Лыжная секция

Силы, действующие на лыжника, и их характеристика

Анализ техники способов передвижения на лыжах проводится на основе законов биомеханики. С точки зрения биомеханики лыжник вместе с лыжами и палками представляет собой единую сложную систему, на которую действует ряд внешних сил. В то же время при движениях в этой системе возникают внутренние силы. Внутренние и внешние силы постоянно взаимодействуют, обеспечивая перемещение всей биомеханической системы в пространстве и во времени. При взаимодействии с внешней средой возникают и действуют на всю систему «лыжник - лыжи» внешние силы: реакции опоры, сопротивления воздуха и инерции. Кроме этого, на лыжника действует и сила тяжести. К внутренним силам относятся сила тяги мышц, реактивные, инерционные частей тела и упругие силы.

Силы тяги напряженных мышц являются главными, обеспечивающими движение лыжника. В этом варианте химическая энергия переходит в механическую и обеспечивает работу мышц в преодолевающем режиме. Кроме того, в уступающем режиме увеличивается напряжение мышц, что вызывает возникновение упругих сил. Это увеличивает скорость в наступающем вслед за этим преодолевающем движении в обратном направлении. Преодолевающая работа мышц обеспечивает все движения лыжника на ровной лыжне и при скольжении в подъем. При недостатках в технике проявляется вредное влияние мышечных сил при управлении движениями в связи с несвоевременным и ненужным направлением мышц-антагонистов.

Силы инерции отталкивания возникают при отталкивании от опоры. В лыжных ходах силы инерции увеличивают в нужный момент давление на снег и улучшают, когда это необходимо, сцепление лыж со снегом. Силы инерции, возникающие при маховых движениях, направлены от опоры при ускоренном перемещении туловища и конечностей. Они способствуют большому напряжению мышц ног и рук при отталкивании, а также усиливают сцепление мышц со снегом. При активном замедлении скорости движения сила инерции уже направлена в сторону движения и является движущей силой. Несвоевременное ускоренное перемещение частей тела (например, в свободном скольжении вверх) может вызвать отрицательный эффект в действиях лыжника: увеличивается давление лыж на снег и происходит уменьшение скорости скольжения и длины проката.

Силы реакции опоры возникают при отталкивании и равны по величине и обратны по направлению силе толчка ногой. Сила реакции по величине может значительно изменяться от нуля до силы, большей массы тела лыжника более чем в 2 раза. К концу отталкивания сила давления на опору снижается, приближаясь к нулю.

Силы трения возникают при взаимодействии лыж со снегом. Сила трения при скольжении зависит от величины нормального давления лыжи на снег; его увеличение приводит и к замедлению скольжения. Сила трения сцепления во многом определяет угол срыва лыжи при отталкивании (проскальзывание). Улучшение сцепления лыж со снегом во многом зависит от применения мази с более высоким коэффициентом сцепления.

Сила тяжести лыжника всегда направлена отвесно и считается приложенной к ОЦТ. На равнине сила тяжести прижимает лыжи к снегу и во многом определяет силу трения, на склонах она может быть разложена на составляющие.

При перемещении тела лыжника вверх или вниз в связи с ускорением к силе тяжести прибавляется или вычитается сила инерции. Силы сопротивления воздуха возникают при относительном перемещении лыжника и потока воздуха. Лобовое сопротивление, возникающее при этом, зависит от площади поперечного сечения тела, перпендикулярной к потоку воздуха, а также от квадрата относительной скорости (лыжника и воздуха) и коэффициента лобового сопротивления. Коэффициент лобового сопротивления зависит от формы тела и его положения относительно потока воздуха. При малых скоростях при передвижении по равнине сопротивлением воздуха можно практически пренебречь (если нет встречного ветра, достаточно высокой скорости). Но при спусках силы сопротивления воздуха нельзя не учитывать. При попутном ветре, скорость которого равна скорости перемещения лыжника, сопротивление воздуха исчезает. А при более сильном попутном ветре поток воздуха становится уже движущей силой.