Способ повышения качества скольжения



 


Владельцы патента RU 2485992:

МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ ОБЩЕСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ "АКАДЕМИЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИХ НАУК" (RU)

Заявленное изобретение относится к области спорта и может найти применение при подготовке спортсменов к спортивным соревнованиям на установление рекордных показателей. Заявленный способ заключается в снижении коэффициента трения скольжения рабочей поверхности лыжи по снегу не зависимо от применения разных модификаций мазей при разных типах скольжения. Эта задача решается на основе двухчленного закона трения путем исключения влияния сил притяжения образуемых разнополярных зарядов трущихся разнородных тел (лыжи по снегу) путем индуцирования (наведения) от отдельного источника питания на скользящую поверхность лыжи однополярного электростатического заряда со снегом. В результате создается противоположное направление электростатического поля силе тяжести за счет одноименных зарядов, образуемых на поверхности лыжи и снега. В результате образуемых однополярных зарядов исключается притяжение (прилипание) снега к плоскости лыжи, причем независимо ни от температуры трения и окружающей среды, ни от типа вязкости снега.

 

Изобретение относится к области спорта и может найти применение при подготовке к тренировкам и спортивным соревнованиям на установление рекордных показателей.

Известны способы повышения качества скольжения трущихся поверхностей лыжи по снегу на основе использования лыжных мазей различных модификаций, наносимых на скользящую поверхность лыжи (например, см. АС №171066, МКИ C09G 3/00).

Способы повышения качества скольжения лыжи по снегу за счет применения только разных модификаций мазей в известных аналогах относительно ограничен и не всегда дает желаемый положительный эффект в увеличении качества скольжения, потому что при использовании лыжных мазей учитывается только одночленный закон трения:

F Т = k F Н ( 1 )

Где FT - сила трения, кг;

k - коэффициент трения скольжения, который изменяется в зависимости от разных модификаций наносимых мазей на поверхность лыжи и их эффект варьируется в пределах k≈0,02÷0,035 [1] см. в.42, табл.12;

FH - вес лыжника (спортсмена), кг.

Однако в одночленном законе трения не учитываются поверхностная (внешняя) вязкость снежной среды в зависимости от плотности снега и сила дополнительного давления лыжи на поверхность снега за счет притяжения разноименных зарядов электростатического поля, возникающих на поверхности скользящей лыжи за счет трибоэлектризации, которая образуется от трения разнородных тел (деревянной лыжи по снегу), которая обладает значительной тормозящей силой движения, независимо от типа наносимых лыжных мазей.

Ввиду зависимости сил трения скольжения от многих, порой очень трудно учитываемых факторов, согласно теории трения касания двух разнородных соприкасающихся тел имеет место лишь в отдельных соприкасающихся точках радиуса R соприкасающихся площадей, на которые действуют силы притяжения электростатического поля (возникающего за счет трибоэлектризации, т.е. трения разнородных тел), а также влияния температуры пограничного слоя трущихся поверхностей разнородных тел (а не температуры) окружающей среды, которая учитывается в аналогах); вязкости среды (зависит от плотности снега); химических связей и прочие. При скольжении каждое пятно касания радиуса R (так называемое фрикционная связь) существует ограниченное время. Поэтому при трении соприкасающихся поверхностей лыжи по снегу наблюдаются значительные деформации пограничного слоя (мазей) касания, сопровождающихся структурными превращениями, поэтому учет всех этих процессов затруднен из-за сильной зависимости от температуры трения разнородных тел на поверхности скользящей лыжи (а не температуры окружающей среды, на которые рассчитаны лыжные мази). Температура на точках касания радиуса R при перемещении двух соприкасающихся поверхностей разнородных тел (лыжи по снегу), возникает очень быстро и в зависимости от величины прижимающей силы FH, температура на поверхности трущихся тел может достигать несколько сот градусов, что резко изменяет химические связи состава нанесенных лыжных мазей, состав которых рассчитан на окружающую температуру, поэтому предполагаемый их (лыжных мазей) эффект практически имеет место в очень короткий промежуток времени (ограничен во времени) и незначительно влияет на уменьшение силы трения FТ скольжения, в процессе движения лыжи по снегу.

В зависимости от температуры, возникающей при трении скольжения пограничного слоя касания лыжи по снегу и степени шероховатости их поверхностей, в теории трения скольжения различают несколько переходных случаев трения - сухое, полусухое, граничное, полужидкое [2], вследствие чего будет соответствовать и разная вязкость снега, при разной его плотности, вследствие этого и изменяется сила трения скольжения, препятствующая перемещению лыжи по снегу.

