Способ подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря

 

Изобретение предназначено для определения оптимальной скользящей поверхности и смазки для нее в таких видах спорта, как беговые и горные лыжи, сноуборд, санный спорт, конькобежный спорт, водный спорт (академическая гребля, байдарки и каноэ) и т.п. В способе свободно перемещают инвентарь или его макет по заданному участку массы и многократно замеряют параметры перемещения, а затем выбирают оптимальный вариант. Замеры параметров перемещения производят при скоростях движения инвентаря или его макета, превышающих в начальный и конечный периоды замеров состояние покоя. Скорости в начальный и в конечный периоды замеров определяют между двумя точками для каждого периода, расстояния между которыми у обоих периодов равные, а ускорение определяют на участке, длина которого в 2 - 4 раза превышает расстояние между первыми или последними точками обоих периодов. При этом коэффициент скольжения μ_к определяют по формуле где g - ускорение силы тяжести; а - ускорение движения инвентаря или его макета на заданном участке трассы, равное где b - расстояние между первыми и последними точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета, S - расстояние между серединами периодов, t₁ - время прохождения начального периода, t₂ - время прохождения конечного периода. Изобретение обеспечивает более полный учет эксплуатационных факторов на трение скользящей поверхности лыжи, смазанной различными мазями в условиях реальной лыжи. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области спортивного инвентаря и может быть использовано при определении оптимальной скользящей поверхности и смазки для нее в таких видах спорта, как беговые и горные лыжи, сноуборд, санный спорт, конькобежный спорт, водный спорт (академическая гребля, байдарки и каноэ) и т.п.

Для правильного подбора скользящей поверхности спортивного инвентаря и соответствующей ей смазки необходимо учитывать влияние на фрикционные характеристики пары "скользящая поверхность спортивного снаряда - поверхность скольжения подстилающего слоя" (снег, лед, вода) таких факторов, как скорость скольжения, нагрузка (давление), температура подстилающего слоя и воздуха. Такую информацию можно получить прямым измерением этих параметров в различных условиях, однако большая трудоемкость таких измерений, а также ряд технических трудностей не позволяют в реальных условиях соревнований заниматься этими измерениями.

Применительно к лыжному беговому спорту, наиболее чувствительному к правильному подбору лыжи и мази, известен ряд экспресс-способов подбора скользящей поверхности лыж и мазей, основанных на том, что сила сцепления между поверхностью снега на лыжне и лыжей зависит от свойств этих поверхностей и силы давления на снег.

Известен способ испытаний лыжной мази при помощи устройства, при котором макеты лыж с нанесенными на них, различными мазями посредством ударного механизма выталкиваются на лыжню и путем сравнения длины выката макетов подбирают лыжную мазь (а. с. СССР 188340 от 1966 г., МКИ A 63 С 11/04). Этот способ пригоден только для определения оптимального подбора мази для свободного скольжения при скоростях от максимально (при старте) до нулевой и не отражает полной картины взаимодействия скользящей поверхности лыжи по снегу.

Известно также устройство для определения силы трения лыжи о снег, имеющее короб для размещения снега, снабженный отверстиями в боковых стенках для установки туда макетов лыж. Крышка короба может перемещаться и нагружаться. В короб загружают снег, вырезанный с заданного участка лыжни, затем макет лыжи с нанесенной на него мазью размещают в коробе и устанавливают необходимое давление на снег. При помощи электродвигателя устанавливают необходимую скорость и протягивают макет лыжи через короб, фиксируя при этом по динамометру усилие трения покоя лыжи в начальный момент ее движения и трение скольжения при движении (а. с. СССР 573165 от 1977 г., МКИ А 63 С 11/00). В этом случае, помимо недостатков, присущих первому аналогу, необходимо наличие источника электроэнергии для протягивания макета лыжи, а кроме того, вырезанный с лыжни образец снега неизбежно теряет какие-то свойства его агрегатного состояния, присущие снегу на лыжне.

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип предложенному изобретению, является способ подбора лыжной мази, при котором используется устройство, содержащее полый цилиндрический корпус с грузами и подпружиненный барабан с опорной втулкой, несущей макет лыжи. Цилиндрический корпус и барабан установлены на вертикальной оси с возможностью поворота относительно друг друга. Устройство снабжено индикатором. Измерение сцепляемости мази со снеговым покровом производится в статическом и динамическом режимах. В статическом режиме создают крутящий момент на барабане и, следовательно, на макете лыжи, плотно прижатой к снегу. Одновременно с поворотом корпуса относительно барабана индикатор выдает значения угла закручивания барабана, которое продолжается до тех пор, пока крутящий момент пружины не превысит момент сопротивления макета лыжи со снеговым покровом. В динамическом режиме корпус закручивается примерно на 720 градусов; под действием крутящего момента пружины барабан вращается и тем больше, чем меньше динамический коэффициент трения, возникающий между испытуемыми поверхностями. При остановке барабана снимаются показания индикатора (а. с. СССР 1454488 от 1989 года, МКИ А 63 С 11/04). Недостатком такого способа определения коэффициента скольжения является, во-первых, моделирование процесса скольжения лыжника по снегу, а не сам процесс, и, во-вторых, необходимость иметь набор макетов лыж, что в условиях соревнования обременительно.

