Презентация по физике "Физика и спорт"

• 1 слайд

  Физика и спорт
  Выполнила ученица 11 «Б» класса МБОУ «Майнский многопрофильный лицей»
  Ярославская Полина.
  

• 2 слайд

  Олимпийские игры – самое яркое  и важное спортивное событие в мире. Сотни атлетов готовятся к этому старту. В настоящее время
  в зимнюю Олимпиаду в Сочи включены следующие виды сорта:
  
  
  1. Хоккей
  2.Биатлон
  3.Фигурное катание
  4. Горные лыжи
  5. Керлинг
  6. Фристайл
  7. Сани
  
  
  8. Сноуборд
  9.Прыжки на лыжах с трамплина
  10. Бобслей
  11.Конькобежный спорт
  12. Лыжное двоеборье
  
  Чтобы наши спортсмены показывали на олимпийских играх наилучшие результаты в зимних видах спорта, необходимо учитывать сопротивление воздуха и силы трения.
  
  

• 3 слайд

  Цель исследования
  Рассмотреть  каждый вид зимнего спорта, для которых важно снижать силу трения .
  
  Выясним, как знание законов физики может помочь спортсменам и их тренерам победить.
  
  

• 4 слайд

  Задачи исследования:
  
  Рассмотреть отдельные элементы зимних видов спорта и выяснить, в какие именно моменты необходимо действие силы трения покоя, а в какие они мешают.
  Выяснить, для чего современные технологии так изменили вид спортивной одежды, обуви, лыж, коньков?
  На основе своих исследований дать советы спортсменам и тренерам по зимним видам спорта.
  
  

• 5 слайд

• 6 слайд

  
  
  
  
  
  Гипотеза: коэффициент трения, возникающая при движении спортсмена зимнего вида спорта, зависит
  1) от снежного покрова
  2) от конструктивных особенностей, материала движущегося спортивного инвентаря
  3) от сгибательно-разгибательных движений тела спортсмена
  4) от спортивной одежды и др.
  

• 7 слайд

  Лыжный спорт и биатлон
  Высокие результаты спортсменов определяет хорошая физическая подготовка, экипировка, хорошо подготовленная трасса и смазка лыж (жесткость лыжи, аэродинамическая обтекаемая стойка, форма одежды, но и, конечно, лыжи по назначению(для каждого вида спорта «свои»))
  
  Впервые состязания в лыжном беге на скорость состоялись в Норвегии в 1767 году. Затем примеру норвежцев последовали шведы и финны, позже увлечение гонками возникло и в Центральной Европе. В конце 19 — начале 20 веков во многих странах появились национальные лыжные клубы. В 1924 году была создана Международная федерация лыжного спорта (FIS). В 2000 FIS насчитывала 98 национальных федераций.
  

• 8 слайд

  Почему лыжи скользят по снегу?
  Если температура снега близка к точке таяния, то в результате трения лыж о снег тонкий поверхностный слой снега слегка подтаивает, и вода обеспечивает смазку, по которой лыжи скользят. В дальнейшем из-за вязкого трения в тонком слое воды создается тепло, достаточное, чтобы водяная смазка все время возобновлялась. Материал, из которого сделаны лыжи, − металл или эбонит − вначале не играет существенной роли. Однако затем он начинает сказываться на скольжении. Так, например, если лыжи металлические (а металл, как известно, хорошо проводит тепло), то тепло будет быстро рассеиваться и образование водяной смазки прекратится. Эбонитовые лыжи или деревянные проводят тепло достаточно плохо, поэтому водяная смазка в этом случае сохраняется.
  
  

• 9 слайд

  Снежный покров
  Очень высокое влияние на снежную поверхность оказывает атмосфера: температура воздуха, влажность, ветер и др.
  
