Многие люди с нетерпением ждут выпадения снега, чтобы покататься на лыжах или сноуборде. Но далеко не многие задумываются, почему у них не получается повторить те же элементы на лыжах или сноуборде, которые выполняют другие катающиеся? На самом деле всё это можно объяснить с помощью законов физики.
При катании на сноубордиста и сноуборд действуют сила тяжести, центробежная сила, сила реакции опоры. Зная, как работают эти силы, можно научиться ими управлять, что поможет улучшить навыки катания на сноуборде и избежать серьёзных травм.
Однако не стоит забывать, что на качество катания влияют и другие факторы: погодные условия, плотность снега, исправность крепления, форма доски, одежда.
Для начала рассмотрим конструктивные особенности сноуборда. У каждой доски есть боковая продольная часть, которая называется кантом. Она изготавливается из металла. Тот кант, на который направлены носки ступни, называется передним, соответственно, противоположный — задним. Спуск лицом к склону осуществляется на переднем канте. Для уверенного катания сноубордист должен освоить переход с одного канта на другой, так называемую перекантовку.
В своей работе я хочу провести исследование основных навыков управления сноубордом с точки зрения законов физики.
Первый прием, который мы рассмотрим, называется «управление весом». В нашем случае за вес мы будем принимать силу, с которой сноубордист вместе со сноубордом осуществляет давление на склон. В зависимости от выполнения сноубордистом различных упражнений данная сила может менять свое значение и направление. Например, при воздушной перекантовке, которая осуществляется в прыжке, она может иметь нулевое значение, а при движении по дуге — превышать силу тяжести.
Следующий навык, необходимый сноубордисту для уверенного катания, носит название «снятие» веса с канта. (рис.1)
Рис. 1. Поперечное равновесие на дуге
Проанализируем действия и направления сил при равномерном движении сноубордиста по дуге. Кроме силы тяжести (F тяж ) и силы реакции опоры (R), введем фиктивную центробежную силу инерции (F цб). Этот случай является наглядной демонстрацией «теоремы о трех силах». Три непараллельные силы находятся в единой плоскости и сходятся в одной точке, что позволяет телу находиться в равновесии.
При изменении положения сноубордиста в сторону склона сила реакции опоры (R) смещается от центра тяжести. (рис.2). Учитывая, что равнодействующая центробежной силы (F цб ) и силы тяжести (F тяж ) — F р находится с силой реакции опоры (R) на разных линиях, возникает крутящий момент (М). Подобный эффект можно наблюдать и при поднятии центра тяжести, с той разницей, что крутящий момент будет направлен в противоположную сторону. Это происходит потому, что сила реакции опоры (R) и равнодействующая сила (F р ) не совпадают (рис.3). В данном случае вес тела сноубордиста по модулю равен силе реакции опоры, но направлен в противоположную сторону и приложен к склону в точке опоры.
Рис. 2. Спортсмен заваливается на склон
Рис. 3. Поднятие центра тяжести спортсмена
Есть несколько способов снятия веса с канта.
Во-первых, изменение веса можно достичь за счет ускорения тела, присев или совершив прыжок. Во-вторых, оперевшись о склон частью тела. В-третьих, изменив радиус дуги или линейную скорость, можно добиться уменьшения центробежной силы.
Следующим, с точки зрения законов физики, рассмотрен горнолыжный элемент, называемый ангуляция. При выполнении этого приема сноубордист изгибает какую-либо часть своего тела в сторону, противоположную центру поворота, тем самым увеличивает угол закантовки (рис.4).
Рис. 4. Ангуляция при катании
Отклонение центра тяжести от нормали приводит к тому, что составляющая веса (F з ) благодаря своей направленности задавливает сноуборд в склон и увеличивает центробежную силу. Задавливающая сила (F з ) растет тем больше, чем сильнее центр тяжести отклоняется от нормали к канту. Векторная сумма задавливающей силы (F з ) вместе с силой нормального давления (F н ), направленной перпендикулярно доске, составляют равнодействующую силу (F р ).
Любой сноубордист должен уметь во время катания управлять центробежной силой, что является еще одним полезным навыком, который позволяет спортсмену удерживать тело в наклоне и избегать падений.
Когда сноубордист только начинает движение по дуге, то в начале пути его вес (Fр1) минимален и складывается из векторной суммы центробежной силы (Fцб) и силы тяжести (Fтяж) (рис.5, положение 1). По мере приближения к нижней точке, где дуга меняет направление, вес (Fp2) увеличивается до максимальной величины (рис. 5, положение 2). В этот момент давление доски на склон усиливается за счет изменения центробежной силы, а спортсмен ощущает перегрузку.
Рис. 5. Управление центробежной силой при катании
Таким образом, мы выяснили, что в основе катания на сноуборде лежат законы физики, зная которые, спортсмен сможет значительно улучшить свои профессиональные навыки.
Литература:
1. Лукьяненко, В. П. Физическая культура: основы знаний [Текст] учебное пособие / В. П. Лукьяненко. — М.: Советский спорт, 2007. — 228 с.
2. Холодов, Ж.К., Кузнецов, В. С. Теория и методика физического воспитания и спорта [Текст] Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / Ж. К. Холодов, В. С. Кузнецов. — М.: Издательский центр «Академия», 2001. — 480 с.
3. Физическая культура. 5–7 классы [Текст] учеб. для общеобразоват. учреждений / под общ. ред. В. И. Ляха. — М.: Просвещение, 2010. — 207 с.
