Ранее мы рассказывали про физику серфинга и водных лыж. Пора поговорить про физику зимнего спорта.
При спуске
Лыжи и сноуборд объединяют одни и те же физические принципы: человек становится на доску и его вес распределяется по всей доске. Это помогает не проваливаться под рыхлый снег и быстро спускаться по склону.
Главная сила, которая действует на лыжников и сноубордистов – гравитация. Сохраняя равновесие, человеку остается только поворачивать и вовремя замедляться. Все остальное делает сила тяжести – возникает ускорение, скорость спуска растет.
Гравитации противостоит сила трения: ровная поверхность сноуборда и лыж хорошо скользит по снегу, но микроскопические неровности все же создают трение, замедляя движение и выделяя тепло, в том числе в виде частиц света – фотонов.
Энергии этих фотонов недостаточно, чтобы их увидел человеческий глаз. Но тепла от них и от контакта с нагретыми молекулами доски хватает, чтобы слегка плавить снег. Это создает тончайший слой жидкой воды, что улучшает скольжение. Эффект особенно заметен в условиях экстремального холода, когда снег тает хуже – если воды мало, доска скользит не так быстро.
Также силе тяжести мешает сопротивление воздуха: поскольку доска направлена к встречному воздуху острым концом, что снижает сопротивление атмосферы, весь удар принимает на себя тело лыжника или сноубордиста. Поэтому чем более обтекаемой будет поза и одежда человека, тем быстрее получится двигаться.
В повороте
Поворачивать на лыжах и сноуборде помогает сила трения. Человек наклоняется в сторону, куда нужно повернуть, и его центр тяжести оказывается вне доски – в результате один край доски уходит глубже в снег, где трение со снегом растет, а другой край поднимается в воздух, где трение уменьшается. Из-за разницы в трении и смещения центра массы доска поворачивает.
Повороту мешает центробежная сила. Она также появляется если, например, взяться с другим человеком за руки и крутиться: с увеличением скорости вас все сильнее тянет в сторону друг от друга. А точнее – от центра вращения, то есть от точки где вы держитесь за руки.
Это происходит из-за того, что все физические тела стремятся сохранять направление движения – то есть двигаться по инерции, а вращение этому мешает. У поворота на лыжах и на сноуборде тоже есть центр, и человек двигается вокруг этого центра. Но за секунду до начала поворота он двигался в другую сторону, вперед, и по инерции его все еще тянет туда.
Эту силу, которая при повороте стремится вытолкнуть сноубордистов и лыжников в сторону, компенсирует сила тяжести и сила трения – при соблюдении техники доска достаточно цепляется за снег, чтобы человека не унесло в сторону и он не упал.
Центробежная сила, в свою очередь, компенсирует силу тяжести так, что человек не падает в ту сторону, куда наклонился ради поворота – как не падает велосипедист, разогнавшись достаточно, чтобы легко держать равновесие всего на двух колесах.
Что разного у сноуборда и лыж
Несмотря на все сходства, в физике двух видов спорта все же есть отличия. Лыжи изначально придумали как средство передвижения по снегу, а не развлечение. Сноуборд кажется более простым и удобным, ведь его задумывали именно для спуска по склону ради удовольствия.
Лыжник при движении наклоняется вперед, сноубордист – чуть назад, что интуитивно удобнее. Но лыжнику проще держать свой центр тяжести между двумя досками даже на повороте, в то время как сноубордисту постоянно приходится заботиться о том, как бы не упасть из-за значительного переноса центра тяжести в сторону.
Из-за того, что сноубордист держит весь свой вес на одной широкой доске, а не распределяет его по двум узким, лыжи показывают лучшую маневренность и скорость.
Если брать мировые рекорды по скорости, на начало 2024 года у лыж – 255 километров в час, у сноуборда – 211. В результате лыжники и прыгают выше и дальше – 11,7 метра в высоту и 253 метра в длину (четверть километра!). В то время как сноубордисты смогли прыгнуть на 10,6 метра в высоту и всего лишь на 57 метров в длину.
Сноуборд, однако, считается безопаснее. Поскольку все четыре конечности лыжника двигаются независимо, в случае потери контроля над движением потенциальная травмоопасность все же выше, чем у сноубордистов.
Рекомендации по температуре воздуха, идеальной для катания, различаются даже внутри одного и того же вида спорта. Главное – чтобы снег был плотным, поэтому обычно советуют от -1°C до -18°C.
