Приведенные объяснения не учитывают влияние площади опоры, скорости скольжения, толщину слоя водяной пленки между лыжей и лыжней и др. Поэтому они дают лишь общую основу понимания сил трения.
Улучшение сцепления лыжи со снегом достигается применением мази с высоким коэффициентом сцепления. Тогда лыжа хорошо «держит» и на равнинной лыжне, и на подъемах. При одной и той же мази лыжник может улучшить сцепление, увеличивая нормальное давление. Для этого необходимо делать маховые движения с направлением вверх, с более значительным ускорением, использовать в лыжных ходах ускорение движения туловища по вертикали, прижимающее лыжу к лыжне при отталкивании. С другой стороны, улучшение скольжения обеспечивается подбором мази с низким коэффициентом скольжения. Кроме того, необходимо не допускать при скольжении увеличения сил инерции, направленных вниз, прижимающих лыжу к снегу. Следует, наоборот, создавать силы инерции, снижающие давление на лыжу (отталкивание на «взлет»). Следовательно, во время скольжения ускорение тела лыжника нужно направлять не вверх, а вниз.
Вредное влияние сил трения всегда проявляется при скольжении лыжи. Оно замедляет скольжение. В лыжных ходах следует применять меры по снижению силы трения скольжения и, кроме того, не скользить по инерции слишком долго. Чтобы избежать больших потерь скорости при плохом скольжении, лучше уменьшить длину шага (L), тогда длительность его сократится, темп (T) повысится и, следовательно, можно будет поддержать оптимальную скорость Выигрыш от повышения частоты шагов должен быть больше, чем проигрыш от их укорочения. Значит, надо при этом отталкиваться сильнее, чтобы скорость была выше, и компенсировать потери на длине шага. Особенно это относится к преодолению подъемов, где срывающая составляющая силы тяжести тела замедляет продвижение.
Силы сопротивления воздушной среды возникают при относительном движении лыжника и воздуха. Величина этих сил зависит в основном от сопротивления формы тела лыжника и сопротивления трения между его телом и воздухом. Лобовое сопротивление (R, от англ. rйsistance - сопротивление) зависит от площади наибольшего поперечного сечения тела (Sx), перпендикулярного к потоку воздуха, плотности воздуха (), квадрата относительной скорости лыжника и воздуха (V), а также коэффициента лобового сопротивления (G). Таким образом, величина лобового сопротивления (Rx) = SхСхV2. Коэффициент лобового сопротивления учитывает форму тела (его обтекаемость) и его ориентацию относительно потока воздуха - показатели, от которых зависит, насколько воздух уплотняется впереди тела лыжника и разрежается позади. Когда тело лыжника на большой скорости расположено под углом к направлению потока воздуха, возникает еще подъемная сила (Ry). Она зависит от тех же факторов, что и лобовое сопротивление. Коэффициент подъемной силы отражает влияние позы лыжника и расположения тела относительно потока воздуха (угол атаки).
Полезное использование сопротивления воздуха более всего существенно в прыжках на лыжах в фазе полета. Лыжник, изменяя позу и расположение тела в полете, уменьшает лобовое сопротивление и увеличивает подъемную силу. В лыжных гонках возможно использование возрастающего лобового сопротивления воздуха, при переходе в более высокую стойку, для притормаживания на опасных спусках.
Вредное влияние сил сопротивления воздуха всегда проявляется при движении лыжника против потока воздуха. Однако, когда поверхность движущихся частей тела невелика или скорости малы (например, рывок туловищем вверх при отталкивании ногой), сопротивление воздуха ничтожно. Более всего оно сказывается при больших скоростях. Здесь необходимы меры, снижающие сопротивление воздуха. Так, если лыжник на спуске сменит высокую стойку на низкую, то лобовое сопротивление уменьшится почти в 3 раза. Этой же цели служит аэродинамическая обтекаемая стойка в скоростном спуске. Если же попутный ветер имеет скорость, одинаковую со скоростью лыжника, то сопротивление воздуха исчезает. При сильном попутном ветре (скорость воздуха больше, чем лыжника) поток воздуха служит уже не тормозящей, а движущей силой.
