Виртуальный бугор и разгрузка вниз

iz Лента автора 12 Августа 2003 (11:12) Просмотров: 1663 185

Одним из замысловатых, можно даже сказать – загадочных, в плане толкования, моментов в горных лыжах является эффект, получивший в последнее время наименование «виртуального бугра». Термин уже настолько устоялся, что употребляется без кавычек. Суть эффекта сводится к тому, что лыжник в конце дуги поворота неожиданно для себя самого (пока не привыкнет) подбрасывается вверх или, по крайней мере, ощущает значительное облегчение в смысле давления на лыжи. Эффект этот отмечен давно и с тех пор носил различные названия, из которых автор может припомнить лишь «трамплинный эффект» и «эффект конца дуги». Соответственно предпринималось и много попыток его объяснения, последнюю из которых мы могли видеть в книге Рона Ле-Мастера «На кантах». Возможно, с его лёгкой руки (так, по крайней мере, он утверждает) и установился термин «виртуальный бугор», который лично автору импонирует: бугра как бы и нет, а эффект есть! И эффект весьма существенный, играющий большую роль в технике горных лыж. Проявляется он равно и на бугристом, и на абсолютно плоском склоне, где никакими буграми и не пахнет, что делает его совсем малопонятным. Попытки объяснения его довольно схожи и сводятся либо к поиску некоего трамплина в траектории сопрягаемых поворотов, либо к трансформации этой траектории в нечто, похожее на бугор. Так Ле-Мастер, например, в упомянутой книге хитроумно выстраивает кривую «эффективного уклона», на которой определённо усматривается бугор, от которого-де всё и происходит. Пришлось сильно напрягаться умственно, чтобы понять, что же это такое он изобразил. А изобразил он, по сути дела, график изменения скатывающей силы по длине склона. Действительно, построенный таким образом «эффективный уклон» отражает лишь «эффективную» же скатывающую силу, т.е. проекцию скатывающей силы на направление движения лыжника. В заблуждение вводит то, что она приведена в единицах уклона, и, к тому же, в косоугольной системе координат. Последнее обстоятельство и делает эту простую синусную зависимость похожей на бугристый склон. Но, как её не изобрази, скатывающая сила всегда действует в плоскости склона и никак не может помочь лыжнику от него оторваться. Поэтому ясности такое объяснение не прибавляет, но озадачивает сильно. В результате автору пришлось придумывать собственное объяснение эффекта виртуального бугра. Оно несложно, но для его понимания нам потребуется освежить в памяти основы механики поворота, к чему мы сейчас и перейдём.

Лыжник в повороте совершает сложное движение, которое, как и для всякого материального тела, можно рассматривать как движение центра масс лыжника по криволинейной траектории и поворот самого лыжника вокруг своего центра масс. Для того, чтобы центр масс лыжника начал двигаться криволинейно, по дуге окружности, например, необходимо, чтобы на лыжника начала действовать некоторая сила, которая такое движение бы и обеспечивала. Такую силу лыжник образует, заставляя лыжи определённым образом взаимодействовать со снегом. Грубо говоря, для того, чтобы начать поворот, лыжник кантует лыжи и ставит их поперёк движения. Не совсем уж чтобы поперёк, а так, слегка. Поскольку лыжа движется, на неё начинает давить снег, выталкивая её в сторону, а заодно и лыжника. Это и есть движение центра масс. Его, прямая до этого, траектория, начинает искривляться, то есть центр масс начинает менять направление своего движения, и лыжнику остаётся только поддерживать этот процесс, для чего он должен также разворачиваться сам вместе с лыжами вслед за направлением движения центра масс, чтобы сохранить условия взаимодействия лыж со снегом. Это уже поворот лыжника вокруг своего центра масс.

