Физика в фигурном катании

Т.Н.Калашникова,
учитель физики МАОУ «Ангарский лицей №1»

М.М.Кудимова,
ученица 10 физико-математического класса

Фигурное катание - один из самых красивых и элегантных видов спорта. Оно пользуется большой популярностью во всём мире. У многих возникает вопрос - как фигурное катание связано с физическими законами? Для ответа на этот вопрос выделим основные моменты.

В фигурном катании выделяются основные технические элементы:

1. Скольжение по дуге. Важной характеристикой скольжения является наклон продольной оси тела к поверхности льда. Он определяет реберность скольжения - одно из основных условий высокого качества выполнения всего комплекса элементов фигурного катания, где ρ - радиус кривизны следа.

В формулу не входит масса тела. Отсюда первый вывод: угол наклона продольной оси тела фигуриста зависит только от величины радиуса дуги и скорости скольжения.

При изучении техники скольжения полезно знать выражение силы взаимодействия конька со льдом.

Величина давления конька опорной ноги на лед определяется формулой:

Так как косинус угла всегда меньше единицы, то из формулы следует вывод: при скольжении по дуге в состоянии динамического равновесия давление конька на лед всегда больше веса фигуриста и равно ему при скольжении по прямой.

2. Вращательные движения фигуриста. Особой важностью вращательных движений приведем некоторые упрощенные положения механики вращательного движения фигуриста вокруг вертикальной оси. Величина угловой скорости определяется отношением угла поворота тела к времени, за которое произошел поворот:

3. Движение в полете.

Анализ кинограмм показывает, что в хорошо выполненном прыжке движение оси вращения тела близко к поступательному.

Поступательное движение тела. Уравнение движения центра тяжести тела, брошенного под углом к горизонту, в проекциях на оси координат х и у без учета сопротивления воздушной среды выглядит следующим образом:

где α₀ - угол вылета; V₀ - начальная скорость вылета; g - ускорение свободного падения.

4. Взаимодействие конька со льдом. Характер взаимодействия конька со льдом зависит от трех основных факторов: силы трения, положения вектора силы тяжести тела относительно опорного конька и сгибательно-разгиба-тельных движений толчковой ноги. Амортизационная перегрузка. В начальный момент приземления на тело фигуриста действует сила, называемая амортизационной перегрузкой - F_am. Эта сила возникает в результате того, что перед началом приземления тело фигуриста обладает некоторой величиной кинетической энергии (энергии движения). В конце фазы амортизации величина кинетической энергии движения по вертикали равна нулю, т.е. вертикальная составляющая скорости тела (VB) уменьшается до нуля. Процесс погашения вертикальной составляющей скорости полета сопровождается появлением дополнительной нагрузки на опорно-двигательный аппарат фигуриста. Средняя величина амортизационной перегрузки может быть приближенно определена по формуле:

где m - масса тела фигуриста, Vв - вертикальная составляющая скорости центра тяжести тела перед приземлением, Δ у - вертикальное перемещение центра тяжести тела при амортизации.

В практической части отрабатывали прыжок сальхова. Была измерена скорость в момент прыжка (радаром) и радиус кривизны(рулеткой), оставленный на льду коньками. Рассчитали угол по формуле:

Полученные результаты приведены в таблице

По результатам, приведенным в таблице можно сделать вывод: оптимальный наклон продольной оси тела от 45-60°. Так же, чем больше скорость и меньше радиус, тем прыжок более уверено выполнен. Практическая значимость проведенного исследования в том, что с помощью данных рекомендаций, применяя знания физических законов при исполнении элементов, можно ускорить освоения новых элементов и улучшить технику исполнения элемента в более короткие сроки.

Литература

1. Мишин А.Н. Фигурное катание на коньках. - М.: Физкультура и спорт, 1985.
2. Доклад на тему "Динамика фигурного катания". http://mozg.by/content/fizika-v-figurnom-katanii
3. Виноградова В.И. «Основы биомеханики прыжков в фигурном катании на коньках». Москва: Советский спорт, 2013.