лыжные смазки. диплом 2003 лыжи. Анализ научнометодической литературы
 Скачать 268 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение Актуальность: Сегодня не надо кому-нибудь доказывать, что качество скольжения лыж – важный фактор в достижении высокого результата в лыжном спорте. Однако добиться превосходного скольжения - одна из не простых задач для тренера (сервисмена) и спортсмена. Стоит только упомянуть, например, что проигрыш во времени всего лишь 0,1с. на тридцатиметровом отрезке дистанции (при тестировании лыж) приведет к потере на пятнадцатикилометровой дистанции около 1 минуты. В борьбе за высшие награды высококвалифицированных спортсменов, когда счет идет на десятые и сотые доли секунды, компенсировать такое отставание за счет других факторов, и, в частности, различных сторон подготовленности невозможно. Поэтому вопрос подготовки скользящей поверхности лыж к соревнованиям является весьма актуальным. Научные исследования в этой области проводятся многими зарубежными специалистами ведущих фирм, разрабатывающих и производящих лыжную продукцию. Отдельные технологические разработки отечественных производителей, несмотря на практически полное отсутствие, до последнего времени, экономической и теоретической базы, не уступают, а порой и превосходят иностранные образцы, но это, в основном, результат деятельности отдельных энтузиастов или маленьких творческих лабораторий, значительно изменило ситуацию с финансированием отечественных разработок предстоящая олимпиада 2014г. В г. Сочи. Бюджет на эти нужды увеличили в несколько десятков раз. Подготовка лыж – интересная область деятельности, которая может стать хорошей темой для беседы с любым лыжником. Иногда лыжи совсем не скользят, иногда скользят очень хорошо, но в подъем не «держат», а на спуске тормозят «тупят»: эти выражения спортсмены-лыжники часто употребляются после соревнований. Иногда причиной усталости называют смазку, и это бывает оправданно. Смазка – это сложно или просто? Смазка – это не тайная наука и не магия, если ее не хотят превратить в таковые. В большинстве случаев смазка лыж – это приятное занятие при наличии соответствующих рабочих инструментов и увлечение, если учитывать рекомендации изготовителя смазки, опыты, накопленные знания и постоянное самообразование, но все же на профессиональном уровне это очень тяжелая и кропотливая работа, требующая большой ответственности. Только таким образом можно постигнуть «тайны» смазки. Лыжники профессионалы и любители нуждаются в разной по сложности информации о смазке для лыж. В настоящей работе обобщен имеющийся опыт, сделан критический анализ, исследованы различные методики обработки и подготовки лыж к соревнованиям, а также выявлены наиболее эффективные способы тестирования лыж, что очень важно при подготовке к старту в условиях острого дефицита времени, особенно при резко меняющихся метеорологических факторах. Для выявления наиболее эффективных способов подготовки скользящей поверхности лыж к соревнованиям, были проведены исследования, был обобщен опыт работы тренеров и специалистов в этой области, переведены и проанализированы рекомендации фирм производителей лыжных смазок, проведены специальные исследования. При изучении смазки учитывались не только их скользящие свойства и статическое трение, но и рабочая стабильность (стойкость). Цель исследования: создание объективной, обобщенной базы данных высокофторированных лыжных смазок. Отбор наиболее подходящих мазей для условий высокой влажности (свыше 90%). Задачи: тестировать смазки, которые предполагается использовать национальной сборной командой России по лыжным гонкам, в условиях высокой влажности; изучить скользящие свойства лыжных смазок, в определенных климатических условиях; отобрать лучшие варианты смазки скольжения. Этапы исследования: Изучение специализированной литературы, рекомендаций Планирование исследования, проверка оборудования Проведение эксперимента с 20.03.20011 по 15.03.2011 г. Обобщение и систематизирование всех изученных данных Сервисмены (тренеры по смазке) Кондратенко И. Н.; Пичугин М. Б.; Сидоров В. В.; Бородавко Ю. В.; Трифонов П. А. Используемое оборудование и смазка Откаточные лыжи FISCHER серии Test. Тестируемая смазка (swix, rex, vauhty, took, 9элемент, vortex) Rode (professional) База исследования: Краснодарский край, г. Сочи. Глава 1. Анализ научно-методической литературы 1.1.