Новосибирские ученые создали установку для изучения скольжения лыж

Ученые Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН создали экспериментальную трибологическую установку для изучения скольжения лыж по снегу, которая может быть использована для анализа механизмов образования лавин. Об этом 5 февраля сообщает издание «Наука в Сибири».
В современном спорте разница в результатах призеров минимальна, часто составляет лишь секунды, поэтому любое преимущество от инвентаря и эффективности движений становится критически важным.
В начале 2020-х годов Международная федерация лыжного спорта (FIS) и Международный союз биатлонистов (IBU) решили отказаться от фторсодержащих мазей из-за их негативного воздействия на экологию. С сезона 2023/2024 полный запрет на фтор распространился на все гонки, проводимые по календарям FIS и IBU. Это решение ухудшило скольжение лыж и результаты соревнований, что побудило химиков искать альтернативные составы мазей и привлекло внимание к структуре лыжи. В частности, речь идет о штайншлифте — микронасечках на скользящей поверхности, которые значительно улучшают скольжение, но их оптимизация все еще недостаточно изучена. Успех в этом процессе во многом зависит от опыта технической команды, а насечки должны быть адаптированы к конкретным условиям снега, которые зависят от температуры и влажности.

По мнению ученых, для улучшения скольжения необходимо учитывать множество факторов. Основу этого процесса составляет взаимодействие скользящей поверхности лыжи со снегом и давление, которое она на него оказывает. При температуре снега ниже минус 15 происходит сухое трение, а при повышении температуры давление лыжи вызывает плавление снега, что улучшает скольжение. В условиях высокой температуры возникают эффекты планирования, и давление на снег изменяется в каждом цикле.

Исследователи стремятся изучить взаимодействие лыж с различными типами снега и биомеханику движений лыжников, что также существенно влияет на результаты гонок. Для первой задачи была создана экспериментальная установка — ротационный трибометр. Это устройство представляет собой вращающийся барабан, в который под определенным углом загружается снег. На снег помещается лыжный брусочек, имитирующий лыжу, который прижимается к снегу, как если бы на нем находился лыжник. Вращение барабана позволяет лыже скользить по снегу, а высокоточный динамометр фиксирует ответное давление. Изменяя параметры, такие как скорость вращения и характеристики снега, исследователи могут анализировать скольжение и силу трения. Стационарный купол с климатической системой поддерживает постоянную температуру воздуха, а собранные данные используются для создания цифрового двойника трибологической системы.
Установка, разработанная сибирскими учеными, позволяет оценивать эффективность скольжения по снегу в зависимости от температуры, структуры снега, влажности и шероховатости поверхности лыжи. Полученные результаты могут помочь в разработке алгоритма для нанесения штайншлифта.

Трибологическая система ИГиЛ СО РАН уникальна: большинство аналогичных установок имеют меньшие размеры и не способны воспроизводить важные для скольжения процессы. Существуют и линейные установки, но они требуют больших площадей и не подходят для исследования других объектов.

Кроме лыж, исследователи планируют использовать установку для изучения механизмов образования снежных лавин. В этом случае задача заключается в анализе взаимодействия снега с горной породой под воздействием различных факторов, таких как солнечное тепло и ветер. Даниил Паршин, заведующий лабораторией механики неупорядоченных сред, сообщил, что они с коллегами из Магадана и Кавказа подали заявку на грант для исследования этой темы и ожидают ответа.