22.03.2010, 20:42

Олимпийская наука: зимняя сессия

Миновали зимние Олимпийские игры в Ванкувере. Спортсмены пяти континентов показали, на что они способны. Порой казалось, что они умеют подчинять себе законы физики и гравитации, не говоря уже о недюжинной воле к победе и великолепной физической подготовке. Что ж, посмотрим на Олимпиаду с точки зрения науки.

Дэвид Коберн

Теги:

Как это устроено

Спорт

Audi

Винтовка

Штраф

Слалом: повороты на скорости 80 км/час

На олимпийских состязаниях лыжники добровольно идут на перегрузки до 3,5 g –больше, чем у астронавтов в космическом челноке в минуты старта. Скорости при этом такие, что на дорогах в большинстве американских штатов без штрафов они бы не обошлись. Когда же лыжник со склона попадает на ровный участок, от него требуется подготовка высочайшего класса, чтобы устоять под воздействием силы, вжимающей спортсмена в землю. «Многие из нас могут выжать ногами вес в 400 кг, но по сравнению с горным спуском это просто чепуха», — говорит Тед Лиджети, олимпийский чемпион 2006 года в горнолыжной комбинации (она представляет собой общий временной зачет при одном прямом спуске и двух проходах слаломной трассы).

Лыжи Тед Лиджети пользуется лыжами марки Rossignols, изготовленными из древесины и ламинированного металлом стеклопластика. Более короткие лыжи позволяют спортсмену закладывать более крутые повороты, а длинные позволяют набрать более высокую скорость. Минимальная длина лыж: 165 см для трассы, изобилующей крутыми поворотами и 185 см для гигантского слалома. Колени Колени горнолыжника испытывают на поворотах огромные нагрузки: боковой крутящий момент порядка 150 Н-метр и силу давления на сустав величиной около 1500 Н. Примерно такой же крутящий момент развивают двигатели снегоочистительных машин, используемых на горных курортах. Повороты В поворотах лыжник испытывает такие перегрузки, что 80-килограммовый спортсмен чувствует себя 300-килограммовой тушей. Если в повороте сильно согнуть колени, держа при этом корпус прямо, то на выходе из ворот можно набрать очень высокую скорость. Трасса На трассе гигантского слалома для мужчин (к примеру, трасса Дэйв Мюррэй на горе Уистлер – см иллюстрацию выше) уклон достигает 40 градусов. Спортсмены входят в слепые повороты на скорости 80 км/час, а на прямых участках разгоняются до 145 км/час.

Повторить свой успех Лиджети не удалось: Олимпийское золото в комбинации в Ванкувере завоевал другой американец — Боде Миллер. Оба же заезда в слаломе-гиганте легко выиграл швейцарский спортсмен. Карло Янка. Слаломная трасса составляет в длину 750 м с перепадом высот в 217 м, на ней установлено 65 ворот. В гигантском слаломе ворот на десяток меньше, зато длина трассы вдвое больше (1570 м), а вертикальный перепад составляет уже 443 м.

Хоккей на льду: полёт шайбы на скорости 160 км/ч

Когда нападающий бьёт по воротам с десяти метров, сила его удара превышает 50 кг, и у вратаря в запасе есть всего 200 миллисекунд, чтобы отреагировать на летящую в его сторону шайбу – кусок резины в 2,5 сантиметра толщиной и 7,5 сантиметров в диаметре. Рефлексы профессионального вратаря намного быстрее, нежели рефлексы обычного человека. Даже хоккеисты высшего класса иногда говорят, что их поражает скорость и уровень подготовки человека, стоящего в воротах их собственной команды.

Размах Когда клюшка находится в верхней точке, руки у хоккеиста разведены на 40-60 см, плечи и грудь расправлены, мышцы расслаблены и готовы к мгновенному сокращению. Подготовка к удару За несколько миллисекунд до контакта клюшки и шайбы, первая начинает касается льда и скребёт по нему последние 25-30 сантиметров до контакта, при этом изгибаясь примерно на 30 градусов. В результате в клюшке, как в пружине, формируется упругое преднапряжение, и в момент удара, высвобождаясь, оно позволяет удвоить скорость запущенной шайбы. Контакт Преднапряжение в клюшке позволяет увеличить время контакта между клюшкой и шайбой, что позволяет более эффективно разогнать последнюю. У игроков экстра-класса время контакта может длиться до 40 миллисекунд. Для сравнения: в гольфе взаимодействие между клюшкой и мячиком продолжается меньше миллисекунды. Клюшка Материал, из которого изготовлена клюшка, является делом личных предпочтений: она может быть деревянной, кевларовой, углепластиковой, сделанной из графитового композита или даже обычного алюминия. Многие хоккеисты предпочитают пользоваться композитной моделью, которая лучше всего гнется в нижней части. При использовании такого инструмента уда получается более скоростным. Одним ударом двух зайцев При ударе по уже движущейся шайбе энергия удара можно плюсуется к уже имеющейся кинетической энергии. В результате пущенная шайба движется заметно быстрее.