  
  
  Переувлажнение воздуха вызывает конденсацию на поверхности снега, в результате чего выделяется скрытая теплота, с другой стороны, при сухой погоде происходит сублимация снега - процесс, отнимающий тепло от слоя снега. Ветер легко может изменить картину поверхности снега. По переметенному ветром снегу лыжи, как правило, скользят плохо. Это происходит потому, что частицы снега дробятся на более мелкие, которые трутся друг о друга, в результате снег становится более плотным. Большая плотность поверхности увеличивает площадь контакта между лыжней и снегом, что ведет к более высокому трению.
  Когда на снегу из-за возгонки образуются большие листообразные ледяные пятна, то скольжение бывает исключительно хорошим. Это особое ощущение почти полного отсутствия трения. Испытания на снегу с примерно одинаковой степенью зернистости показали, что наилучшее скольжение бывает при температуре -4°С. По мере понижения температуры трение возрастает. Исследования показали, что трение на крупнозернистом снегу вдвое меньше трения на свежевыпавшем снеге, при одинаковых температурах.
  

• 10 слайд

  Зернистость снега
  Для выбора мази важен также вид кристалла снега и получающейся снежной поверхности. Падающий или очень свежий только что выпавший снег - наиболее критическая ситуация для смазки. Острые кристаллы требуют мази, которая не допускает проникновения кристаллов снега, а при более высоких температурах она должна обладать ещё и водоотталкивающими свойствами.
  При положительных температурах воздуха температура снега остаётся равной 0°С. 
  Количество воды, окружающей ледяные кристаллы, возрастает до тех пор, пока снег не становится насыщенным водой. В этом случае требуются сильно водоотталкивающие мази и накатка крупных желобков на скользящую поверхность.
  Мелкозернистый снег, острые кристаллы требуют накатки более мелких желобков.
  Лежалый снег при средних зимних температурах требует накатки средних желобков.
  Вода и большие, круглые снежные кристаллы требуют накатки крупных желобков.
  

• 11 слайд

  От выбора лыжной смазки зависит сила трения. Она бывает двух типов – для скольжения и для увеличения трения (чтобы лыжи не проскальзывали). Выбор смазки основывается на качестве снега, погодных условиях, влажности и на других деталях в лыжных гонках. Существует множество видов лыжных смазок: парафины, порошки, эмульсии. В морозную погоду чаще пользуются высоко фтористыми парафинами, в более умеренную погоду средне фтористыми и в теплую низко фтористыми.
  

• 12 слайд

  Чтобы уменьшить сопротивления воздуха спортсмены должны использовать специальную одежду. У неё должно быть три слоя. Первый, который прилегает к телу, служит для отвода влаги, и при этом он должен не намокать. Он не позволяют бактериям размножиться, быстро высыхая, и предотвращают тем самым появление запаха пота. Также стоит отметить, что ткани, используемые в нижнем слое, не должны вызывать аллергии, соприкасаясь с кожей. Второй слой предназначен для того, чтобы не пропустить внутрь снег и дождь, а также для вывода влаги наружу. Здесь применяются ткани с различными комбинациями полиэстера, полиэфира, полиамида с лайкрой или эластаном, благодаря которым костюм получается износостойким и облегающим - он не теряет форму после того, как вы первый раз надели его. Третий слой (внешний) выполнен из высокотехнологичных тканей, которые защищают от ветра. Поэтому в такой одежде лыжник защищен от холода, ветра, и при этом он не потеет. Лыжная одежда всегда изготавливается облегающей, чтобы уменьшить сопротивление воздуха.
  

• 13 слайд

  Советы гонщикам и их тренерам
  
  При прохождении выката увеличиваются инертные силы, прижимающие лыжника к снегу, что ведет к увеличению силы трения и наклону тела вперед, - все это может привести к падению вперед. Если лыжник заранее готовится к этому и слишком наклоняется назад, то инерционные силы могут опрокинуть его назад, "посадить" на лыжи, что часто и наблюдается у новичков при прохождении выката.
  Для преодоления выката необходимо заранее принять более высокую стойку и, проходя кривизну выката, опуститься в низкую стойку, тем самым снижая давление инерционных сил, и не допуская значительного увеличения силы трения. В этом случае для большей устойчивости в переднезаднем направлении целесообразно одну ногу выставить вперед в небольшую "разножку".
  