Таким образом, силы, вызывающие, движение центра масс лыжника по некоторой криволинейной траектории, образуются при взаимодействии движущихся лыж со снегом, и их равнодействующая приложена к лыжам и направлена так, что проходит через центр масс лыжника. Последнее необходимо для соблюдения равновесия лыжника, и это условие он вынужден поддерживать самостоятельно, регулируя наклон своего тела внутрь поворота. Равнодействующую сил, действующих на лыжи со стороны снега, обычно называют «силой реакцией снега». Её приближенно можно представить в виде двух составляющих: вертикальной составляющей и составляющей, лежащей в плоскости склона и направленной перпендикулярно вектору скорости центра масс лыжника. Последняя составляющая и вызывает движение центра масс лыжника в сторону поворота. Поскольку это движение происходит таким образом, что мгновенный центр поворота всегда лежит на линии действия этой составляющей, то она именуется «центростремительной силой». Как и всякая реальная сила, она вызывает ускоренное движение центра масс лыжника в направлении своего действия. Ускорение, с которым движется лыжник к центру поворота, также называется «центростремительным». Одновременное движение лыжника прямо по инерции и под действием скатывающей силы и ускоренное движение вбок под действием центростремительной силы и создают собственно поворот. Если в течение поворота величина скорости лыжника и величина центростремительной силы не меняются, то лыжник движется точно по дуге окружности. Для того, чтобы сохранить величину и направление центростремительной силы относительно вектора скорости своего центра масс, который теперь уже движется криволинейно, лыжник должен в процессе поворота разворачивать и сами лыжи так, чтобы условия их взаимодействия со снегом не менялись. Лыжник разворачивает лыжи и себя самоё, также взаимодействуя лыжами со снегом, но это уже детали, которые не относятся непосредственно к теме данной статьи. Поэтому ниже под поворотом будет пониматься только криволинейное движение центра масс лыжника. И, для простоты, мы будем полагать величину скорости лыжника постоянной.

Для краткости всё полезное из вышеизложенного можно свести к нескольким позициям:

поворот начинается, как только возникает центростремительная сила;
поворот продолжается, пока существует центростремительная сила;
поворот заканчивается, как только исчезает центростремительная сила;
лыжник в повороте движется ускоренно, с ускорением, направленным к центру поворота.

Как и всякое тело, движущееся ускоренно, лыжник испытывает перегрузку, то есть увеличение давления на опору, которая вызывает его ускоренное движение. Для лыжника это снег. Физически лыжник ощущает перегрузку как увеличение собственного веса. Соответственно возрастает нагрузка на мышцы ног. Статическим аналогом перегрузки может служить надетый на лыжника рюкзак с некоторым грузом, вызывающим такую же нагрузку на ноги. Коэффициент перегрузки определяется как отношение величины давления на опору ускоренно движущегося тела к величине его собственного веса в неподвижном состоянии, но удобнее выражать его через ускорения, не привязываясь к массе конкретного лыжника.

Так, если задаться, для примера, неким «среднеслаломным» поворотом, совершаемым на скорости 40 км/час с радиусом 10 метров, то величина центростремительного ускорения в таком повороте будет составлять 1,25g (g - ускорение свободного падения). Если пересчитать их совместное действие с ускорением свободного падения, то для более ли менее реальных величин крутизны склона и фазы поворота, перегрузка, выраженная в единицах g, может меняться в пределах 1,4–2,0. То есть, избыточная нагрузка, действующая на лыжника, составляет 40%–100% его собственного веса. Речь, таким образом, идёт о довольно значительных килограммах, которые лыжник должен «держать», как Атлант, на своих ногах. В свободном любительском катании перегрузки, естественно, меньше, но и подготовка у любителей другая. Так что всем хватает. По мере ведения дуги поворота перегрузка обычно возрастает, если лыжник, конечно, не фан-карвер и не заезжает в конце дуги на склон. Поэтому в конце дуги лыжник испытывает наибольшую перегрузку для своей траектории. Далее лыжнику необходимо закончить текущий поворот и начать другой. Для того, чтобы закончить поворот, ему необходимо избавиться от центростремительной силы. Сделать это он может, только изменив характер взаимодействия лыж со снегом. Например, изменив угол закантовки или перестав их разворачивать. Или изменив давление лыж на снег. Быстро и интенсивно, или медленно и плавно. В резаном повороте лыжнику, чтобы сохранить резаное ведение и не «замазать» выход из поворота, приходится просто преодолевать перегрузку, выталкиваясь ногами, для того, чтобы изменить давление на лыжи, вплоть до их отрыва от снега. Для выполнения любого из этих действий лыжнику приходится в той или иной степени выполнять разгрузку. Поэтому прекращение действия центростремительной силы есть первая задача этапа разгрузки. Далее следуют последовательно задачи облегчения лыж для их разворота и создание «запаса хода» для последующего распрямления или сгибания, в зависимости от того, выполнялась ли разгрузка вверх или вниз.