В соответствии с законом Стокса сила сопротивления трения скольжения соприкасающихся поверхностей лыж с поверхностью вязкой среды (внешнее трение) снега равна:

F = η V d S ( 2 )

где V - скорость движения лыжи, м/сек;

S - общая площадь всех областей непосредственного контакта (фрикционная связь) между лыжей и снегом, м2;

d - расстояние между поверхностями скольжения лыжи по снегу, м;

η - динамическая вязкость (внешнее поверхностное трение), которая определяется как:

η = P S V , ( 3 )

где Р - плотность снега, кг/м3;

S - площадь контакта лыжи со снегом, м2;

V - скорость движения лыжи, м/сек.

Таким образом, на основании формулы (2) в зависимости от величины вязкости снежной среды будет соответствовать и разная плотность снега и соответственно и разный тип трения скольжения (сухое, полусухое, граничное, полужидкое). В результате разного типа трения, будет изменяться и сила притяжения (прилипания) поверхности лыжи к снегу (дополнительные силы давления на лыжи), обусловленная силой притяжения поверхности лыжи к снегу за счет сил электростатического поля разноименных зарядов, образуемых (индуцируемых) за счет трибоэлектризации, т.е. за счет трения поверхностей разнородных тел - лыжи по снегу.

Возникновение трибоэлектризации за счет трения разнородных тел на поверхности лыжи индуцируется противоположный электростатический заряд по отношению к снегу, что обуславливает добавочное давление на лыжу, вызванные силами электростатического притяжения разнополярных зарядов между лыжей и снегом, которые в известных аналогах не учитываются. Сила притяжения (разноименные заряды) или сила отталкивания (одноименные заряды), индуцируемые на плоскости лыжи по отношению к снегу будет определяться величиной наведенного электростатического заряда Q за счет трения лыжи по снегу и напряженностью Е электростатического поля, образуемого между поверхностью лыжи и снега, которая равна:

F = ± Q E ( 4 )

где F - сила притяжения,

Q - электростатический заряд,

Е - напряженность электростатического поля.

Учитывая то, что в нашем случае движение осуществляется площадью S по поверхности вязкой среды снега и с учетом формул (2) и (4), получим:

F = ± Q E = η V l S ( 5 )

Напряженность электростатического поля равна:

E = σ 2 ε 0 ε ( 6 )

где σ - средняя поверхностная плотность заряда Земли, [1] с. 122, табл.72;

ε0 - диэлектрическая проницаемость, равная 8,85·10-12 ф/м;

ε - диэлектрическая проницаемость снега.

Из формулы (5) можно определить величину электростатического заряда, возникающего на скользящей поверхности за счет трибоэлектризации, который будет равен:

± Q = η V S E l ( 7 )

Таким образом, наведенный заряд на поверхности лыжи со знаком (+) или (-) должен быть выбран в зависимости от того, совпадает ли направление поля Е с направлением силы тяжести или противоположно ему.

Согласно вышеизложенному видно, что лыжнику приходится преодолевать не только силу трения скольжения, но и силу добавочного давления (прилипания) электростатического притяжения разнополярных зарядов, возникающих на поверхностях разнородных трущихся тел (поверхности лыжи и поверхности снега), величина которых изменяется в зависимости от типа вязкости снежной среды.

Поэтому для определения силы трения скольжения лыжи по снегу более точным является двухчленный закон трения скольжения, установленный на основе учета влияния сил притяжения разнополярных зарядов трущихся тел (лыжи по поверхности снега), величина которых зависит от вязкости снега, т.е.:

F = к ( F Н ± Q E ) ( 8 )

где к - коэффициент трения скольжения;

FH - вес лыжника (человека);

S - общая площадь всех областей непосредственного контакта радиуса R между телами (фрикционная связь);

Q - электростатический заряд, наведенный (индуцируемый) на скользящей поверхности лыжи;

Е - электростатическое поле, образуемое между скользящей поверхностью лыжи и поверхностью снега.

На основании формулы (7) лыжнику практически приходится преодолевать не только силу трения скольжения, но и силу электростатического притяжения, образованного разнополярными зарядами (добавочное давление на лыжу), препятствующие относительному перемещению лыжи по снегу (спортсмену, человеку).

Задача предлагаемого изобретения заключается в снижении коэффициента трения скольжения рабочей поверхности лыжи по снегу независимо от применения разных модификаций мазей при разных типах трения скольжения (сухое, полусухое граничное, полужидкое).

Эта задача решается на основе двухчленного закона трения путем исключения влияния сил притяжения образуемых разнополярных зарядов трущихся разнородных тел (лыжи по снегу) путем индуцирования (наведения) от отдельного источника питания на скользящую поверхность лыжи однополярного электростатического заряда со снегом.