Факторы, влияющие на скольжение и выбор смазки Температура Температуры, указанные на упаковках большинства мазей - это температуры воздуха. Первая отправная точка при выборе мази - это замер температуры воздуха в тени. Это необходимо сделать в нескольких точках вдоль трассы, особо учитывая то, какая точка является наиболее критической, вроде равнинного участка. Полезно знать также температуру поверхности снега. Но надо помнить, что, достигнув точки замерзания (0,5°С), температура снега дальше расти не будет, как бы ни поднималась дальше температура воздуха. В этом случае лучше использовать температуру воздуха и обратить большее внимание на определение содержания воды в снеге. Влажность Влажность важна, необходимо каждый раз точно измерять ее процентную величину. Важно знать, проходят ли соревнования в зоне сухого климата, со средней влажностью до 50%; нормального климата 50-80% или влажного климата от 80% до 100%. Помимо этого, конечно, надо отметить ситуацию, когда выпадают осадки. Зернистость снега Для выбора мази важен также вид кристалла снега и получающейся из него снежной поверхности. Падающий или очень свежий только что выпавший снег – наиболее критическая ситуация для смазки. Острые кристаллы требуют мази, которая не допускает проникновения кристаллов снега, а при более высоких температурах она должна обладать еще и водоотталкивающими свойствами. При положительных температурах воздуха температура снега остается равной 0,5°С. Количество воды, окружающей ледяные кристаллы, возрастает до тех пор, пока снег не становится насыщенным водой. В этом случае требуются сильно водоотталкивающие мази и накатка крупных желобков на скользящую поверхность. Мелкозернистый снег, острые кристаллы требуют накатки узких, более мелких желобков. Более старый, лежалый снег при средних зимних температурах требует накатки средних желобков. Вода и большие, круглые снежные кристаллы требуют накатки крупных желобков. Приблизительно влажность воздуха можно определить и без гигрометра: ясное безоблачное небо – ниже 75%; редкие облака, или облачно (тонкий слой облаков) – 75 – 85%; «тяжелая» облачность, снегопад – 85 – 95%; дождь – 100 % Другие факторы Снег меняется от свежего нового снега до льда. Это означает, что свойства снега также меняются между крайними точками. Чтобы удовлетворить и крайним условиям, и всем промежуточным, необходимо достаточное количество мазей и соответствующее им профилирование (структура) скользящей поверхности. Атмосфера и состояние снега непрерывно изменяется. Снег под влиянием атмосферных явлений может нагреваться или охлаждаться. Скорость изменений зависит от температуры воздуха и влажности. Так, переувлажнение воздуха вызывает конденсацию на поверхности снега, в результате чего выделяется скрытая теплота, и возникает необходимость использовать более теплые мази, чем следовало бы исходя только из температуры. С другой стороны, при сухой погоде происходит сублимация снега- процесс, отнимающий тепло от слоя снега. Это требует применения более твердых мазей, чем диктуется температурой воздуха. Ветер легко может изменить картину поверхности снега. По переметенному ветром снегу лыжи, как правило, скользят плохо. Это происходит потому, что частицы снега дробятся на более мелкие, которые трутся друг о друга, в результате снег становится более плотным. Большая плотность поверхности увеличивает площадь контакта между лыжней и снегом, что ведет к более высокому трению. Альбедо, или отражательная способность, является важным фактором, хотя нередко упускается из виду. Альбедо поверхности снега определяет количество энергии солнечного излучения, поглощаемого поверхностью снега. Отражательная способность зависит от размеров и плотности снежного зерна, угла возвышения солнца, высоты местности над уровнем моря и степени загрязненности поверхности снега. Сухой, чистый снег при низко стоящем солнце может иметь альбедо около 95%; это означает, что практически все падающее излучение отражается. Очень грязный, пористый, сырой снег может иметь альбедо в промежутке от 30% до 40%; в этом случае примерно 2/3 падающего излучения поглощается снегом. Падающее излучение является коротковолновым (видимый свет). Земля, в достаточно хорошем приближении являющаяся нагретым черным телом, испускает длинноволновое тепловое излучение (в основном дальняя инфракрасная область). В ясную погоду за счет этого излучения почва может заметно