Сразу следует сделать следующее замечание: понятия «верх» и «низ» здесь трактуются по отношению к «вертикали лыжника», то есть, к тому направлению, которое вестибулярный аппарат лыжника воспринимает как вертикальное. Это направление действия силы реакции снега. И если, с точки зрения стороннего наблюдателя, лыжник почти лежит в повороте, то сам лыжник ощущает это положение именно как вертикальное. И вертикальная работа для него – работа именно в этом направлении. Это писал ещё Ле-Мастер, но не грех за ним и повторить. Таким образом, по мере роста скоростей и перегрузок вертикальная работа лыжника становится всё более «горизонтальней».

Итак, для окончания поворота лыжник выполняет разгрузку, что приводит к исчезновению центростремительной силы, и лыжник переходит в траверс. Вместе с центростремительной силой исчезает и центростремительное ускорение и, соответственно, перегрузка. Это, собственно, и есть момент виртуального бугра. Представим себе лыжника в этот момент. Он прижат к склону перегрузкой, ноги его напряжены, и в этих условиях он начинает разгрузку, выталкиваясь вверх, что ещё более увеличивает давление на снег в первый момент и также нагружает мышцы ног. Но в следующий момент лыжи уже теряют контакт со снегом, и вся дополнительная нагрузка разом «слетает с плеч», точнее, ног лыжника. Но мышцы-разгибатели ног не успевают быстро перестроиться на изменение нагрузки и подбрасывают лыжника вверх, создавая этот самый виртуальный бугор. Как, если бы, существовала некая верёвочка, соединяющая вас со склоном, и вы её оборвали усилием ног. Вспомните, - если просто разорвать нитку руками, то руки расходятся в стороны, даже если мышечно пытаться этому препятствовать.

Это довольно упрощённое описание механизма образования виртуального бугра, поскольку неясна динамика «спадания» центростремительной силы при том или ином исполнении этой фазы, но и из него можно заключить, что, чем больше перегрузка и чем быстрее она исчезает, тем отчётливей «виртуальный» эффект.

Нечто похожее на виртуальный бугор можно воспроизвести и без лыж. Для этого возьмите в руки пару гирь подходящего веса, присядьте в стойку, как для выполнения разгрузки, и, удерживая гири кончиками пальцев, выполните резко разгрузку вверх, стараясь, чтобы гири как бы сорвались с пальцев. При надлежащей синхронизации действий эффект получается похожий, но менее выраженный, поскольку при такой имитации дополнительно задействуются мышцы плеч и спины.

Таким образом, источником виртуального бугра являются ноги самого лыжника, и, по этой причине, этот эффект вполне управляем. Поупражняйтесь с гирями немного и вы быстро научитесь «гасить» виртуальный эффект за счёт интенсивности выталкивания и расслабления мышц ног в момент отпускания гирь. Так же и лыжник путём многократных повторений научается эффективно использовать виртуальный бугор, дозируя его в необходимой степени, что прекрасно сочетается с прочими техническими действиями лыжника при сопряжении поворотов.

Говоря о разгрузке в момент окончания поворота, мы предполагали, что лыжник отталкивается от снега, то есть выполняет разгрузку вверх. А может ли он достичь того же, то есть избавиться от центростремительной силы, при помощи разгрузки вниз? Увы, всё та же механика поворота накладывает ограничения на выполнение этого приёма.