Действие внутренних сил (относительно тела лыжника)
Силы мышечных тяг служат главной силой в движениях лыжника. В основе сокращения мышц лежит переход химической энергии в механическую, потенциальную энергию напряжения. Кроме того, если мышца, растягиваясь в уступающей работе, тормозит движение, то кинетическая энергия тормозимого звена переходит в потенциальную энергию упругой деформации мышцы. Энергия напряженной мышцы обусловливает силу ее тяги. Сила тяги либо разгоняет звено, либо, встречая равное сопротивление, фиксирует его в суставе, либо при преодолевающей тяге других сил (в том числе и мышечных) уступает, тормозит его. Эффективное использование работы мышц заключается в своевременном их включении в работу для преодолевающей, фиксирующей и уступающей работы и в своевременном их выключении. Последняя встречается во всех движениях, регулируя их направление и быстроту (вектор скорости: его направление и величину). Без уступающей регулирующей работы мышц-антагонистов невозможно управление никакими точными движениями. Кроме управляющей роли, которая служит ведущей в спусках (горнолыжные виды) и в полете (прыжки с трамплина), преодолевающая работа мышц является единственным источником движения на равнине и подъемах. Сокращение мышц эффективнее и экономичнее, если перед преодолевающей работой мышца была растянута в произвольном движении и «заряжена» упругой энергией (подседание перед отталкиванием ногой). Так осуществляется управляющая и движущая роль работы мышц. Следует учитывать, что внешние силы в ряде случаев тоже играют роль движущих сил (силы тяжести на спуске, при разгоне на трамплине), и нужно умело их использовать. Вместе с тем возможно проявление и негативного влияние мышечных сил. При управлении движениями это проявляется в виде ошибок или погрешностей техники движений спортсмена. Кроме того, несвоевременное, а также ненужное напряжение мышц-антагонистов ведет к двойной потере энергии как в самих тормозящих мышцах, так и в тех, чьей преодолевающей работе они мешают.
Основа техники классических ходов
Задача отталкивания лыжами заключается в увеличении скорости передвижения лыжника от места опоры лыжи. При этом либо лыжа закреплена неподвижно на лыжне (сцепление со снегом) - это происходит в лыжных ходах, при подъемах и поворотах на месте, либо лыжа скользит - в прыжках на лыжах с трамплина, в поворотах в движении. Во всех случаях вследствие выпрямления ранее согнутой ноги возникают две силы: движущая, приложенная к туловищу, и уравновешивающая - равная ей и направленная противоположно, приложенная к стопе. Движущая сила за вычетом тормозящих сил (сил тяжести) вызывает ускорение вышерасположенных частей тела лыжника. Уравновешивающая сила совместно с реакцией опоры фиксирует стопу с лыжей, обеспечивает опору. Так выполняется отталкивание ногами. Выпрямление ноги (ног) согласуется с одновременными маховыми движениями руки (рук), туловища, а также маховой ноги в направлении движения от опоры. При ускорении маховых частей тела возникают силы инерции, которые направлены противоположно ускорениям и передаются через нижележащие части тела на стопу, прижимают лыжу к снегу, усиливают напряжение мышц толчковой ноги. Отталкивание ногой и маховые движения составляют отталкивание лыжей. При этом продвигается в направлении отталкивания и махов общий центр масс (ОЦМ) тела лыжника, увеличивается его скорость, больше напрягаются мышцы толчковой ноги. Ускоренные маховые движения усиливают отталкивание ногой, а также увеличивают путь ускоренного движения центра массы (ЦМ) тела и его скорость. Именно поэтому маховые движения так важны в отталкивании лыжника-гонщика.
Задача отталкивания палками (одновременно или попеременно) заключается в увеличении скорости скользящих лыж (лыжи), перемещении лыжника вперед над скользящей или останавливающейся лыжей (перекат), а также «снимание» веса тела с лыжи (облегчение). Чтобы ускорить скольжение лыжи, необходимо создать условия для передачи усилий с палки на лыжу: выдвинуть стопу (стопы) вперед, чтобы предупредить преждевременный перекат и амортизацию (потерю энергии); блокировать (зафиксировать) суставы, напрягая мышцы в цепи звеньев тела от кисти до стопы (жесткая передача); направить отталкивание палкой строго назад-вниз, параллельно лыжне, без поперечных отклонений.
Задача свободного скольжения - сохранить, а при необходимости и возможности увеличить скорость лыжника на скользящей лыже (лыжах), когда невозможно использовать в это время отталкивание. При любом скольжении всегда есть тормозящие силы - трение лыж по снегу и сопротивление воздуха; при подъеме на склон - силы тяжести тела лыжника и инвентаря. Задача сводится к уменьшению тормозящих сил. Необходимо стремиться, где это возможно, не увеличивать давление в свободном скольжении, следовательно, не делать движения с ускорением, направленным от опоры. Тогда силы инерции не будут приплюсовываться к весу тела лыжника и тем самым не увеличивают давление на опору (скользящую лыжу или лыжи). Приотталкивание палками наоборот, целесообразно иметь ускорения частей тела, направленные к опоре; тогда их силы инерции будут вычитаться из веса тела, уменьшать нормальное давление. Так, замедляющиеся маховые движения рук, ног и туловища вверх в попеременном двухшажном ходе создают разгрузку, уменьшают давление на скользящую лыжу. Давление же этих частей тела с ускорением, направленным от опоры, создают перегрузку, уменьшают скорость скользящей лыжи.