• 14 слайд

  Выводы.
  На качество скольжения оказывает влияние несколько факторов, к важнейшим из которых следует отнести:
  *  конструктивные особенности лыж, санок, коньков и в т.ч. качество скользящего покрытия ;
  *  микроструктура скользящей поверхности;
  *  метеорологические факторы (температура воздуха и снега, влажность, структура снежного покрова, динамика атмосферных явлений и др.);
  *  качество применяемых скользящих мазей;
  *  способ нанесения скользящей мази на лыжу;
  * сгибательно-разгибательные движения тела спортсмена.
  На преодоление сопротивления воздуха влияет
  *одежда спортсмена
  

• 15 слайд

  Конькобежный спорт и хоккей
  Спортсменам этих видов спорта необходимо знать законы физики связанные с характером взаимодействия конька со льдом, чтобы достичь высоких результатов на олимпиаде. Они зависит от трех основных факторов: силы трения, положения вектора силы тяжести тела относительно опорного конька и сгибательно-разгибательных движений толчковой ноги. Кроме коньков с ботинками спортсменам необходим гоночный костюм. Так как каждая секунда у конькобежцев на счету, они носят специальный обтягивающий костюм с обтягивающим же капюшоном, чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Такой костюм должен соответствовать форме тела, а любые дополнительные детали запрещены. Материал, из которого изготавливают одежку для конькобежцев, может быть разным, так как ведущие мировые лаборатории продолжают вести исследования и придумывать ткань, которая будет еще аэродинамичней, чем существующие.
  

• 16 слайд

• 17 слайд

  Взаимодействие конька со льдом в процессе толчка в значительной степени зависит и от маховых движений конечностями и туловищем. Эти движения влияют на величину опорной реакции и должны быть согласованы с другими движениями в толчке, в первую очередь со сгибанием и разгибанием толчковой ноги. Уклон в движении лезвий под влиянием давления на них: если сила маятника будет прилагаться в плоскости лезвия, то отклонение лезвия в стороны от заданной траектории будет невозможен, но сила маятника совершит более острый угол со льдом, особенно в конце усилия, чем лезвие. Это означает, что как только место давления передвинется к передней стойке ботинка, эффективность загиба лезвия будет утеряна. Вероятно это является причиной, того, что след лезвия, оставляемый на льду после проката, делается прямым.
  
  

• 18 слайд

  Фигурное катание
  Фигурное катание – один из самых красивых и элегантных видов спорта. В фигурном катании очень много разных танцевальных и технических элементов, которые невозможно выполнить без знания физики. Но поскольку в данном виде спорта очень много фигур, мы опишем лишь те элементы, которые составляют основу фигурного катания: скольжение, прыжок и вращение.
  Характер взаимодействия конька со льдом зависит от трех основных факторов: силы трения, положения вектора силы тяжести тела относительно опорного конька и сгибательно-разгибательных движений толчковой ноги.
  

• 19 слайд

  Скольжение
  
  Под давлением лед(при небольших температурах) плавится под коньком, образуя смазку(жидкое трение), что, в свою очередь, еще уменьшает трение скольжения. Лед плавится под давлением, потому что площадь лезвия конька маленькая, а значение веса (пропорциональное массе фигуриста) большое. За счет движения конькобежца по льду возникают силы трения, причем механическая энергия сил трения переходит во внутреннюю энергию льда. Также при скольжении по гладкой поверхности участвует сила трения покоя, позволяющая фигуристу отталкиваться от гладкой поверхности, когда он ставит конек на ребро, или резко останавливается при постановке конька на носок. При скольжении конька по гладкой поверхности, силы, действующие на тело - сила тяжести и сила реакции опоры - скомпенсированы, следовательно, не мешают телу двигаться равномерно.
  
  Между лезвием конька и льдом при скольжении образуется пленка воды. Она тоньше папиросной бумаги, однако без нее этого скольжения бы не было. Коньки остро затачивают для лучшего сцепления со льдом, а так же для увеличения давления на него.
  

• 20 слайд

  Прыжок.
  Поскольку физические характеристики в разных частях прыжка непрерывно изменяются, то возможно разделение прыжка на периоды: разбега, толчка, полета, приземления.
  
  Период толчка.
  Характер перемещения звеньев тела в полете говорит о том, что вращательное движение создается в толчке. От того, насколько правильным был толчок, зависит высота и длительность прыжка, число оборотов, устойчивость оси вращения. В полете тело фигуриста вращается вокруг продольной оси тела.
  