В результате создается противоположное направление электростатического поля Е силе тяжести за счет одноименных зарядов, образуемых на поверхности лыжи и снега. В результате однополярных зарядов поверхность лыжи будет отталкиваться (а не притягиваться), причем независимо не от температуры трения и окружающей среды и типа вязкости.

Поясним новизну нового способа увеличения качества скольжения на примере.

Принимаем:

- плотность снега Р=80 кг/м3 - снег свежевыпавший;

- площадь лыжи S=0,08 м · 2 м=0,16 м2;

- средняя поверхностная плотность заряда Земли - 1,15·10-9 к/м2;

- площадь соприкасающейся поверхности радиуса R (фрикционные связи) со снегом S от всей площади лыжи составляет 50%, т.е. 0,16:2=0,08 м2;

- скорость лыжника V=30 км/час=8,3 м/ сек;

- вес лыжника 60 кг;

- диэлектрическая проницаемость снега ε=4.

Динамическая вязкость:

η = P S V = 80 0,08 8,3 = 0,77 к г с е к м 2

Электростатическое поле:

E = 1,15 10 9 2 4 8,85 10 12 = 16 в / м

Электростатический заряд:

Q = η V S E l = 0,77 8,3 0,08 16 1 10 2 = 3 к

Сила сопротивления трению скольжения:

F=±Q-E=3·16=48 кг

Тогда сила притяжения лыжи при разнополярном заряде к снегу составит:

F=к(FH±QE)=0,02·(60+48)=2,12 кг

Сила притяжения лыжи при однополярном заряде к снегу составит: всего:

F=0,02·(60-48)=0,24 кг

Из примера видно, что согласно заявленного способа наведения на поверхности лыжи однополярного заряда к снегу от источника питания сила притяжения составит всего лишь 0,24 кг в отличие от применения разных модификаций мазей, где сила притяжения равна 2,12 кг.

Предлагаемый способ повышения качества скольжения, не зависимо от веса и роста спортсмена, а также применения разных модификаций наносимых мазей позволяет выявить спортсменов, наиболее физически подготовленных к соревнованию для установления рекордных показателей, исключив добавочное давление на лыжу за счет притяжения разнополярных зарядов образуемого поля за счет трибоэлектризации, преодолевать которые дополнительно требовалось спортсмену больших усилий, а не увеличение скорости движения за счет своих сил.

1. Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич. Справочник по элементарной физике. Изд. «Наука, М., 1972 г.

2. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. М. 1965 г.

Способ повышения качества скольжения лыжи по снегу, отличающийся тем, что с целью снижения (уменьшения) коэффициента трения, возникающего при трении поверхности лыжи по поверхности снега, на скользящую поверхность лыжи индуцируют (наводят) от источника питания электростатический заряд одной полярности с трущейся поверхностью снега для создания однополярного электростатического поля, исключающего притяжение (прилипание) снега к плоскости лыжи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лыжному, конькобежному и коньколыжному передвижению. .

Изобретение относится к спортивному оборудованию, а именно к лыжам, предназначенным для прыжков с трамплина, содержащим средства амортизации. .

Изобретение относится к области спорта и, в частности, может быть использовано для тренировки спортсменов - лыжников и биатлонистов. .

Изобретение относится к комплексу лыжи и устройства фиксации. .

Изобретение относится к спортивному инвентарю, в частности к беговым лыжам. .

Изобретение относится к спортивному инвентарю, в частности к беговым лыжам. .

Изобретение относится к транспортным средствам, преимущественно к спортивному снаряжению, а именно к конструкции беговых лыж для классического бега. .

Изобретение относится к саням или лыжам. .

Изобретение относится к саням или лыжам. .

Лыжа // 2400277
Изобретение относится к спортивному инвентарю и может быть использовано в конструкциях лыж. .

