При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

ПРЕДЛАГАЕМ, ОБСУЖДАЕМ, СПОРИМ

О СИЛЕ, ДВИЖУЩЕЙ ГОРНОЛЫЖНИКА ПО СКЛОНУ

В горнолыжном спорте перемещение спортсмена по склону определяется в основном силой, которую в специальной литературе принято называть по-разному: движущая, скатывающая, сила тяги. В любом случае под ней подразумевается та составляющая силы тяжести лыжника, которая движет его вниз по склону. Очевидно, что наиболее рациональное использование этой силы как раз и позволяет достигать тех высоких скоростей, которые мы наблюдаем в современном горнолыжном спорте.

Попробуем рассмотреть силу, движущую горнолыжника по склону, детально.

В качестве первого приближения к реальному спуску горнолыжника по трассе примем следующие условия:

а)  будем считать систему спортсмен — инвентарь (С — И) достаточно жесткой (горнолыжник сохраняет одну и ту же стойку);

б)  движение системы С — И происходит по склону постоянной крутизны (отсутствуют неровности рельефа);

в)  система С — И движется прямолинейно в направлении продольной оси лыж (горнолыжник выполняет спуск без поворотов).

Кроме того, учитывая, что горнолыжный инвентарь (ботинки, лыжи) имеет значительную массу, будем рассматривать движение системы С — И в целом.

Результат действия любой силы определяется: местом приложения, направлением действия, абсолютной величиной, временем действия.

Поскольку движущая сила является векторной составляющей силы тяжести системы С — И, то местом ее приложения, так же как и силы тяжести, является общий центр масс (ОЦМ) системы.

Выполненная нами зенитная фотосъемка горнолыжника с инвентарем, лежащего боком на платформе, уравновешенной на точечной опоре, и не нарушающего этого равновесия, показала, что общий центр масс системы С — И расположен в области середины бедер спортсмена и при изменении позы (стойки) перемещается в пределах 20 см.

Находясь на горизонтальной плоскости, система С — И давит на нее с силой, равной силе тяжести (вес системы С — И), которая полностью уравновешивается силой реакции опоры. Как только нарушается горизонтальность плоскости опоры, сразу же происходит разложение силы тяжести системы С — И на две составляющие. Одна из них направлена перпендикулярно наклонной плоскости и продолжает оказывать давление на нее, вторая составляющая силы тяжести направлена вдоль линии наклона плоскости опоры и стремится сдвинуть систему С — И в этом направлении.

Таблица 1

т. е. в соответствии с принятым определением является силой, движущей горнолыжника по склону.

В соответствии с законами механики абсолютная величина движущей силы системы С — И как составляющей силы тяжести тела, находящегося на наклонной плоскости, однозначно задается углом наклона плоскости опоры, а направление действия не только углом наклона, но и ориентацией наклонной плоскости в пространстве. При этом время действия движущей силы жестко соответствует времени опоры системы С — И на наклонную плоскость.

Плоскостью опоры горнолыжника является та поверхность, которая формируется лыжами в снежном покрове склона. Если она оказывается наклонной, то и определяет величину и направление действия движущей силы системы С — И.

При спуске прямо угол наклона и ориентация в пространстве плоскости опоры (она же и плоскость скольжения) системы С — И совпадают с плоскостью склона. Именно к этому частному случаю относятся широко известные формулы для определения величины движущей силы (F_д) и силы давления на снег (F_н), выраженные через вес системы С — И (Р) и угол падения склона ():

F_д = Р • sin; F_н = Р cos

Однако в практике горнолыжного спорта используются склоны разной крутизны. В связи с этим представляет интерес характер изменения величины движущей силы и силы давления на снег системы С — И в интервале зна-

Рис. 1

Рис. 2

чения углов наклона плоскости скольжения от 0 до 40°.

Из табл. 1 и графика (рис. 1) видно, что с увеличением крутизны склона движущая сила энергично возрастает, и притом в рассматриваемом интервале почти линейно. В этом же интервале крутизны склона сила давления на снег системы С — И прогрессивно уменьшается, но со значительно меньшей интенсивностью, чем растет движущая сила.

Естественно, что эта закономерность сохраняется и в спусках наискось по склону в любом направлении. Однако в этом случае следует иметь в виду, что плоскость скольжения, формирующаяся под лыжами спортсмена, не совпадает с поверхностью склона. При движении по склону наискось угол наклона фактической плоскости скольжения субъективно воспринимается труднее, чем собственно крутизна склона и направление движения по нему относительно линии его падения .

Не трудно доказать, что угол у связан с углами и следующим соотношением (рис. 2):

= ars sin (sin • cos).

Характер этой зависимости понятен из табл. 2 и графика на рис. 3, где отражено изменение угла наклона плоскости скольжения, формирующейся под лыжами спортсмена, в зависимости от направления движения по склонам крутизной до 40°.

Поскольку = f (, ), мы может определить величины движущей силы и силы давления на снег (F_д и F_н) в спуске наискось при определенных значениях крутизны склона и направления движения по нему , которые более доступны для измерения, чем угол падения фактической плоскости скольжения . Несложные

Таблица 2

преобразования дают следующие формулы, отражающие эти зависимости:

На рис. 4 представлен график изменения величины движущей силы и силы давления на снег в процентах от веса системы С — И. Ясно, что независимо от крутизны склона движущая сила прогрессивно уменьшается с увеличением угла отклонения от линии падения склона, а давление на снег относительно интенсивней возрастает в середине диапазона от 0 до 90°, чем по его краям.

