В статье рассматриваются физические основы закантовки карвинговой лыжи, механизмы взаимодействия лыжи и лыжника со склоном в процессе закантовки и силы, этот процесс обеспечивающие.
Часть 1
- Будет немного теории, но не больно.
dni.ru
Как из этого следует, чтобы «зачать» резаный поворот, лыжу следует поставить на кант и прогнуть. Именно в такой последовательности, потому что наоборот не получится. Можно сразу поставить лыжу на кант под требуемым углом, а затем уж её прогнуть или плавно увеличивать угол закантовки, одновременно увеличивая её прогиб. В любом случае изменение угла закантовки предшествует прогибу, иначе лыже просто некуда прогибаться. Как кантовать лыжу – есть масса описаний, а вот как её прогнуть? Не удержусь и приведу ещё цитату из Гуршмана: «Однако, как гнуть лыжу и с помощью прогиба контролировать радиус поворота, понятно далеко не всем».
Но одно понятно, пожалуй, всем: чтобы лыжу прогнуть – на неё надо надавить! А вот как и чем можно на неё надавить – это мы и постараемся ниже рассмотреть поподробнее. На уровне сил, скоростей и прочей механики, не вдаваясь особо в детали и тонкости. А уж надо ли это знать «практикующему» лыжнику или нет – это пусть он решает сам.
Но сначала приведём ещё одну цитату из статьи Л.Фельдмана «Динамичная закантовка»: «…чтобы прикрепленная к вашим ногам лыжа повернула, необходимо лыжи сместить в сторону от центра тяжести или центр тяжести в сторону от лыж … потому что от взаимоположения лыж и центра тяжести зависит угол закантовки…». Теперь мы имеем все составляющие рассматриваемого процесса: смещение центра тяжести внутрь поворота, постановка лыжи на кант и её прогиб. Именно в таком «триединстве» и следует понимать термин «закантовка», вынесенный в название статьи.
Чем же располагает лыжник, собирающийся начать поворот, скажем, из траверса для того, чтобы надавить на лыжу? Прежде всего, собственным весом. Вес существует всегда, независимо от движения лыжника. Это в повороте уже образуются дополнительные силы, а до того их нет.
Закантовка под действием силы веса
Середина поставленной на кант лыжи приподнимается вследствие своей формы, а ваш вес тут же прижимает её к основанию, в результате чего лыжа и прогибается. Механика прогиба проста, но имеет ограничения. Заметьте, при этом лыжу прогибает не полный ваш вес, а только та его проекция, которая перпендикулярна плоскости лыжи. А если вы находитесь на склоне, то и того меньше. Только та составляющая силы веса, которая перпендикулярна склону, и способна прогибать лыжу.
Отсюда следует, что, по мере увеличения крутизны склона и угла закантовки, «эффективная» составляющая силы веса, способная прогибать лыжу, уменьшается. С другой стороны, при увеличении угла закантовки прогиб, необходимый для того, чтобы кант лыжи полностью лёг на снег, увеличивается. Значит, увеличивается и сила, необходимая для того, чтобы этот прогиб обеспечить. Нетрудно догадаться, что, увеличивая угол закантовки, мы рано или поздно придём к ситуации, когда силы веса уже не хватит, чтобы полностью прогнуть лыжу. Угол закантовки, при котором это происходит, можно назвать «предельным статическим углом закантовки», что верно по смыслу, но слишком длинно. Поэтому далее будем называть его просто «предельным», что не соответствует действительности, но в рамках данной статьи это можно пережить.
Чтобы как-то оценить достижимые углы закантовки, требуется знать изгибную жесткость лыжи, т.е. с какой силой нужно надавить на лыжу, чтобы прогнуть её, скажем, на 1 см. Это примерно 3 – 6 кг, в зависимости от «класса» лыжи. А на сколько сантиметров её нужно прогнуть? Сначала придётся выбрать весовой прогиб 0,5 – 1 см (это зазор между лыжей и полом, когда она просто лежит на полу), а затем прогнуть её соответственно радиусу поворота. В повороте радиусом в 10 м, например, прогиб лыжи составляет 3 – 4 см в зависимости от длины лыжи. Зная жесткость лыжи и её геометрию, рассчитать предельные углы закантовки можно достаточно точно.
Честно говоря, лыжнику от знания этих предельных углов пользы мало, но для дальнейшего изложения они пригодятся. Чтобы понять, что они из себя представляют, посмотрите таблицу (.doc).
Таким же образом можно рассчитать и величины прогибов и силы, необходимые для прогиба лыжи.
Наверное, будет достаточно сказать, что для различных моделей лыж в различных условиях эти силы составляют от 10 до 40 кг. Это, разумеется, для одной лыжи. И для рассматриваемых условий.
Но вернёмся к предельным углам. Означают ли они, что лыжник не может закантовать лыжи на угол, больший предельного? Нет, не означают. Закантовать можно, но вот полностью прогнуть их силою веса уже нельзя. Для этого придётся привлекать дополнительные силы, которые образуются уже в движении. Поэтому и рассматривать лыжника далее будем уже в движении.
Каким образом лыжник может достигнуть углов закантовки, близких к предельным? Есть два варианта:
- лыжник начинает наклон тела внутрь поворота из вертикального или некоторого наклонного положения и последовательно проходит все промежуточные углы наклона и, следовательно, закантовки
- лыжник посредством некоторой акробатической эволюции (например, прыжком) оказывается сразу в наклонном положении, близким к предельному углу закантовки. Он, конечно, тоже не минует все промежуточные углы, но важно то, что он в это время не взаимодействует со снегом.