Устройство (1) для размещения ботинка на спортивном снаряде, содержащее платину (10), основание (20) и устройство для разъемного жесткого соединения платины (10) относительно основания (20). Причем платина (10) выполнена с возможностью соединения с устройством (4) разъемного удержания ботинка, а основание (20) выполнено с возможностью соединения со скользящим элементом (3). Причем устройство для разъемного жесткого соединения содержит продольные направляющие средства для направления платины (10) относительно основания (20) и блокирующее средство (70) для блокирования движения платины (10) относительно основания (20) в продольном направлении (L) направляющих. Платина (10) содержит заднюю часть (51) и переднюю часть (52), причем реверсивное средство (53) фиксации жестко соединяет переднюю часть (52) и заднюю часть (51) платины (10) друг с другом. Технический результат заключается в том, что увеличивается точность установки платины на основание и регулировки их положения друг относительно друга. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу изготовления лыжной мази на основе перфторуглеродов. Способ характеризуется тем, что декарбоксилированием и димеризацией перфторированных кислот C6-C9 получают перфторуглероды, которые обрабатывают в течение 0,5-2 часов раствором этанола или изопропанола, содержащим 0,5-4,5 мас.% фторсодержащих ПАВ общей формулы где RF представляет собой, по выбору, радикал C6F13-, C8F17-, или где n=1-2. Затем проводят отгонку растворителя, сушку и формовку. Использование предлагаемого способа предоставляет состав, обладающий широким диапазоном применения по температуре, что делает возможным использование смазок при неустойчивых погодных условиях, от +5 до -20°. 1 пр., 1 табл.
Изобретение относится к способу получения лыжной смазки для обработки пластиковых лыж на основе перфторуглеродов. Способ характеризуется тем, что включает отгонку хладона, измельчение и сушку. При этом перед отгонкой растворителя с помощью декарбоксилирования и димеризации перфторановых кислот С6-С9 при температуре 180-210°C получают перфторуглероды, пропитку полученной порошковой смеси перфторуглеродов осуществляют 0,5% раствором перфторполиоксапропиленкарбоновой кислоты в течение двух часов, после чего производят отгонку хладона, полученный смазочный состав подвергают сушке, кристаллизации и измельчению до 0,5÷0,8 микрон с помощью дисмембратора и таблетированию. Предлагаемое изобретение предоставляет лыжную смазку высокой гидрофобности и износоустойчивости, при этом снижены энергозатраты при производстве лыжной смазки, а также повышена экологическая безопасность в процессе производства и эксплуатации. 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к лыжному и конькобежному спорту. Лыжероллеры выполнены максимально короткими, не теряющими контакта с дорожкой при беге и поэтому они не зависят от роста пользователя, ими легко управлять; удобно переносить, перевозить, хранить. Лыжероллеры содержат основание, выполненное в виде продольно замкнутой коробчатой конструкции из легкого прочного износостойкого материала, с возможностью размещения в полости коробки эластичных камер, заполненных газом, с возможностью упругой деформации от динамических нагрузок при толчке ногой посредством изменения жесткости основания за счет регулировки давления в них газа. На основании закреплены сменные тележки, с возможностью перестановки и закрепления их по длине лыжероллеров, на одной из которых закреплены колеса, механизм для предотвращения обратного хода, механизм его отключения и механизм управления взаимодействием колес с механизмом обратного хода. Технический результат заключается в увеличении эффективности лыжероллеров путем использования механизмов управления. 9 з.п. ф-лы, 18 ил.