Из всего сказанного вытекает ряд положений, имеющих для горнолыжного спорта как теоретический, так и практический интерес.

1. При рассмотрении перемещений системы С — И в целом под действием сил инерции, тяжести и их составляющих за точку их приложения следует принимать ОЦМ всей системы, расположенный в области середины бедер спортсмена. Если же анализируется движение тела спортсмена относительно лыж, то положение его ОЦМ можно считать близким к анатомическому.

2. Величина движущей силы с увеличением крутизны плоскости скольжения до 40° возрастает настолько прямолинейно, что опреде-

Рис. 3

лять ее значение с достаточной для практики точностью можно без таблиц тригонометрических функций, используя для этого коэффициент 1,7 относительно силы тяжести P в %:

и абсолютное значение:

3. Один и тот же плоский склон в зависимости от направления движения по нему может дать широкий спектр значений движущей силы. Однако при изменении направления движения на одно и то же количество градусов величина движущей силы в районе линии падения склона изменяется меньше, чем вблизи его траверса.

Рис. 4

4. Так как разложение силы тяжести на составляющие происходит только при условии опоры системы С — И на наклонную плоскость, то движущая сила в принятом смысле отсутствует:

а)  на горизонтальном участке местности или на склоне при закантованных лыжах, находящихся поперек линии падения склона;

б)  при отсутствии опоры системы С — И на склон, что наблюдается при отработке неровностей склона на больших скоростях.

В первом случае перемещение горнолыжника возможно либо за счет силы инерции предшествующего движения, либо за счет его мышечных усилий. Возможно также перемещение за счет приложения внешних сил — буксировки, давления ветра и др.

Во втором случае перемещение горнолыжника происходит по закону движения тела, брошенного под некоторым углом к горизонту. Траектория движения в этом случае определяется, с одной стороны, действием силы тяжести (вертикально вниз) и силы инерции (направление скорости в момент потери опоры), приложенных к ОЦМ системы С — И, а с другой — действием силы сопротивления воз-

духа, приложенной к центру парусности системы и направленной навстречу движению, вызванному первыми двумя силами. Эта траектория близка по форме к параболе.

При анализе динамической структуры техники выполнения горнолыжником поворотов в движении по склону переменной крутизны (т. е. при отказе от тех упрощений, которые были приняты нами вначале) следует учитывать, что в этом случае в снежном покрове склона формируется лыжами весьма сложная поверхность скольжения, имеющая на протяжении пути спортсмена переменные значения угла и направления своего наклона в пространстве. В четком соответствии с ними изменяются величина и направление действия движущей силы, которая в совокупности с инерционными силами и силами, возникающими в результате активных движений горнолыжника, определяет особенности его перемещения по трассе.

Умение создавать условия максимального проявления движущей силы и наиболее полное использование ее для скорейшего прохождения трассы является характерной чертой высококвалифицированного горнолыжника.

ОСНОВЫ ЛЕДОВОЙ ТЕХНИКИ

Тот, кто впервые выходит на ледовый склон, сразу же замечает, что лыжи иногда внезапно и резко проскальзывают. Это приводит к потере равновесия и падению. Особенно часто это случается на участках с очень жестким натечным льдом. Такие участки не редкость на наших соревновательных трассах, что говорит о плохом качестве заливки. Тем не менее иногда такая заливка — единственная возможность не сорвать тренировку, а то и соревнования при малоснежных зимах. Вот почему горнолыжникам необходимо научиться кататься по самому жесткому натечному льду.

Проскальзывание лыж на таких трассах приводит к боковому сносу. Первым и разумным после тренировки на льду является желание хорошо наточить канты. Но это не поможет, если вы не владеете приемами предотвращения бокового сноса.

Для того чтобы уверенно чувствовать себя на льду, надо иметь четкое представление о том, в какой фазе дуги наиболее вероятен снос и как с ним бороться. Из рис. 1 видно, что сила F_сдв, стремящаяся сорвать лыжника с намеченной траектории, особенно велика в нижней части дуги 2' — 3, т. е. там, где векторы центробежной силы F_ц и скатывающей силы Р_ск складываются под острым углом. Эта сила приложена к центру масс и в сумме с весом лыжника Р дает результативную Q,

которая проходит через точку опоры — ботинки (рис. 2). Этим силам противодействуют силы N (реакция от давления на склон) и F_к (сила сцепления кантов со льдом, направленная вдоль склона), результирующая которых R проходит от ботинок через центр масс. Таким образом, мы имеем пару сил F_сдв и F_к, стремящихся опрокинуть лыжника наружу поворота, и пару сил Р и N. нейтрализующих момент опрокидывания. Легко заметить, что чем меньше угол а между линией ЦМ — ТО и склоном (больше наклон), тем больше момент пары сил Р — N и меньше момент пары сил F_сдв — F_к. Регулируя рефлекторно угол наклона тела к склону, лыжник удерживает равновесие в повороте.

При недостаточном сцеплении кантов лыж со льдом сила F_к оказывается меньше, чем F_сдв. В результате этого начинается боковой сдвиг лыж. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение угла и как результат — нарушается равновесие лыжника. Чтобы противодействовать этому, необходимо послать ЦМ в направлении F_сдв. Это можно сделать, расслабив тело и ноги. В данном случае тело можно представить в виде гибкой нити: тогда сила F_сдв не передается больше жестко на канты. Регулируя степень расслабления тела, мы регулируем давление на канты в сторону увеличения или уменьшения. В идеальном случае