  Поскольку в полете на фигуриста действует лишь сила тяжести, момент которой относительного основного центра тяжести тела равен нулю, сообщить телу вращательное движение спортсмен может только в опорных условиях, т.е в толчке.
  

• 21 слайд

  Аделина Сотникова обошла Ким Ён по очкам в 9 элементах из 12, и выиграв произвольную программу обеспечила себе победу. И медаль высшей пробы стала первой в Российском одиночном катании среди девушек.
  

• 22 слайд

• 23 слайд

  .
  
  Период разбега .
  Разбегаясь, фигурист сообщает телу горизонтальную скорость. В фазе ее приобретения спортсмен разбегается до скорости, необходимой для выполнения прыжка, чтобы придать телу кинетическую энергию поступательного движения. Для этого он делает перебежки вперед и назад, шаговые комбинации, позволяющие достичь необходимой скорости движения, которая должна быть достигнута до приближения к предполагаемому месту прыжка. В фазе подготовки к толчку фигурист прекращает увеличивать скорость движения, переходя к скольжению по инерции, чтобы четко определить направление своего движения и, исходя из этого, должным образом направить траекторию толчковой дуги. Так как разбег скорости отдельных звеньев тела различны и по величине, и по направлению, то чтобы обеспечить устойчивое скольжение по толчковой дуге необходимо выровнять скорости движения звеньев тела. Для этого фиксируют позу в фазе подготовки к толчку.
  
  

• 24 слайд

• 25 слайд

  Вращение
  
  
  
  
  Вращение вокруг вертикальной оси – элемент фигурного катания, в котором фигурист, стоя на опорной ноге, вращается вокруг воображаемой оси. Свободная нога может быть отведена в сторону или поднята вверх. В процессе вращение фигурист может менять позы вращения, координируя свои действия с помощью свободной ноги и рук. Заход во вращение обычно представляет собой движение по дуге длиной в половину окружности. Весь процесс вращения может быть разбит на два этапа:
  Группировка-промежуток времени, за который фигурист изменяет свой момент инерции, прижимая руки к телу;
  и вращение -промежуток времени, за который фигурист вращается вокруг собственной оси, обладая постоянным моментом инерции. Силы инерции ускоряют вращение при группировке и замедляют его при разгруппировке.
  
  
  

• 26 слайд

  Период приземления
  Сгибая опорную ногу, фигурист переходит к скольжению по дуге так, чтобы погасить вертикальную скорость, преобразовать остаточное вращение вокруг продольной оси в скольжение по дуге приземления и не допустить чрезмерного уменьшения горизонтальной скорости движения.
  Итак, главной особенностью прыжков в фигурном катании является накопление кинетической энергии при скольжении по льду и использование ее при скольжении по дуге.
  Таким образом, законы физики, безусловно, влияют на выполнение элементов фигурного катания. Без знания этих законов фигурист не способен улучшать и совершенствовать свои достижения.
  
  
  

• 27 слайд

  Вычисление мощности.
  1. Измерить высоту Н, на которую можно оторваться от Земли, не сгибая ног.
  2. Вычислить путь, который проходиться при прыжке: Н.
  3. Вычислить время t .
  4. Вычислите мощность N.
  
  
  

• 28 слайд

  Скольжение саней происходит под действием скатывающей силы - проекции веса саней со спортсменом на направление движения. А тормозит их сила трения полозьев по льду, которая зависит от величины коэффициента трения. Величина эта непостоянна: она уменьшается до какого-то предела во время движения, когда лед под полозьями начинает подтаивать. Именно поэтому, кстати, перед стартом спортсмен и раскачивает сани: он "нагревает" полозья трением. При движении по криволинейным участкам трассы - виражам, кольцу и "горке" - возникают еще и центробежные силы, направление которых зависит от ориентации участка. В конце трассы, где скорость максимальна, они могут в пять раз превышать вес саней.
  Санный спорт
  

