставая
положительную. Однако, когда он
разгибается в начале пути на него
действует меньшая сила, чем при
приседании в конце.
Спортсменам этих видов спорта необходимо знать законы физики
связанные с характером взаимодействия конька со льдом, чтобы
достичь высоких результатов на олимпиаде. Они зависит от трех
основных факторов: силы трения, положения вектора силы тяжести
тела относительно опорного конька и сгибательно-разгибательных
движений толчковой ноги.
Русская наука создала обоснованную теорию скольжения. Вкратце она
сводится к тому, что тепло, необходимое для возникновения на льду водяной
пленки, порождается той самой удивительной силой, которую конькобежец
стремится преодолеть, – силой трения.
Каким бы зеркально гладким ни был лед, на его поверхности всегда имеются
небольшие бугорки и впадины. Если кусочек льда рассматривать в микроскоп,
он покажется гигантским айсбергом, на нем видны глубокие овраги и
котловины. Шероховатость льда вызывает трение. В то самое мгновение,
когда конек своим лезвием проводит по льду, механическая энергия трения
преображается в тепловую энергию, причем тепло возникает в точках
соприкосновения конька со льдом мгновенно и его достаточно для того,
чтобы лед слегка подтаял и образовалась водяная смазка. Как бы быстро ни
бежал конькобежец, скольжение всегда будет сопутствовать ему. Позади
будет оставаться тонкий блестящий след. Это не что иное, как замерзшая
водяная пленка.
представляет собой
пластмассовую коробку, в
которой установлен блок
электронного обеспечения (БЭО),
включающий датчик ускорения и
аккумулятор для автономной
работы . БЭО закрепляется на
металлической платформе,
которая движется по льду на
полозьях, имитирующих лезвия
коньков.
Вычисление коэффициента
трения производится по анализу
ускорения скользиметра, которое
фиксирует датчик ускорения.
Состояние льда
Среднее значение μ
Свежезалитый лед (5-20 мин после
заливки)
Свежезалитый лед с
технологическими добавками (6-17
мин после заливки)
0,0175
Залитый лед, старый (14 ч после
заливки)
Проструганный лед (замеры по ходу
движения заливочной машины)
0,0202
Лед после тренировки фигуристов
(необработанный)
0,0280
0,0150
0,0249
представляет собой
массивный
металлический корпускатушку из
нержавеющей стали (поз.
1). Внутри катушки
имеется осевое
отверстие, в которое
вставлен шток. В нижний
конец штока
вкручивается один из
сменных инденторов из
закаленной стали с
разными радиусами
наконечника.
Для улучшения скольжения коньков по поверхности льда
применяются различные добавки в воду для заливки.
Замеры прочностных показателей льда, полученного как с
применением чистой воды, так и воды, в которую внесены
такие специальные добавки, показали, что эти добавки
повышают прочность льда. Технология модификации
поверхности массива льда позволила повысить дину
пробега экспериментального скользиметра на 20 – 45 %.
Ось Y – дальность пробега скользиметра, м
Ось Х:
1 – базовая вода, используемая
для заливки, прошедшая все стадии очистки;
2 – 4 варианты рецептуры и технологии
введения композита в базовую воду.
Управлять бобом - это почти то же самое, что ехать по
заледеневшей дороге, где между колесами и поверхностью
почти нет трения, а при любом неожиданном движении или,
например, нажатии на тормоз можно потерять контроль.
Чтобы выиграть соревнования, экипаж с
быстрым бобом должен обеспечить хороший
старт, который задаст и скорость, и инерцию.
В распоряжении экипажа - примерно 50 м,
чтобы привести боб в движение и достичь
скорости около 40 км/ч.
Привести боб в движение сложнее, чем
продолжить движение, т.к. статическое
трение (трение между неподвижным
предметом и поверхностью, на которой он
находится) - больше, чем трение скольжения.
После старта в ход идут сила тяжести и
инерция, которые ускоряют боб при его
движении вниз. Задача пилота - выбрать
оптимальную траекторию. Если проехать по
виражу слишком высоко, то общее расстояние,
которое должен пройти боб, увеличится, и на
прохождение трассы потребуется больше
времени. Если проехать слишком низко, то не
удастся использовать центробежную силу,
благодаря которой боб остается в движении
при прохождении виражей.
Скольжение саней происходит под
действием скатывающей силы проекции веса саней со
спортсменом на направление
движения. А тормозит их сила
трения полозьев по льду,
которая зависит от величины
коэффициента трения. Величина
эта непостоянна: она
уменьшается до какого-то
предела во время движения, когда
лед под полозьями начинает
подтаивать. Перед стартом
спортсмен и раскачивает сани:
он "нагревает" полозья трением.
При движении по криволинейным
участкам трассы - виражам,
кольцу и "горке" - возникают еще
и центробежные силы,
направление которых зависит
от ориентации участка. В конце
трассы, где скорость
максимальна, они могут в пять
раз превышать вес саней.
Взаимодействие конька со
льдом в процессе толчка в
значительной степени зависит
и от маховых движений
конечностями и туловищем.
Эти движения влияют на
величину опорной реакции и
должны быть согласованы с
другими движениями в толчке,
в первую очередь со сгибанием
и разгибанием толчковой ноги.
Скольжение фигуриста по дуге в
одноопорном положении
является основным режимом
движения и характеризуется
такими величинами, как
скорость, ускорение, радиус дуги
скольжения, сила инерции, сила
давления конька на лед, сила
трения. Схема одноопорного
скольжения (см.рис.).
Любой камень для керлинга
сделан из отшлифованного
гранита, снабжен ручкой,
весит ровно 19 килограммов
960 граммов .
– Лед должен быть идеально ровным, и
это еще не все. После замерзания с
помощью специальных леек на
поверхность наносится слой
маленьких, еле заметных капелек,
которые, в свою очередь, должны быть
одинаковыми по высоте. Именно из-за
этих невидимых выпуклостей со
стороны «подметание» щеткой льда
напоминает театр абсурда, хотя на
самом деле в это движение заложен
огромный смысл, который
заключается в том, чтобы стереть
эти злосчастные капельки, силой
трения чуть-чуть растопить лед и
тем самым дать проехать камню
лишние сантиметры по желанной
траектории.
Александр Григорьевич дал
хорошую оценку нашей
работе. Особо отметил
применение законов
физики в лыжном спорте.
Рекомендовал не забывать
применять их для успешной
сдачи нормативов по лыжам
на уроках физкультуры в
3 четверти.
1. http://www.skatingpalace.ru/about/fakt/ice/
2. http://rusbob.ru/skeleton.html
3. http://www.curling.ru/rules/
4. http://www.sochi2014.com/
5. http://www.hashmkt.com/wpcontent/uploads/2012/10/194022_4459984
78769232_1989900781_o1-1024x731.jpg