Не знаю, обращали ли вы внимание на терминологию, которую используют разные авторы, когда пишут про всё про это. Фельдман и Гуршман, например, пользуются термином «смещение», когда говорят о переносе центра тяжести внутрь поворота. Есть другие авторы, которые выражаются более категорично. Примерно так: «просто падайте внутрь поворота и верьте, что лыжи вас догонят!». Следует ли отнести разницу к особенностям авторского стиля, или разница в терминах отражает некоторые реалии? Разница, действительно, есть. Я постарался её проиллюстрировать при помощи «пляшущих человечков». А попутно и те силы, которые способствуют прогибу лыжи. Вот один способ исполнения закантовки.
Если (рис. а) лыжник в траверсе слегка наклонит туловище внутрь будущего поворота, настолько, чтобы не потерять равновесие (линия действия силы веса Р не выходит за пределы площади, ограниченной лыжами), то он также слегка закантует и лыжи. Лыжи прогнутся и начнут двигаться по дуге, вовлекая в это движение и лыжника. Спустя несколько мгновений, этот процесс установится.
Если теперь рассмотреть условия равновесия лыжника (рис. б), то к силе веса необходимо добавить возникшую центробежную силу Fц, в результате чего линия действия суммарной силы FΣ смещается в сторону внешней ноги, то есть условия равновесия лыжника восстанавливаются. И лыжи уже прижимаются к склону суммарной силой FΣ, которая не только больше по величине силы веса, но и направлена практически в сторону лыж.
Теперь лыжник получает возможность ещё сместить центр тяжести внутрь поворота, что он и делает на рис. в. Это ещё увеличит угол закантовки и уменьшит радиус поворота.
Через некоторое время возрастёт величина центробежной и, соответственно, суммарной сил, и линия действия суммарной силы вновь сместится в сторону внешней ноги (рис. г). Опять лыжник получает возможность увеличить угол наклона в поворот, и так далее, до тех пор, пока не достигнет желаемого угла закантовки. Который теперь ограничивается исключительно условиями равновесия, а не каким-то несчастным предельным углом, зависящим от веса.
Естественно, что происходит это не «ступенчато», как здесь описано для простоты, а плавно, с уверенной опорой на лыжи. Лыжник смещает свой центр тяжести внутрь поворота по мере изменения его радиуса (а ничто на свете не меняется мгновенно, в том числе и радиус поворота), и руководствуясь при этом собственным чувством равновесия. Особенности этого варианта состоят в том, что процесс закантовки происходит без потери равновесия лыжником и пригоден для любой скорости, потому что лыжник внимательно «слушает» реакции со стороны снега на лыжи и быстро реагирует на их изменения, восстанавливая равновесие. Для лучшего контроля равновесия желательно, конечно, широкое ведение лыж. Я думаю, такой вариант исполнения закантовки можно смело назвать именно «смещением».
А вот другой способ: лыжник сразу выводит себя из положения равновесия и начинает падать внутрь будущего поворота, как это изображено на рис. д. Падать в буквальном смысле, поскольку центр тяжести выведен за пределы площади опоры (для этого достаточно приподнять внутренюю лыжу). По мере падения происходит увеличение угла закантовки, и лыжи начинают выписывать поворот всё уменьшающегося радиуса.
Это может закончиться тем, что возрастающая центробежная сила приведёт лыжника в равновесное положение, как это показано на рис. е, или же он просто упадёт на склон.
Упадет лыжник или нет – зависит от достаточно большого количества факторов, из которых определяющими являются скорость лыжника, геометрия лыжи, крутизна склона и положение относительно линии ската (падать на склон или падать под склон – разные вещи). И, конечно, габаритно-массовые параметры лыжника, определяющие его инерцию в процессе падения. И, разумеется, начальный угол наклона, с которого он начинает падать.
То есть, всё происходит, как и в предыдущем варианте, за исключение того, что заранее неясно, - упадёт ли лыжник на мать сыру снег или таки его подхватят лыжи в повороте, не дадут упасть до конца. Но для каждого сочетания «данных» условий (конкретный лыжник, конкретный склон и конкретные лыжи) существует некая граничная скорость, выше которой этот фокус удаётся (правда, эта скорость может быть и реально недостижимой в данных конкретных условиях). Поэтому особенностями этого варианта можно считать то, что процесс закантовки происходит с временной потерей равновесия и возможен только при скорости, превышающей некий уровень, определяемый прочими факторами. Такой способ, согласитесь, куда «радикальнее», но требует от лыжника развитого чувства скорости, «вкатанности» в лыжи и, вообще, учёта множества обстоятельств.
Широко вести лыжи при этом нет необходимости. Можно даже опираться только на кант внутренней лыжи, поскольку контролировать равновесие уже не нужно. До того момента, как оно восстановится. Такой вариант закантовки, согласитесь, вполне заслуживает названия «падение». Разумеется, всё, что мы говорили в «смещении» о прогибе лыж, относится и к «падению». Рассмотренные нами способы выполнения закантовки характерны тем, что начинаются с малых углов и под действием силы веса. По мере переноса центра тяжести внутрь поворота, уменьшается его радиус и возрастает центробежная сила, дополнительно способствующая прогибу лыж. То есть поворот нужного радиуса формируется постепенно, и процесс этот занимает определённое время.
Продолжение следует.
| Автор: Игорь Изыльметьев |