Задачей настоящего изобретения является более полный учет эксплуатационных факторов на трение скользящей поверхности лыжи, смазанной различными мазями, в условиях реальной лыжни.

Эта задача решается тем, что свободно перемещают инвентарь или его макет по заданному участку трассы и многократно замеряют параметры перемещения, а затем выбирают оптимальный вариант. Замеры параметров перемещения производят при скоростях движения инвентаря или его макета, превышающих в начальный и конечный периоды замеров состояние покоя. Скорости в начальный и в конечный периоды замеров определяют между двумя точками для каждого периода, расстояния между которыми у обоих периодов равные, а ускорение определяют на участке, длина которого в 2-4 раза превышает расстояние между первыми или последними точками обоих периодов. Коэффициент трения скольжения μ_к определяют по формуле где g - ускорение силы тяжести; a - ускорение движения инвентаря или его макета на заданном участке трассы, равное где b - расстояние между первыми и последними точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета;
S - расстояние между серединами периода;
t₁ - время прохождения начального периода.

t₂ - время прохождения конечного периода.

Замеры скоростей производят посредством фотодатчиков, устанавливаемых в первых и последних точках начального и конечного периодов прохождения трассы, или посредством фотодатчиков, устанавливаемых в начале и в конце заданного участка трассы, а на спортивном инвентаре в этом случае в его начале и в конце по длине монтируют в уровне луча фотодатчика по его высоте флажки, расстояние между которыми равно величине "b" - расстоянию между первой и последней точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета.

Сопоставительный анализ предложенного способа и прототипа показывает, что данное изобретение отличается тем, что замеры параметров перемещения производят при скоростях движения инвентаря или его макета, превышающих в начальный и конечный периоды замеров состояние покоя. Скорости в начальный и в конечный периоды замеров определяют между двумя точками для каждого периода, расстояния между которыми у обоих периодов равные, а ускорение определяют на участке, длина которого в 2-4 раза превышает расстояние между первыми и последними точками обоих периодов. Коэффициент трения скольжения μ_к определяют по формуле

где g - ускорение силы тяжести,
а - ускорение движения инвентаря или его макета на заданном участке трассы, равное

где b - расстояние между первыми и последними точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета,
S - расстояние между серединами периодов;
t₁ - время прохождения начального периода,
t₂ - время прохождения конечного периода.

Замеры скоростей производят посредством фотодатчиков, устанавливаемых в первых и последних точках начального и конечного периодов прохождения трассы, или посредством фотодатчиков, устанавливаемых в начале и в конце заданного участки трассы, а на спортивном инвентаре в этом случае в его начале и в конце по длине монтируют в уровне луча фотодатчика по его высоте флажки, расстояние между которыми равно величине "b" - расстоянию между первой и последней точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета.

Этот анализ указывает на наличие новизны в заявленном способе.

Сравнение предложенного изобретения с другими известными техническими решениями того же направления показывает, что измерение коэффициента трения на участке активного перемещения инвентаря, а не при его переходе из состояния покоя, когда скорость равна нулю, в состояние движения, позволяет более точно определить коэффициент трения скользящей поверхности инвентаря по трассе в реальных условиях. Кроме того, предлагаемый метод определения скорости перемещения инвентаря по трассе, когда замеряют скорость на начальном участке трассы и на ее конечном участке, а затем вычисляют по предложенной формуле величину ускорения и функционально зависимый от нее коэффициент трения, дают возможность путем многократного повторения замеров при различных материалах и конфигурации скользящей поверхности инвентаря выбрать наиболее подходящий для данных условий соревнования вариант этой поверхности и, если нужно, подобрать мазь, наносимую на поверхность.

Таким образом, можно сделать вывод о превьшении заявленным изобретением существующего уровня техники. Изобретение поясняется на примерах его выполнения. На чертежах изображено:
на фиг. 1 - схема устройства при установке на трассе первых и последних точек начального и конечного периодов замеров скоростей;
на фиг. 2 - схема устройства при установке флажков на инвентаре или его макете;
на фиг. 3 - принципиальная конструкция макета;
на фиг. 4 - сечение по А-А.