Разгрузкой вниз называют движение резкого подтягивания ног под себя, сгибания в пояснице, тазобедренных и коленных суставах, в результате которого достигается значительное облегчение лыж и даже отрыв их от снега. При этом предполагается чистое исполнение приёма, без предварительного подпрыгивания. Иначе это уже было бы сочетание разгрузки вверх с последующей разгрузкой вниз. Стоя на месте, можно прекрасно демонстрировать разгрузку вниз изумлённым адептам, сопровождая её даже разворотом лыж в момент облегчения. Но вот выполнение её в чистом виде непосредственно в ходе поворота уже проблематично в силу тех особенностей движения лыжника, о которых мы говорили выше. А именно, в силу того, что лыжник в повороте движется ускоренно и испытывает перегрузку. Для того, чтобы оторвать ноги от земли, выполняя этот приём, стоя на месте, достаточно подтянуть ноги под себя с ускорением, несколько большим ускорения свободного падения, что, в общем-то, доступно и многим любителям. Но в ходе поворота это придётся делать с существенно большим ускорением. А именно, на величину коэффициента перегрузки. При сколько-нибудь значимых перегрузках это практически невыполнимо. Даже при отличных физических кондициях.

Полноценную имитацию этого момента в домашних условиях провести можно, но довольно хлопотно. Для этого придётся притянуть себя к полу, скажем, резиновыми жгутами, которые создавали бы дополнительное ускорение. Но и просто надетый рюкзачок, с положенными туда килограммами 20ю-30ю, даёт хорошее представление о влиянии перегрузки. Если вы сумеете чисто выполнить разгрузку вниз и оторвать ноги от пола без рюкзака, то с ним – даже желания такого не возникает. В этом, опять же, каждый может убедиться лично.

Тем не менее, большинство лыжников, так или иначе, владеют этим приёмом и не встречают особых затруднений при его исполнении. Мы не будем подозревать их в том, что они истово занимаются приседаниями с отягощением. Просто реальное выполнение разгрузки вниз начинается с выталкивания, т.е. с разгрузки вверх, для того, чтобы устранить центростремительную силу. За этим, как мы уже знаем, следует виртуальный бугор, когда лыжник уже избавлен от перегрузки и даже подтолкнут вверх, так что далее ему остаётся только не мешать ногам сгибаться. Необходимый импульс для этого он получает за счёт виртуального бугра. Так что этот бугор хотя и виртуальный, но вещь, крайне полезная для лыжника.

Некоторым подобием начального этапа разгрузки может служить прыжок на легкоатлетическом трамплине, с которого прыгают через «козла». Спортсмен сначала прогибает его, что соответствует задавливанию лыж при начале разгрузки вверх. Далее трамплин начинает выпрямляться, что соответствует виртуальному бугру при исчезновении центростремительной силы. После этого спортсмен может, как выпрыгнуть вверх, так и «проглотить» распрямление трамплина сгибанием ног, что, «по-нашему», соответствует соответственно разгрузке вверх или вниз.

Таким образом, сказанное выше о разгрузке вниз означает только, что с её помощью нельзя, точнее, трудновыполнимо физически, устранить центростремительную силу, но не распространяется на все дальнейшие действия лыжника после того, как это произошло. Да, собственно, и не нужно устранять её таким образом, ведь в этом случае мы потеряем виртуальный бугор, который позволяет лыжнику легко и непринуждённо управлять движением своего центра масс при переходе из одной дуги в другую и так гармонично вписывается в технику сопряжения поворотов.

Автор: Игорь Изыльметьев

Комментировать

Комментарии ¹⁸⁵

bitus 17 Июля 2010 (18:28) #

Очень интересная статья, не понимаю, как она прошла у меня мимо глаз, насколько я понимаю, опубликована она давно. Непонятно, почему нет обсуждения такой интересной темы, как виртуальный бугор. Насколько я помню, в разных ветках форума несколько раз поднимался вопрос о том, "стреляют" ли лыжи. Оказывается, "стреляют" сами ноги. И действительно, лыжи уж больно слабо прогибаются , да и не настолько они упругие, чтобы пульнуть лыжника на метр в сторону. А вот собственные ноги, "взведенные" сверхнагрузкой, после ее резкого снятия- запросто. Спасибо автору за то, что он, как всегда , подвел точную и понятную теоретическую базу под вроде бы известные вещи.

Прямой эфир

популярные статьи

Виртуальный бугор и разгрузка вниз