Трибология лыжных гонок
Введение.
Лыжи — одно из самых древних и самых остроумных изобретений человека. Катание на них — это совершенно особое удовольствие, причем для каждого оно свое — кто-то неспешно бродит на них по заснеженному лесу, кто-то любит их за азарт, проявляющийся во время гонок по отполированной лыжне, кому-то нет покоя до тех пор, пока не появится возможность пронестись с захватывающей дух высоты горы вниз, а кого-то хлебом не корми — дай попрыгать с трамплина.
Это, казалось бы, совсем нехитрое приспособление, с течением времени совершенствуясь, все более и более, сегодня стало продуктом новейших технологий. И, прежде всего потому, что в определенное время лыжи стали популярнейшим спортивным «снарядом», с помощью которого можно было доказать, что человек, виртуозно владеющий ими, способен достигать самых немыслимых рекордов. Шутка ли сказать, что, встав на лыжи последнего образца и предварительно облачившись в аэродинамический костюм, лыжник может спуститься с горы, развив скорость, равную 248 км/час!
Изначально лыжи были деревянные, изготавливались из цельных досок и не блистали внешним видом. С началом развития лыжного спорта и технической революции на рубеже XIX — XX веков лыжи видоизменились. Помимо изменения пропорций, они стали изготавливаться из нескольких частей, для их изготовления стали применяться станки, появились лыжные фабрики. Это положение вещей сохранялось до появления пластических материалов, или пластика. Некоторые пластические материалы обладают свойствами, полезными для лыж — не намокают, к ним не прилипает снег, лучше скольжение. Так появились сначала лыжи с пластиковым покрытием, потом целиком пластиковые лыжи. В настоящее время внутренне устройство лыж может быть весьма сложным — индустрия спорта и производства спортинвентаря вкладывает большие деньги в научные исследования. В современных лыжах применяются различные виды пластика, древесины, композитных материалов, сплавов.
Занятия лыжным спортом, так же как лыжные прогулки и походы, невозможно представить без лыжных смазок. В настоящее время ведущие фирмы выпускают большое количество различных мазей и парафинов, что человеку, далекому от лыжного спорта, порой не просто разобраться, что к чему. Существует много критериев выбора смазки, но все старания ведутся к тому, чтобы снизить коэффициент силы трения. Смазчики (сервисмены) ведут непрерывную работу над увеличением длины выката. Они по два и более часа готовят одну пару лыж, а потом столько же их тестируют. Работа сервисменов в лыжных соревнованиях никогда не заканчивается.
Я увлекаюсь лыжным спортом, регулярно смотрю этапы чемпионата мира и болею за российскую сборную по биатлону (особенно за ее ветерана, нашего земляка - Сергея Чепикова). Я взялся за эту исследовательскую работу, потому что мне было очень интересно узнать, почему у спортсменов одной сборной лыжи «катят» хорошо а у другой плохо. Существует множество факторов успеха в лыжных гонках и биатлоне: сами лыжи, палки, обмундирование, физическая выносливость, тренированность лыжника и многое другое. Но темой данного реферата является изучение трибологических свойств лыж и смазок, поскольку именно они, при прочих равных условиях, определяют результат гонки.
Для этого были поставлены следующие цели: изучить основы трибологии, рассмотреть виды трений, понять взаимодействие лыж и снега и экспериментально определить как абсолютное значение коэффициента трения лыж о снег, так и относительную эффективность различных смазок скольжения в условиях сурового уральского климата (низких температур и высокой влажности воздуха).
1. История трибологии.
Трение может быть полезным и вредным - эту аксиому человек освоил еще на заре цивилизации. Ведь два самых главных изобретения - колесо и добывание огня - связаны именно со стремлением уменьшить и увеличить эффекты трения. Однако понимание природы трения и законов, которым подчиняется это явление, возникло не так уж давно и, к сожалению или к счастью, еще далеко от совершенства.
Трибология - это наука о трении и процессах, сопровождающих трение. Название этой научной дисциплины образовано из греческих слов «трибос» — трение и «логос» — наука. Трибология как научная дисциплина охватывает экспериментально-теоретические исследования физических (механических, электрических, магнитных, тепловых), химических, биологических и других явлений, связанных с трением. Применительно к лыжным гонкам трибология одна из главных наук, используемых при проектировании новых смазок и скользящей поверхности лыж.
В историю изучения силы трения можно выделить несколько этапов, связанных с общим развитием человечества.
1.1. Доисторическая эпоха (до 3500 года до н.э.).
Некоторые трибологические законы человек узнал и научился использовать очень давно. Человек палеолита, добывая огонь, использовал явление преобразования работы трения огнива, т. е. приспособления из кремния, дерева или железа, в теплоту, которая служила ему для разведения огня.
Трибологические элементы в этой эпохе, также известной как "Каменный век", возможно, ограничивались примитивными полостями в камне и дереве.
Какие либо изобразительные (в виде рисунков) доказательства этого недоступны. Вероятно, битум использовался, чтобы избежать скрипа в движущихся контактах.
Явления трения использовались также при перемещении тяжелых предметов, их транспортировали на санях, которые тянули люди или животные, преодолевая, таким образом, сопротивление трения скольжения. Оно требовало только 30—40 % силы, необходимой для переноски этих предметов.
1.2. Ранняя цивилизация (после 3500 года до н.э ).
Существует несколько оставшихся изображений (рисунков) подшипников скольжения, датированных той эпохой. Например:
Каменный карман для нижней оси двери храма (Ассирия, приблизительно 2500 лет до н.э.) (Рис.1.1).
Рис.1.1
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22