Физика в фигурном катании

Реферат по физике

На тему

«Физика в фигурном катании»

Оглавление.

Введение.

Скольжение.

Условия скольжения.

Скольжение по дуге.

Прыжок.

Период разбега.

Период толчка.

Создание начального вращения.

Период полета.

Поступательное движение тела.

Период приземления.

Амортизационная перегрузка при приземлении.

Кривизна дуги и положение продольной оси при приземлении.

Заключение.

Список литературы

Приложение 1.             

Приложение 2 (прыжки).

Приложение 3.

Введение.

Фигурное катание – один из самых красивых и элегантных видов спорта. Оно пользуется большой популярностью во всём мире. История этого прекрасного спорта началась много веков назад. А первое письменное упоминание о Фигурном катании встречается в «Хронике знатного города Лондона» (1147г.) написанной монахом Стефаниусом[1].

Как плавно скользят спортсмены по льду, какие точные прыжки выполняют! Но как им это удаётся? Меня очень заинтересовал этот вопрос. В своей работе я попыталась найти на него ответ.

Цель моей работы - изучить физику движений фигуриста, выяснить, почему же фигурист скользит по льду и обосновать закономерность выполнения элементов программы через основные законы физики.

За основу своей работы я взяла книгу Мишина А.Н. «Физкультура и спорт». Я отдала предпочтение этой книге потому, что в ней наиболее подробно описывается техника прыжков, эта книга помогла мне разобрать элементы фигурного катания со стороны физики, и дополнением к этой работе были труды: Исаковой М.Г. и Панова Г.М. «Конькобежный спорт», Айзермана М.А. «Классическая механика», Грибовского Р.И. «Курс физики», Перышкина А.В. и Гутника Е.М. «Физика 9 класс».

В результате работы с источниками сложилась следующая структура моего реферата. Реферат состоит из: введения, раскрывающего актуальность темы, обосновывающего выбор темы, формирующего цели и задачи, которые я ставлю перед собой для раскрытия темы; основной части, состоящей из двух глав которые последовательно раскрывают тему моего реферата. Первая глава состоит из двух разделов описывающих скольжение. Вторая глава состоит из пяти разделов, которые в полной мере раскрывают физическую сторону прыжка. Заключение обобщает знания в области физики, полученные в ходе выполнения данной работы.

Я считаю, что тема моего реферата актуальна, потому что фигурное катание достаточно популярный вид спорта, и, чтобы улучшить свои результаты новичку или спортсмену необходимо изучить элементарные законы физики. Фигурное катание - мой любимый вид спорта. Эта работа помогла мне понять, что, хотя, успех зависит от навыков фигуриста, он тесно связан с физическими законами, пренебрегать которыми нельзя. Мне кажется, что моя работа может помочь начинающим фигуристам улучшить свои показатели в данном виде спорта.

Скольжение.

Условия скольжения.

В скольжении многое зависит от качества льда (качества поверхности скольжения). Наиболее эффективного скольжения можно добиться на закрытом катке, так как лед там заливают специальным комбайном, делая его более гладким и прочным. Двигаясь по катку, комбайн ножом срезает тонкий слой льда и наливает слой горячей воды. Высокая температура воды придает льду необходимую монолитность, так как новый слой лучше смерзается со старым. Лед, залитый горячей водой, как правило, более гладкий, не крошится и поэтому обеспечивает лучшее скольжение. Вода, используемая для заливки, должна содержать как можно меньше минеральных солей, так как они выступают тонким слоем на поверхности льда при его замерзании и ухудшают скольжение.

Итак, мы выяснили, что гладкий лед помогает фигуристу двигаться, но почему? При скольжении конька по гладкой поверхности (в данном случае по льду), комплекс сил, действующих на тело, скомпенсирован, следовательно, не мешает телу двигаться равноускоренно. При скольжении на фигуриста действуют силы: тяжести (mg), трения (F), реакции опоры (N) и результирующая сила(may ).В скольжении по гладкой поверхности участвует сила трения – трение покоя, позволяющая фигуристу отталкиваться от гладкой поверхности, когда он ставит конек на ребро, или резко остановиться при становлении конька на носок.

Почему же фигурист может скользить по льду после одного отталкивания? На самом деле все зависит от трения скольжения, показателем которого является коэффициент трения (μ). Коэффициент трения скольжения зависит от многих причин: от качества льда, его температуры и состава воды, от материала, из которого сделано лезвие конька, и заточки. Чем ниже температура льда, тем больше коэффициент трения. Лед, полученный из жесткой воды, создает большее сопротивление скольжению, чем лед из мягкой воды. При низкой температуре лед тверже, а при повышенной мягче. В первом случае скольжение затрудняется из-за твердости льда, а во втором — из-за того, что лезвие конька глубоко врезается в мягкий лед. Коэффициент трения на хорошем льду минимален, значит, и замедление при скольжении меньше. Коэффициент трения стали о лед колеблется в пределах 0,01—0,03.

Как же происходит скольжение? Под давлением лед (при небольших температурах) плавится под коньком, образуя смазку (жидкое трение), что, в свою очередь, еще уменьшает трение скольжения. Лед плавится под давлением, потому, что площадь лезвия конька маленькая, а значение силы тяжести (пропорциональное массе фигуриста) большое, следовательно, лед плавится, и фигурист плавно движется по поверхности льда.

Скольжение по дуге.[2]

Скольжение фигуриста по дуге в одноопорном положении является основным режимом движения и характеризуется такими величинами, как скорость (V), ускорение (a), радиус дуги скольжения (τ), сила трения (Fтр), удерживающая тело на дуге и параллельная оси Ox, сила тяжести (mg), сила реакции опоры (N). Для того чтобы определить, как они связаны, рассмотрим схему одноопорного скольжения (рис. 1).

Рис. 1. Силы, действующие на фигуриста при одноопорном скольжении

На тело фигуриста, скользящего по дуге окружности радиусом (τ), имеющего в данный момент скорость (V), действуют: сила тяжести (mg), сила трения (Fтр), параллельная оси Ох и направленная противоположно замедлению, сила реакции опоры (N), равная давлению фигуриста на лед и направленная по продольной оси вверх. В рассматриваемый момент тело фигуриста находится в координатной плоскости zOy, продольная ось наклонена на угол (α) к вертикали: (l) — расстояние от основного центра тяжести тела до точки опоры (О). 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 τ — радиус кривизны следа). Из данной формулы мы можем понять, что угол наклона продольной оси тела фигуриста зависит только от величины радиуса дуги и скорости скольжения.

Формула (1) связывает между собой четыре величины. Каждую из них можно выразить через остальные. Интерес представляют выражения для скорости скольжения (2) и радиуса дуги скольжения (3) [4, С.32].

Прыжок.

Обязательная программа произвольного катания включает семь элементов, четыре из которых имеют прыжковый характер. Состав элементов короткой программы демонстрирует тенденцию к возрастанию значения прыжков.

Все прыжки в фигурном катании могут быть классифицированы по группам. По способу отталкивания их можно разделить на реберные, в которых толчковую ногу ставят на лед ребром конька, и носковые—в них толчковую ногу ставят на лед передней частью, в основном на зубцы.

Толчок в реберных прыжках осуществляется одной ногой, в носковых - двумя, причем опорная нога скользит на ребре, а толчковая ставится на носок конька. В носковых прыжках фигурист отрывается ото льда сначала опорной ногой, которая таким образом становится маховой, а затем — толчковой.

Если в прыжках направление вращения тела в полете совпадает с направлением закривления дуги, на которой выполняется подготовка к толчку и толчок, такое направление условно называют положительным. В прыжках с так называемым отрицательным направлением тело в полете вращается в сторону, противоположную направлению закривления толчковой дуги. Прыжки, в которых фигурист приземляется на толчковую ногу, называют прыжками без смены ноги, а те, в которых приземление происходит на маховую ногу, принято называть прыжками со сменой ноги.

По числу оборотов различают прыжки без вращения в полете, а также с поворотом тела на 0,5; 1,5; 2; 3; 3,5 и т. д. оборотов. Одним из наиболее важных показателей сложности прыжков является число оборотов, которое совершает фигурист за время полета. В связи с этим важно знать механизм создания вращения тела вокруг продольной оси при выполнении прыжков.

Прыжок в фигурном катании на коньках состоит из взаимосвязанных движений отдельных частей тела. Поскольку характеристики частей прыжка непрерывно изменяются, то возможны и различные варианты разделения прыжка. Исходя из общепринятой схемы анализа спортивных прыжков и специфических особенностей их в фигурном катании, прыжок можно разделить на периоды и фазы:

1)     Период разбега. (Он включает фазу приобретения скорости и фазу подготовки к толчку.)

2)     Период толчка. (В него входит фаза амортизации и фаза активного отталкивания.)

3)     Период полета. (Он состоит из фазы группировки и фазы разгруппировки.)

4)     Период приземления. (В него входит фаза амортизации и фаза выезда.)

Какие же движения выполняет фигурист в этих периодах и фазах, и какие двигательные задачи решает?[4, С.11]

Период разбега.

Разбегаясь, фигурист сообщает телу горизонтальную скорость. В фазе ее приобретения спортсмен разбегается до скорости, необходимой для выполнения прыжка, чтобы придать телу кинетическую энергию поступательного движения. Для этого он делает перебежки вперед и назад, шаговые комбинации, позволяющие достичь необходимой скорости движения, которая должна быть достигнута до приближения к предполагаемому месту прыжка.

Основная особенность современной техники спортивных прыжков — высокая скорость разбега. Увеличение скорости разбега сопровождается увеличением кинетической энергии, которой обладает тело, что создает хорошие предпосылки для сообщения телу поступательного и вращательного движений.

В фазе подготовки к толчку фигурист прекращает увеличивать скорость движения, переходя к скольжению по инерции, чтобы четко определить направление своего движения и, исходя из этого, должным образом направить траекторию толчковой дуги, далее - уравнять скорости движения отдельных звеньев и придать телу положение, обеспечивающее оптимальное выполнение толчка. Так как при разбеге скорости отдельных звеньев тела различны и по величине, и по направлению. Чтобы обеспечить устойчивое скольжение по толчковой дуге, необходимо выровнять скорости движения звеньев тела. Для этого фиксируют позу в фазе подготовки к толчку.

Очень важно в фазе подготовки к толчку сопряжение последней дуги разбега и толчковой дуги (рис. 2).

Рис.2. Угол постановки толчковой ноги

Величина угла между последней дугой разбега и толчковой дугой в точке их пересечения существенным образом влияет на качество прыжка. Угол постановки толчковой ноги на лед прямым образом связан со стопорящим движением, а также с положением продольной оси вращения тела в полете.

В отлично выполненных прыжках направление толчковой дуги совпадает с направлением движения основного центра тяжести тела в конечный момент разбега.

Таким образом, требования к выполнению разбега сводятся, в основном, к следующему: фигурист должен приобрести высокую скорость движения, выровнять по величине и направлению скорости отдельных звеньев тела и правильно выбрать направление толчковой дуги.[4, C.44]

Период толчка.

Толчок — важнейшая часть прыжка. От того, насколько правильным был толчок, зависит высота и длина прыжка, число оборотов, устойчивость движения оси вращения. Практика показывает, что наиболее сложным в прыжках является создание вращательного движения тела вокруг продольной оси, а также согласование маховых движений с разгибанием толчковой ноги, с помощью мощного продвижения тела вперед-вверх. Итак, в полете тело фигуриста вращается вокруг продольной оси. Вращательное движение вокруг продольной оси тела возникает во время толчка. Поскольку в полете на фигуриста действует лишь одна внешняя сила—сила тяжести, момент которой относительно основного центра тяжести тела равен нулю, сообщить телу вращательное движение спортсмен может только в опорных условиях, т. е. в толчке. В полете нет ни круговых движений конечностями, ни разгибаний туловища, ни значительных скручиваний и раскручиваний тела относительно каких-либо осей. Другими словами, характер перемещений звеньев тела в полете говорит о том, что вращательное движение создается в толчке.

Толчок можно разделить на фазы:

1)          Фаза активного отталкивания. (В которой, в результате энергичного разгибания в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах, сопровождающегося маховыми движениями рук и ноги, тело фигуриста приобретает вертикальную скорость, достаточную, чтобы оторваться от поверхности льда.) Эта фаза наиболее ответственна: в ней спортсмен сообщает телу поступательное и вращательное движение, создает условия для устойчивого движения продольной оси тела в полете.

2)          Фаза амортизации. (В ней происходит сгибание опорной ноги в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах, и одновременно отведение маховой ноги и рук в положение, из которого выполняют маховые движения.)[4, C.49]

Создание начального вращения.