Выполнение поворотов на лыжах необходимо для того, чтобыизменить направление движения лыж. Для этого необходима центростремительная сила, направленная к центру дуги поворота. Эта сила - реакция опоры (снега) на приложенную к ней центробежную силу (силу инерции) тела лыжника. Такие силы действуют в течение движения по дуге поворота: центростремительная сила приложена к лыжам, центробежная - к снегу. Можно описать движение по дуге иначе, перенеся обе эти силы к центру масс тела лыжника. Тогда центростремительная сила объясняет причину центростремительного ускорения. Центробежная сила уравновешивает действие силы тяжести, наклоняющей лыжника внутрь поворота; создается динамическое равновесие, нет ни падения внутрь, ни опрокидывания наружу. Величина этих сил (они количественно равны) зависит от массы тела, линейной скорости тела в движении по дуге и радиуса поворота. Следовательно, чем круче поворот (короче радиус) и больше масса, тем в большей степени проявляется увеличение сил, прямо пропорционально квадрату скорости. Для начала входа в поворот необходима пара сил. Она создается или рулением (упор, ножницы), или постановкой обеих лыж под углом к направлению скорости (поворот на параллельных лыжах).
Основы биомеханики коньковых ходов
Коньковые способы передвижения широко используются с 1981 г., когда финский лыжник Сиитонен, которому тогда было уже за 40, впервые применил его в соревнованиях (в гонке на 55 км) и выиграл. Лыжи оригинальной конструкции (пластиковые, с металлическими вставками и т.п.) и современные способы подготовки трассы позволяют реализовать преимущества этого хода в скорости, а при равной с классическими ходами скорости - в экономичности. В коньковых способах отталкивание осуществляется скользящей лыжей. При этом практически не играет роли коэффициент сцепления лыжи со снегом. Сила отталкивания уменьшена, а время отталкивания увеличено (около 50% от длительности шага). В результате увеличивается импульс силы (Si = Fdt), от которой зависит эффективность отталкивания ногой. К числу наиболее распространенных вариантов конькового хода относятся: одновременный полуконьковый ход (на одно отталкивание руками приходится одно отталкивание ногой), коньковый одновременный двухшажный ход (в цикл хода включаются одновременное отталкивание палками и два шага), коньковый одновременный одношажный ход (одновременное отталкивание обеими руками на каждое отталкивание ногой), коньковый попеременный ход (на каждое отталкивание рукой следует отталкивание одноименной ногой). Схематическое изображение перечисленных способов передвижения представлено на рис. 78.
При хороших условиях скольжения на равнине при передвижении одновременным полуконьковым ходом длина шага у мужчин составляет 6,5-7,5 м, а у женщин - 5,5-6,7 м. В коньковом одновременном двухшажном ходе длина шага несколько больше - у мужчин 7-8 м. На подъемах крутизной 5° при передвижении коньковым попеременным ходом длина шага может составлять 4-5 м, а на подъеме 10° - 2,7-3,2 м.
Преимущество конькового хода перед классическими по скорости достигает в среднем 15-20%. Крутизна подъема 8-9° при хороших условиях скольжения является граничной, когда возможности ходов уравниваются. При сравнении классических и коньковых ходов можно заключить, что на более крутых участках выигрышнее подъем скользящим и ступающим шагом, тогда как - на более пологих - коньковым.
При движении на лыжника действуют те же силы, что и на тело бегуна, и, кроме того, сила трения скольжения. Как было сказано выше, ее величина равна произведению коэффициента трения скольжения на нормальную (перпендикулярную к лыжне) составляющую силы давления лыжи на снег. Чем меньше коэффициент трения скольжения, тем длиннее шаг и выше скорость при тех же энергозатратах. Для уменьшения коэффициента трения используются лыжные мази. Выбор мази зависит от температуры и состояния лыжни.
Рис. 78. Схематическое изображение различных коньковых способов передвижения на лыжах (вид сверху): А -- полуконьковый одновременный ход; В -- коньковый одновременный двухшажный ход; В -- коньковый одновременный одношажный ход; Г -- коньковый попеременный ход. Условные обозначения: пунктиром показано перемещение общего центра масс; направление движения (цит. по А. В. Кондрашову)
При правильном подборе мази (что до сих пор является своеобразным искусством) коэффициент трения удается снизить до 0,02--0,04. Силы действия лыжи и палки на снег увеличиваются по мере увеличения скорости и крутизны подъема. Кроме того, величина силы отталкивания зависит от квалификации лыжника. Величина вертикальной составляющей силы отталкивания ногой колеблется в пределах 1100--1500 Н, а горизонтальной составляющей - 100-180 Н. Сила отталкивания ногой мало различается в классических ходах (одновременном и попеременном). В коньковых способах передвижения сила отталкивания ногой составляет: под носком ботинка - 600 Н, под каблуком - 380 Н (вертикальная составляющая), горизонтальная составляющая - около 200 Н.Энергетические затраты при передвижении у лыжника зависят от длины дистанции (табл. 5).Исходя из продолжительности работы, гонки на лыжах относятся к зоне большой (5 и 10 км) и умеренной (15, 20, 30, 50, 70 км и более) относительной мощности. Однако в связи с резкой пересеченностью современных трасс правильнее характеризовать гонки на лыжах как работу переменной мощности.
| ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ» |