Первый вариант способа подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря целесообразно использовать в тех случаях, когда в замерах участвует сам спортсмен: на лыжах, на коньках и т.п., второй вариант способа подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря более пригоден в тех случаях, когда замеры производятся на макетах или на таком инвентаре, как сани, водные гребные суда и т. п., т.е. в тех случаях, когда на этом инвентаре можно поставить флажки, не мешающие спортсмену. Порядок подбора поверхности скольжения в обоих случаях одинаков.

Приведенные примеры составлены на основе беговых лыж, когда на лыжах передвигается сам спортсмен и когда лыжи заменены их макетами.

Пример 1. Вдоль выбранного участка трассы крепятся фотодатчики, установленные в первой 1 и последней 2 точках начального 5 периода замера скоростей и в первой 3 и последней 4 точках конечного 6 периода замера скоростей. Участок трассы должен быть прямолинейным и иметь либо нулевой, либо незначительный, не более 5% уклон. По трассе до скорости 3,5-5 м/с разгоняется спортсмен 7, который непосредственно перед начальным 5 периодом замеров переходит в режим свободного (без ускорения) скольжения. В этом режиме он прокатывается по всему заданному участку трассы от первой 1 точки начального 5 участка до последней 4 точки конечного 6 участка. Показания всех четырех фотодатчиков 1 - 4 снимаются и обрабатываются прибором измерения скорости и временных интервалов (на чертеже не показан), который выдает величину скорости прохождения начального 5 и конечного 6 участка трассы, а также вычисляет ускорение (замедление) движения лыжника на заданном участке и зависимый от него коэффициент трения.

Пример 2.

Вдоль лыжни на расстоянии "S" устанавливают фотодатчики 8 и 9, которые подключают к прибору измерения скорости и временных интервалов (на чертеже не показан). Макет выполнен в виде полого цилиндрического тела 10, внутри которого помещен груз 11. На внешнюю поверхность 12 макета крепится испытываемая скользящая поверхность 13 - это может быть материал скользящей поверхности лыжи без смазки, которую имитирует макет, может быть и мазь, нанесенная на чистую сухую скользящую поверхность макета. На штангах 14 и 15 на расстоянии "b" друг от друга крепят флажки 16 и 17 в уровне луча фотодатчика по его высоте, которые, пересекая луч фотодатчика, включают прибор измерения скорости и временных интервалов. Подготовленный макет устанавливают на лыжне за 1,5 - 2 метра до первого фотодатчика 8, затем вручную плавно разгоняют и отпускают.

В обоих примерах время измеряют с точностью (+-)0,0005 с. Оптимальное значение для расстояний "b"и "S" составляют соответственно
b - 0,9 - 1,1 м
S - 2,2 - 3,6 м,
где b - расстояние между первой и последней точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета;
S - расстояние между серединами периодов,
a коэффициент трения скольжения μ_к определяют по формуле

где g - ускорение силы тяжести,
a - ускорение движения инвентаря или его макета на заданном участке трассы, равное

где t₁ - время прохождения начального периода,
t₂ - время прохождения конечного периода.

Формула изобретения

1. Способ подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря, заключающийся в свободном многократном перемещении инвентаря или его макета по заданному участку трассы с замером параметров перемещения и последующим выбором оптимального варианта, при этом замеры параметров перемещения производят при скоростях движения инвентаря или его макета, превышающих в начальный и конечный периоды замеров состояние покоя, причем скорости в начальный и в конечный периоды замеров определяют между двумя точками для каждого периода, расстояния между которыми у обоих периодов равные, а ускорение определяют на участке, длина которого в 2 - 4 раза превышает расстояние между первыми или последними точками обоих периодов, при этом коэффициент трения скольжения μ_к определяют по формуле

где g - ускорение силы тяжести;
а - ускорение движения инвентаря или его макета на заданном участке трассы, равное

где b - расстояние между первыми и последними точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета;
S - расстояние между серединами периодов;
t₁ - время прохождения начального периода;
t₂ - время прохождения конечного периода.

2. Способ подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря по п.1, в котором замеры скоростей производят посредством фотодатчиков, устанавливаемых в первых и последних точках начального и конечного периодов похождения трассы.

3. Способ подбора поверхности скольжения спортивного инвентаря по п.1, в котором замеры скоростей производят посредством фотодатчиков, устанавливаемых в начале и в конце заданного участка трассы, а на спортивном инвентаре в его начале и в конце по длине монтируют в уровне луча фотодатчика по его высоте флажки, расстояние между которыми равно величине b - расстоянию между первой и последней точками любого из периодов замеров скорости движения инвентаря или его макета.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4