Почему лыжи скользят по снегу или как управлять ими?

Захватывающе увлекателен лыжный спорт. Вот стремительно, кажется, не скользят по крутому горному склону, а летят по воздуху устремленные вперед фигуры лыжников. Почти неуловимым толчком корпуса круто меняют они направление движения — и из-под лыж взвивается, словно выброшенный беззвучным взрывом, белый вихрь снега. Но лыжник уже далеко впереди. Смелость, решительность, ловкость, быстрота, хладнокровие и выносливость - вот качества, которые необходимы лыжнику, которые воспитывает в спортсменах этот вид спорта. Не поэтому ли так полюбились нашей молодежи прыжки с трамплина, слалом и скоростной спуск?

Однако очень немногие, даже из числа спортсменов, задумываются над тем, на каких законах физики основывается тот или другой используемый ими прием. Л знание этих законов может очень помочь совершенствованию техники спортсменов, повышению их мастерства.

Рассмотрим с точки зрения физики простейший случай: лыжник скользит по склону.

Источником движения при атом является сила веса лыжника, точнее, ее составляющая, направленная параллельно склону. Приложена эта сила к центру тяжести лыжника. Величина ее тем больше, чем круче склон, по которому движется лыжник. Постоянно действуя на лыжника, эта сила увлекает его по склону.

Тормозят движение лыжника по склону силы трения, возникающие при движении лыж по снегу, и сила сопротивления встречного потока воздуха, приложенная в центре сопротивления тела лыжника воздушному потоку.

При небольших скоростях движения лыж мы имеем случай сухого трения, переходящего при увеличении скорости в смешанное трение, что вызывает увеличение силы трения. На скоростях, которых достигают слаломисты и прыгуны, сила трения может возрасти в несколько раз. На глубоком или мокром снегу она достигает столь значительной величины, что может быть больше силы сопротивления воздуха телу лыжника. На соревнованиях по скоростному спуску с гор можно часто видеть лыжника, которого внезапно увеличившаяся при переезде с затененного на освещенный солнцем снег сила трения опрокидывает вперед.




Сначала, когда лыжник только начинает свое движение вниз по склону, величина силы сопротивления воздуха незначительна. Но затем, когда скорость лыжника возрастет, а ускорение падает, вместе со скоростью возрастет и сила сопротивления воздуха. Когда силы, препятствующие движению лыжника, уравновесятся с составляющей силы тяжести, движущей лыжника, его скорость станет постоянной.

Если допустить, что лыжник движется по склону с крутизной в 30 . что считается крутым спуском, то составляющая сила тяжести, направленная параллельно склону, при весе лыжника, равном 80 кг, составит 40 кг. Силу трения лыж по снегу в этом случае можно принять равной 3,5 кг. Нетрудно рассчитать, что при достижении лыжником максимальной скорости сила сопротивления воздуха должна быть равной 36,5 кг, то-ссть сила, движущая лыжника, в основном уравновешивается сопротивлением воздуха. Это произойдет, когда скорость движения лыжника превзойдет скорость курьерского поезда, когда она достигнет 27 м в секунду, или 100 км в час!

Добиваясь на скоростных спусках еще более высоких скоростей, спортсмены-слаломисты принимают все меры, чтобы уменьшить силы, тормозящие движение. С этой целью прибегают к низким стойкам или стойкам с большими наклонами туловища. Одеваются слаломисты так, чтобы одежда до минимума сокращала площадь тела, чтобы она была гладкой и плотно облегала тело. Все эти меры позволяют уменьшить площадь проекции тела лыжника в среднем на 10 — 15%, а коэфициент «лобового» сопротивления — до 25%.

Интересно отметить, что при достаточно больших наклонах тела возникает подъемная сила, тем большая, чем больше наклон тела. Это обстоятельство помогает слаломистам дополнительно повышать скорость, уменьшая давление на лыжи и тем самым облегчая скольжение. Прыгунов эта сила поддерживает в воздухе во время полета, делая его более плавным. Принимая все меры для увеличения скорости, лыжник, спускаясь по склону с крутизной в 30°, теоретически может достигнуть скорости порядка 50 м в секунду, или 180 км в час!