• 29 слайд

  Силу сопротивления уменьшают также, надевая обтекаемый аэродинамический костюм и слегка подогревая полозья саней. Нагретый полоз сильнее плавит лед, и в зоне его контакта появляется пленка воды. Она играет роль смазки, уменьшающей силу трения. Полозья саней изогнуты в вертикальной плоскости, чтобы можно было вписаться в вираж, не врезаясь в стенку трассы. Когда сани скользят по прямому участку, длина контакта полоза со льдом невелика. Еще меньше она при прохождении "горки". Сила трения, тормозящая сани, здесь очень мала. Но на нижних, вогнутых, участках трассы она резко возрастает. Во-первых, полозья там опираются на лед по всей длине. А во-вторых, под действием большой центробежной силы начинают деформироваться кронштейны, крепящие обтекатель саней к полозьям. Полозья становятся слегка непараллельными; из-за этого увеличивается ширина дорожек трения - царапин на льду. Трение растет, скорость падает. Отсюда был сделан вывод: перед соревнованиями необходимо тщательнейшим образом проверять параллельность полозьев под нагрузкой, в несколько раз превышающей вес саней со спортсменом. При движении саней возникает еще одна сила - сила аэродинамического сопротивления, которая очень быстро увеличивается с ростом скорости спуска. Чтобы уменьшить силу сопротивления, спортсмен во время движения лежит на санях, следя за трассой боковым зрением.
  

• 30 слайд

  Бобслей
  Для проведения соревнований по бобслею необходимы три вещи: экипаж, боб и трасса. Экипаж состоит из двух либо четырех спортсменов, которые управляют бобом, тормозят его и прибавляют саням вес. Каждый боб имеет аэродинамическую конструкцию и гладкие полозья, чтобы ехать как можно быстрее. Трасса обычно сделана из бетона и покрыта слоем льда. Спускаясь по трассе, боб развивает скорость ок. 80 миль в час (130 км/ч). Случается, что бобы переворачиваются. Без сцепления со льдом экипаж не сможет привести боб в движение. Поэтому все члены экипажа, чтобы улучшить сцепление, носят на старте ботинки с шипами.. Бобслеисты надевают облегающие аэродинамические костюмы, которые сокращают сопротивление воздуха при спуске.
  Пилот и разгоняющий-брейкман (а также экипаж или разгоняющие в бобах-четверках) должны привести боб в движение. Их задача - пробежать как можно быстрее и запрыгнуть в боб до начала первого виража. Во время заезда спортсмены испытывают на себе сильнейшие перегрузки.
  

• 31 слайд

   Каким бы сильным, быстрым и опытным ни был экипаж, он не сможет компенсировать следующие неучтенные в конструкции боба факторы:
  Сопротивление воздуха: обтекающий воздух создает тягу, которая замедляет движение боба. При помощи воздушных каналов и компьютерной симуляции можно построить боб с максимальной аэродинамикой, снизив сопротивление воздуха и добившись, чтобы боб ехал быстрее.
  Трение: Между гладким металлом и льдом возникает значительное трение, но для того, чтобы замедлить скорость боба, хватило бы и небольшого трения. По этой причине на быстрые бобы надеваются хорошо отшлифованные коньки, которые должны быть как можно тоньше и в то же время соответствовать требованиям FIBT. Коньки каждого последующего боба царапают и прорезают лед, так что экипажам, которые выступают позже, приходится преодолевать большее трение.
  Инерция: Инерция предмета - это его масса, помноженная на скорость. Чем тяжелее предмет и чем быстрее он движется, тем больше у него инерции. А чем больше инерция - тем сложнее его остановить. То есть бобам с большей инерцией легче преодолеть действие тяги и трения. Соответственно, у экипажа с хорошим стартом и бобом с массой, приближенной к максимальной, есть преимущество на всех этапах гонки.
  

• 32 слайд

  Любой камень для керлинга сделан из отшлифованного гранита, снабжен ручкой, весит ровно 19 килограммов 960 граммов и всегда должен стоять на льду. Щетки, которыми натирают лед перед камнем, – тоже не обычные. Головка щетки сделана из синтетического материала (шотландская щетка из ворса) и может вращаться во всех плоскостях. Специальная в керлинге и обувь (которая, в свою очередь, одевается на специальные одноразовые носки). Скользкий ботинок со скользящей галошей называется «слайдер» на другую ногу – антислайдер с устойчивой подошвой. Лед должен быть идеально ровным, и это еще не все. После замерзания с помощью специальных леек на поверхность наносится слой маленьких, еле заметных капелек, которые, в свою очередь, должны быть одинаковыми по высоте. Именно из-за этих невидимых выпуклостей со стороны «подметание» щеткой льда напоминает театр абсурда, хотя на самом деле в это движение заложен огромный смысл, который заключается в том, чтобы стереть эти злосчастные капельки, силой трения чуть-чуть растопить лед и тем самым дать проехать камню лишние сантиметры по желанной траектории.
  Керлинг
  