охлаждаться. В облачную погоду тепловое излучение отражается облаками, что ведет к потеплению. Все это означает, что, в дополнение к температуре и влажности, Вам надо еще учесть, охлаждается или нагревается поверхность снега в результате процессов, связанных с излучением, так как ход этих процессов может не зависеть от температуры. В общем, необходимо чувствовать, что происходит, в терминах средней температуры воздуха, температуры снега, влажности и содержания воды в снеге. Также определить тенденции изменения погоды в течение дня, например, как быстро теплеет с раннего утра до времени гонки около полудня. При тренировках обратить внимание на то, нет ли тенденции к резкому подъему температуры в часы соревнований. Эта информация о тенденциях погоды должна быть принята во внимание при выборе мази. Характер трения снега Обычно при смазке гоночных лыж трение снега делится по характеру на три разновидности: 1. Мокрое трение снега. Температуры положительные. Снег, насыщенный свободной водой между кристаллами. Трение определяется как смазывающим свойством водяных капель, так и сопротивлением в результате подсасывания на толстых водяных пленках. 2.Промежуточное трение. Температуры примерно от 0,5°С до -12,5°С. Трение с долей скольжения, зависящей от температуры. Элемент мокрого трения определяется водными пленками различной толщины (зависящей от температуры), окружающими ледяные кристаллы. 3.Сухое трение. Температуры примерно от -12,5°С и ниже. С понижением температуры толщина смазывающих водных пленок падает до тех пор, пока их влияние на трение снега не становится совсем незаметным. Трение в этом случае начинает определяться деформацией кристаллов снега, их срезанием, вращением и т.п. Для овладения искусством подбора лыжных мазей необходимо знать природу и особенности самого снега. Различают три основных вида снега: 1) падающий снег в атмосфере; 2) снег на поверхности земли; 3) иней и морозные образования на земле, являющиеся собственно не снегом, а видами льда. Снег в атмосфере. Снег является твердым осадком, он существует в виде скоплений ледяных кристаллов. Кристаллы могут иметь весьма различную форму, но все они шестиугольные. Любые осадки начинаются с образования водяных паров в атмосфере. Когда температура становится достаточно низкой, эти пары конденсируются, образуя облака, которые могут состоять из водяных капель или кристалликов льда. Снежные кристаллики растут до тех пор, пока в атмосфере имеется избыток водяного пара. Достигнув определенных размеров, они начинают падать на землю, В зависимости от условий в тех воздушных слоях, сквозь которые проходят кристаллики, они могут принимать различные внешние очертания. Кристаллик, который, в конце концов, касается поверхности земли, может иметь весьма сложную форму, но это может быть и совсем простая шестиугольная пластина льда, не подвергшаяся с момента её образования существенным изменениям, форму кристалликов определяют температура и состав водяного пара в слоях облаков. При выборе мазей структура падающего снега играет первостепенную роль. Кристаллики, покрытые тонким слоем инея с переохлажденными, а затем замёрзшими капельками воды, заслуживают большого внимания. Хотя температура воздуха говорит в пользу применения довольно твердой мази, например, зеленой, при таких условиях нередко возникает необходимость воспользоваться более мягкой мазью, например, синей, или даже синей «экстра», чтобы обеспечить достаточное сцепление. Такой снег часто выпадает в прибрежных районах. Звездообразные кристаллики же очень остры, и лыжи плохо скользят. Если выпадает такой снег, а температура воздуха такова, что можно использовать синюю мазь, следует воспользоваться более твердой - зеленой. Именно эта мазь обеспечит достаточное сцепление, и будет работать в этих условиях дольше. Снег на поверхности земли. Этот тип снега определяет выбор мази. В тот момент, когда падающий снег касается земли, начинается его перестройка (метаморфоза снега). Описание и классификация снега на земле в зависимости от погоды и ветра представляет собой проблему несколько отличную от той, с которой мы сталкиваемся при изучении падающего снега. В известном смысле эта проблема более проста, поскольку мы имеем тут дело с меньшим числом форм, но вместе с тем возникают и некоторые сложности, так как снег на земле подвергается непрерывным изменениям. Снежное покрытие состоит из воды в твердой форме, то есть льда и снега, и газа (влажный воздух и водяной пар), циркулирующего в пространстве между снегом и частицами льда. Когда начинается таяние, то поры между кристалликами заполняются водой. Снег можно классифицировать и по возрасту, содержанию влаги, размеру кристалликов, их форме, твердости и пористости (соотношению объем пар/общий объем). Свежевыпавший снегобладает плотностью около 0,1г/см2. Достигая поверхности земли, он образует покров различной толщины, в зависимости от рельефа местности и т.п. В среднем можно считать, что 1 мл осадков соответствует 1 см снежного покрова. В верхних слоях снежного покрытия плотность колеблется от 0,25 до 0,4г/см2. С увеличением глубины плотность немного возрастает. Снежная метель. Воздействие ветра. При метели и сильном ветре падающий и уже выпавший снег смешиваются и вихрями взметаются с поверхности земли, двигаясь по направлению ветра. В этих условиях отличить свежий снег от старого без микроскопа просто невозможно. От трения друг о друга и о поверхность земли все кристаллики вскоре становятся относительно более мелкими и менее округлыми. Вихри снега над поверхностью земли на ровных участках местности возникают при скорости ветра свыше 5-7 м/сек. При увеличении скорости ветра снежный буран растет в высоту: при 10 м/сек он превышает рост человека. В снежную бурю в горах видимость может падать до 5м. Лыжи идут плохо, туго, скольжение плохое из-за того, что кристаллики снега мелкие и слипшиеся. Даже лучшая мазь не обеспечит хорошего скольжения и сцепления лыж при такой погоде. При температуре около 0°С это превращение будет идти быстро, а при морозе – 40°С – очень медленно. Поскольку процесс этот уничтожает и стирает первоначальные кристаллические формы, его называют разрушающим или деструктивным. Окончательным продуктом разрушения является зернистый тип снега с плотностью 0,5-0,6 г/см2. Зерна имеют округлую форму, связь между ними рыхлая. Среди них преобладают зерна размером от 0,5 до I мм, и лишь немногие бывают меньше 0,2 мм. Созидающие превращения: маленькое снежное зернышко растет. Вокруг первоначального кристаллика путем конденсации образуется новый пирамидообразный, который нередко называют чашевидным. Процесс этот зависит от разницы температур в снежном покрове. Наилучшие условия для его протекания существуют в ближайшем к поверхности земли слое, поскольку именно тут благодаря теплу почвы температура бывает более высокой. Самая большая разница температур наблюдается обычно в середине зимы, когда на поверхности температура может быть, например, -20 - (-30)°С, а на полметра глубже, благодаря теплоизолирующим свойствам снега - лишь 0°С. При таких условиях образуются крупные чашевидные кристаллы. Этот тип снега обладает минимальной способностью выдерживать нагрузки веса и натяжения. Любое внешнее воздействие может вызвать снежные обвалы. Поэтому при беге по крутой горной местности следует проявлять особую осторожность. Таяние снега. Снег подвергается быстрым изменениям, когда температура воздуха минует нулевую отметку: он все больше оседает по мере того, как округляются его кристаллики. Мокрым называется снег, который содержит свободную воду. Сам процесс таяния в снежном покрове достаточно сложен. Талая вода стекает вниз и замерзает в другом слое снега. Образуемые при этом кристаллики достигают 3мм в диаметре, в свою очередь они могут склеиваться в зерна диаметром до 15мм. Если таяние идет медленно, то значительная часть образовавшейся воды может задерживаться в порах между снежными зернами. Когда весь снежный покров прогревается до 0°С начинается собственно период таяния, и все поры насыщаются водой. Тогда говорят, что снежный слой уже созрел и предстоит сток талых вод. В таких условиях применяют только клистерные мази. Мороз и образование инея. На поверхности снега может образовываться иней, который подвергается тем же трансформациям, что и обычные снежные кристаллики. Водяные пары в воздухе могут образовывать иней путем возгонки, как только температура опускается ниже нуля. При этом температура снежного покрова (или твердого тела) должна быть ниже температуры образования росы в воздухе. Иногда переохлажденные капельки воды замерзают, соприкасаясь с твердыми предметами в воздухе или на поверхности земли при температуре ниже 0°С. Когда на снегу из-за возгонки образуются большие листообразные ледяные пятна, то лыжники, которым доводилось