Биатлон: стрельба по мишеням при пульсе 170 ударов в минуту

Состязания по биатлону требуют недюжинной выносливости и великолепной стрелковой подготовки. Спортсмены должны пробежать 20 км с винтовкой за плечами, остановившись на маршруте 4 раза для стрельбы по мишеням – чередуя положение лежа и положение стоя. Винтовки калибра .22 (соответствует российскому «малому калибру» 0,56 мм) не имеют оптических прицелов, а промах по мишени влечет за собой штрафной пробег по 150-метровому кругу. Бывший член американской команды Шон Маршалл-Прайд некогда сравнил эти состязания с необходимостью «взбежать пешком на 25 этаж, а потом пять раз безошибочно продеть нитку в игольное ушко». Для успеха в биатлоне необходимо поддерживать идеальную физическую форму. К примеру, спортсмен должен уметь за считанные секунды снижать свой пульс хотя бы на 20 ударов в минуту, чтобы при стрельбе не дрогнула рука.

Пульс Четырехкилометровая пробежка доводит пульс спортсмена до частоты 190 ударов в минуту. К началу стрельбы нужно снизить пульс хотя бы до 170 ударов. Винтовка Простой механический затвор винтовки открывается указательным пальцем, а защелкивается большим. При этом стрелку не приходится менять позу, и все 5 выстрелов можно сделать менее чем за 20 секунд. Вес Винтовка должна весить не менее 3,5 кг. «Когда винтовка тяжелее, с ней труднее бежать, зато она нет так сильно дрожит в руках и точнее бьет», — утверждают бывалые биатлонисты. Ружейная ложа Член американской олимпийской команды Тим Берк заменил на своей винтовке фирменную ложу из древесины ореха на ложу, сделанную по спецзаказу немецким мастером по дереву. «Все винтовки настолько различаются, — говорит он, – что невозможно выйти на дистанцию, позаимствовав ствол у товарища».

Бобслей – крутые виражи на скоростях более 150 км/час

В 1992 году знаменитый гонщик NASCAR, победитель гонки «Дайтона 500» Джефф Бодайн решил посвятить себя возрождению бобслея как вида спорта. При поддержке автодизайнера Боба Канео он открыл компанию под названием Bo-Dyn и начал производство штучных саней. «Итальянцы работают с Ferrari, у англичан есть McLaren, швейцарцы воспользовались услугами Audi, — говорит Канео. – Но именно мы стали первыми, кто догадался использовать автогоночные технологии при изготовлении спортивных саней». Инженеры из Bo-Dyn потратили почти два десятилетия, отрабатывая подвеску и форму кузова, экспериментируя с различными сплавами при изготовлении полозьев. Результат налицо: в прошлом феврале американская команда выиграла свой первый Чемпионат Мира за 50 лет. Боб Канео искренне считает, что треть любого спортивного успеха обеспечивается инженерно-технической частью.

Трасса Санный центр Уистлер на горе Блэккомб (схема внизу) – это самая крутая в мире бобслейная трасса. На дистанции в полтора километра перепад высот составляет 150 м. При таком уклоне можно достигать скорости в 150 км/час Кузов Кузов боба весит 200 кг и представляет собой комбинацию из кевлара, стеклопластика и углепластика. Американская команда обратилась в компьютерную фирму Exa, чтобы последняя смоделировала вихревые потоки, возникающие при обтекании боба воздухом. Эти расчёты позволили мнимизировать вихри, образующиеся за головой гонщика и обеспечить минимальное сопротивление воздуха. Шасси и подвеска В результате вибраций боба теряется значительная доля кинетической энергии, поэтому боб каждый раз нужно адаптировать к новым погодным условиям, состоянию трассы, усталости металла и ожидаемым перегрузкам путём регулировки шасси и подвески саней. Полозья Сталь, которую используют в лезвиях полозьев, стандартизована регламентом, так что конструкторам остаётся варьировать их форму, причём счёт идёт на сотые доли миллиметра. В этом серьёзно помогает поддержка со стороны производственных предприятий по изготовлению высокоточных деталей для реактивных самолетов и подводных лодок.