• 33 слайд

  Советы спортсменам
  и их тренерам
  Ошибаются те, кто считает, что для освоения спортивных вершин достаточно лишь одной физической подготовки. Нет, спорт без науки и, в частности, без физики бессилен.
  Секрет возникновения и популярности коньков кроется в их чудесной способности скользить по льду. 
  Физика является незаменимым другом фигуристов. Полный момент количества движения состоит из момента количества движения корпуса и момента количества движения вытянутых рук. При опускании рук их момент уменьшается до нуля, при этом увеличивается момент количества движения корпуса, в результате чего возрастает скорость вращения.
  А знаете ли вы о существовании автоматического тренера? Круг стадиона через каждые 50 метров размечен флажками.
  Вместо тренера у бровки дорожки поставлен небольшой аппарат. Это звуковой лидер. Он работает как метроном, четко отсчитывая секунды.
  
  

• 34 слайд

  Основные выводы работы
  Для уменьшения трения надо изменить степень шероховатости поверхностей соприкасающихся объектов. Этого можно добиться путем шлифовки. Тела, взаимодействующие поверхности которых являются гладкими, доведенными до глянца, будут двигаться друг относительно друга значительно легче. По возможности надо заменить одну из соприкасающихся поверхностей на ту, которая имеет более низкий коэффициент трения.
  Используйте смазочные материалы, введя их между трущимися поверхностями. Этот способ применяется, например, в лыжном спорте, когда на рабочую поверхность лыж наносится специальная парафиновая смазка, соответствующая температуре снега. Смазки, применяемые в других технических системах, могут быть жидкими (масло) или сухими (графитовый порошок).
  На преодоление сопротивления воздуха влияет одежда спортсмена. При скоростном спуске на санях и  горных   лыжах костюмы  и снаряжение спортсменов должны быть   обтекаемыми,  чтобы  уменьшить  встречное сопротивление воздуха. Это достигается путем использования  специальных тканей и материалов, а также «продувкой»  спортсменов или их манекенов в аэродинамических трубах.
  В  спорте сопротивление  набегающего потока воздуха ­  далеко не всегда зло. Если же попутный ветер имеет скорость, одинаковую со скоростью конькобежца (лыжника) , то сопротивление воздуха исчезает.
  Нагретый полоз сильнее плавит лед, и в зоне его контакта появляется пленка воды. Она играет роль смазки, уменьшающей силу трения.
  
  
  
  

• 35 слайд

  Заключение
  Физика- важная наука в спорте. Спорт без физики бессилен. Физика помогает достичь высоких результатов самосовершенствования своего спортивного таланта, а так же облегчает физические нагрузки на организм, тем самым экономя время, усилия и здоровье спортсмена.
  

• 36 слайд

  Список использованной литературы и интернет ресурсы
  
  Ильина Е.И. “Солнечный факел”, 2-е издание, Москва, “Физкультура и спорт”, 1979г.
  Балашов М. М. Физика: Учеб.для 9 кл. общеобр. Учрежд..-М.:Просвещение, 1994.
  Родиченко, В.С. Твой олимпийский учебник: Учеб. Пособие для учреждений образования России. [Текст] / В.С. Родиченко и др. – М.: Физкультура и спорт, 2004.
  Олимпийские объекты г. Сочи https://www.facebook.com/Sochi2014.ru
  Логотип Олимпиады Сочи-2014 http://sites.google.com/site/michaelblocnew/novosti
  Классная физика http://class-fizika.narod.ru/tren7.htm
  Третьяк http://tochkavbras.at.ua/photo/vratari/vladislav_tretjak/8-0-11
  Сочи http://www.sochi2014.com/
  Трение и спорт http://900igr.net/fotografii/fizika/Priroda-sil-trenija/010-Trenie-i-sport.html
  

• 37 слайд

  Спасибо за внимание!