бежать по такому снегу вряд ли забудут это особое ощущение почти полного отсутствия трения. Под лыжами слышится похрустывание - это трескаются рыхлые кристаллики. Причину столь малого трения нетрудно понять. Кристаллики имеют вид неправильных, полых шестигранных тел без острых или выступающих концов. Благодаря этому их взаимное трение и трение о другие тела чрезвычайно мало. Подобные условия возникают обычно зимой, когда ночью стоит ясная погода и дует слабый ветер. Существует и другой тип снежной поверхности, мы можем часто видеть его весной в горах. Здесь такие факторы, как холодный воздух (ниже 0°С), потери тепла от излучения и испарения могут, воздействуя совместно на снежную поверхность, заметно охладить её, и в то же время, солнечные лучи настолько сильны, что сильно прогревают снег, и он начинает подтаивать в глубине. При взаимодействии этих факторов образуемая при таянии вода замерзает, постепенно создавая тонкую ледяную пленку. Находящийся подо льдом снег становится мокрым. Если лыжник попадает на такие участки до того, как лед начинает проваливаться, он и здесь насладится феноменальным скольжением по зеркальной стекловидной поверхности снега: пленка под лыжами трескается, хрустя и поскрипывая, скорость на спусках очень велика, и лыжник несется по снегу с минимальной затратой сил. Идеальная смазка гоночных лыж для классического хода должна обеспечивать как малое трение при скольжении, так и высокое статическое – при толчке. Как известно, при трении лыж о снег выделяется тепло, которое способствует образованию тончайшей пленки воды. Присутствие воды экспериментально доказано путем измерения электрического сопротивления. Большинство знает по опыту, что сопротивление скольжению возрастает с понижением температуры. Испытания на снегу с примерно одинаковой степенью зернистости показали, что наилучшее скольжение бывает при температуре -4°С. По мере понижения температуры трение возрастает. При -35-45°С лед обладает той же твердостью, что и полевой шпат, а трение при скольжении по нему будет таким же, как и по песку. Когда температура снега достигает 0°С, кинематическое трение будет зависеть от содержания в нем воды. Чем больше талой воды, тем больше контактная поверхность и, следовательно, тем выше сопротивление. Исследования показали, что трение на крупнозернистом снегу вдвое меньше трения на свежевыпавшем снеге, при одинаковых температурах. Снежное покрытие под давлением лыжи спрессовывается, принимая в известной мере форму лыжи, При поверхностном наблюдении может показаться, что вся скользящая поверхность контактирует со снегом. Однако этого не происходит, лыжи опираются на самые верхние края частиц снежного покрытия. Следовательно, непосредственный контакт между лыжами и снегом бывает лишь в ряде точек, и именно в этих точках при каждом толчке возникает сопротивление. После завершения скольжения лыжи 0,1- 0,2 секунды стоят неподвижно. Таяние прекращается, и тонкий слой жидкости исчезает. Снежные кристаллики проникают в контактную поверхность, создавая сцепление. Именно здесь существенным фактором служит смазка. Твердость мази должна быть подобрана соответственно твёрдости кристалликов так, чтобы возникло сопротивления движению, но в то же время мазь не должна настолько мягкой, чтобы снег стал налипать на лыжи. Если при выбранной мази лыжи отдают назад, значит, она слишком тверда, и снежным кристалликам не удается проникнуть в слой мази. При правильном выборе смазки, закрепившиеся на лыже снежные кристаллики, тотчас будут сметены, как только она снова придет в движение. Если температура снега повышается, приближаясь к нулевой отметке, то слой жидкости или часть его может оставаться на лыже и после того как закончится фаза скольжения. Если мы не положим в такую погоду мягкую мазь, лыжи будут отдавать назад. Когда температура воздуха поднимается выше 0°С, трение скольжения начинает быстро уменьшаться. Вообще же это трение бывает более сильным на свежем снегу, а не на старом крупнозернистом, наименее заметно оно на чистом льду. Подготовка лыж к соревнованиям производится, учитывая все погодные условия, рельеф трассы и личный опыт. Для совершенствования методов извлечения максимума возможного из своих лыж, и разработки стратегий противодействия тенденции снега замедлять лыжи посредством силы трения, оказываемой на скользящую поверхность, очень важно иметь элементарное представление о снеге. |