Устройство относится к колесным без приводным видам безрельсового транспорта и может найти применение при замещении современного колеса в качестве комплектующего элемента в автомобильном транспорте, в авиации, снегоходах, аэросанях, поисковых транспортных конструкциях на действующих дорогах и в условиях бездорожья. Устройство содержит основу в виде бруса, переходящего в дуги, и кронштейна. Лыжи с целью снижения удельного давления на грунт имеют воздушную подушку с возможностью заполнения ее сжатым воздухом, выполненную в виде отрезка трубы из эластичного материала, например, на резино-метало-тканевой основе, прикрепленной с помощью заглушек и хомутов по концам опорной поверхности (ложемента) полукруглого сечения в форме лыжи. Лыжи содержат комплект близко расположенных пневмокатков с подшипниками, вилками и с опорами к ним, вмонтированными с помощью крепежных элементов в нижнюю поверхность воздушной подушки с возможностью вращения пневмокатков в процессе движения устройства. Технический результат: повышенная опорная проходимость и провозная способность в условиях бездорожья, круглогодичное использование, компактность конструкции, плавность хода, щадящее воздействие на дорожное покрытие действующих дорог. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам передвижения на коньколыжах, коньках, лыжах, лыжероллерах на примере коньколыж. Коньколыжи содержат скользящие поверхности, выполненные в виде сменных профилей, закрепленных на коньколыже с возможностью перестановки профилей по длине коньколыж, колодочную часть с закрепленной на ней фрикционной накладкой с возможностью контакта с беговой дорожкой в результате плоскопараллельного перемещения в вертикальной плоскости колодочной части от динамической нагрузки при толчке ногой, опорную площадку, закрепленную на колодочной части, выполненную в виде кулисы, на свободном конце которой шарнирно закреплен кривошип, другим концом шарнирно взаимодействующий с ползуном, установленным на колодочной части с регулировкой линейного перемещения, причем сменные профили выполнены в виде стабилизирующих устройств, каждое из которых содержит два корпуса, прокачивающихся относительно друг друга посредством оси, установленной в отверстиях на стенках внешних корпусов, при этом на полке внутреннего корпуса крепится коньколыжа, а нижняя сторона внешнего корпуса выполнена в виде двух консольно упругодеформируемых скользящих поверхностей с возможностью отслеживать неровность и рельеф беговой дорожки, при этом скользящие профили снабжены балансирующими устройствами, выполненными в виде пружин с возможностью регулировки усилия натяжки и шарнирно взаимодействующими одним концом с осью качания профилей, а другим концом - с консолями скользящих профилей. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области индивидуальных транспортных средств и может быть использовано для передвижения по снегу. Устройство содержит раму 1 с прикрепленными к ней не менее чем двумя лыжами 2. Двигатель 3 закреплен на раме 1. Воздушный винт 4 соединен с двигателем 3. Толкатель 5 в виде штанги прикреплен к раме 1, и ось 15 толкателя 5 установлена соосно оси 6 воздушного винта 4. Рама 1 может быть выполнена с кольцевым ограждением, закрепленным на раме 1. Кольцевое ограждение может быть выполнено в виде обтекателя 14. На конце толкателя 5 в виде штанги может быть закреплена рукоятка 11 в виде половины дуги окружности. На рукоятке 11 напротив толкателя 5 может быть закреплен узел крепления 12 в виде петли, предназначенный для соединения с ремнем или специальной обвязкой лыжника. Центр отверстия петли расположен на оси 6 воздушного винта 4. Запускается воздушный винт 4 и устройство начинает движение вперед, обеспечивая устойчивое поддержание направления силы тяги, создаваемой воздушным винтом 4, независимо от положения лыжника, так как лыжник не связан с устройством. Технический результат заключается в отсутствии необходимости придавливать устройство к поверхности снега весом лыжника, а также улучшении управляемости устройства. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к лыжному, конкькобежному и коньколыжному передвижению. Коньколыжы, содержащие скользящие поверхности, выполненные в виде сменных профилей, закрепленных на коньколыже с возможностью перестановки профилей по длине коньколыж, колодочную часть с закрепленной на ней фрикционной накладкой с возможностью контакта с беговой дорожкой в результате упругой деформации колодочной части от динамической нагрузки при толчке ногой, опорную площадку, закрепленную на колодочной части, выполненную в виде кулисы, на свободном конце которой шарнирно закреплен кривошип, другим концом шарнирно взаимодействующий с ползуном, установленным на колодочной части с регулировкой линейного перемещения, причем сменные профили выполнены в виде стабилизирующих устройств, каждое из которых содержит два швеллерообразных корпуса, прокачивающихся относительно друг друга посредством оси, установленной в отверстиях на стенках внешнего корпусов, причем на полке внутреннего корпуса крепится коньколыжа, а нижняя сторона внешнего корпуса выполнена в виде двух консольно упругодеформируемых скользящих поверхностей с возможностью отслеживать неровность и рельеф беговой дорожки, при этом скользящие профили снабжены балансирующими устройствами, выполненные в виде пружин с возможностью регулировки усилия натяжки и шарнирно взаимодействующие одним концом с осью качания профилей, а другим концом с консолями скользящих профилей, при этом внутренний швеллерообразный корпус содержит устройства, выполненные с возможностью регулировать и контролировать дорожный просвет (клиренс), а коньколыжы снабжены устройством, позволяющим компактно производить транспортировку, перенос, хранение, складирование, консервацию пары коньколыж, изменят длину и демпфирование ползуна. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Снегокат // 2522050
Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к спортивному инвентарю, предназначенному для катания с заснеженных гор. Согласно изобретению снегокат выполнен в виде упругой пластины с загнутой вверх закругленной передней частью, днище пластины выполнено с продольным направляющим пазом, а в задней части пластины средний участок, расположенный продольно, выполнен отогнутым вверх с возможностью формирования сиденья для пользователя и пространства под ним для размещения ступней ног в рабочем его положении. При этом с обеих сторон от среднего участка на пластине выполнены опорные площадки для размещения голеней, выполненные с упорами для коленей, а средний участок выполнен упругим с возможностью обеспечения торможения носками ступней ног, расположенных под средним участком при воздействии на них конца упомянутого участка пластины. Технический результат заключается в повышении безопасности движения по крутым склонам за счет понижения центра тяжести в сочетании с введением дополнительных к балансировке телом тормозных элементов для управления движением по склону. 1 н.п. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх