Skihop:Flyver eller falder med stil?

Hvis du eller jeg hopper i luften så højt som muligt, kan vi holde os fra jorden i omkring et halvt sekund. Michael Jordan kunne holde sig oppe i næsten et sekund. Selvom der er mange begivenheder ved de olympiske vinterlege, hvor atleter udfører atletik og styrke, mens de er højt oppe i luften, er der ingen, der udvisker grænsen mellem at hoppe og flyve lige så meget som skihop.

Jeg underviser eleverne i sportens fysik. Skihopbakken er måske en af ​​de mest spændende begivenheder i vinterlegene for at vise fysik i aktion. Vinderen er den atlet, der rejser længst, og som flyver og lander med den bedste stil. Ved at forvandle deres ski og kroppe til, hvad der i bund og grund er en vinge, er skihoppere i stand til at bekæmpe tyngdekraften og forblive luftbårne i fem til syv sekunder, mens de rejser langs en fodboldbanes længde gennem luften. Så hvordan gør de dette?

Sådan flyver du

Tre hovedbegreber fra fysikken er på spil i skihop:tyngdekraft, løft og træk.

Tyngdekraften trækker enhver genstand under flugten ned mod jorden. Tyngdekraften virker ligeligt på alle objekter, og der er intet atleter kan gøre for at mindske dens effekt. Men atleterne interagerer også med luften, når de bevæger sig. Det er denne interaktion, der kan frembringe løft, som er en opadgående kraft, der frembringes af luft, der skubber på en genstand. Hvis kraften produceret fra løft groft balancerer tyngdekraften, kan en genstand glide eller flyve.

For at producere løft skal en genstand bevæge sig. Når objektet bevæger sig gennem luften, kolliderer dets overflade med luftpartikler og skubber disse partikler ud af objektets vej. Når luftpartiklerne presses ned, skubbes objektet op i henhold til Newtons tredje bevægelseslov, som siger, at for hver handling er der en lige og modsat reaktion. Luftpartikler, der skubber en genstand opad, er det, der skaber løft. Øget hastighed samt øget overfladeareal vil øge mængden af ​​løft. Angrebsvinklen - objektets vinkel i forhold til luftstrømmens retning - kan også påvirke løft. For stejl og objektet vil gå i stå, for fladt og det vil ikke presse ned på luftpartikler.

Selvom alt dette kan virke kompliceret, illustrerer det disse principper perfekt at stikke hånden ud af et bilvindue. Hvis du holder din hånd helt fladt, forbliver den mere eller mindre på plads. Men hvis du vipper din hånd, så bunden vender mod vindens retning, vil din hånd blive skubbet opad, når luftpartiklerne støder ind i den. Det er løft.

De samme kollisioner mellem en genstand og luft, der giver løft, producerer også modstand. Træk modstår fremadgående bevægelse af ethvert objekt og sænker det. Når hastigheden falder, gør løft det også, hvilket begrænser længden af ​​en flyvning.

For skihoppere er målet at bruge omhyggelig kropspositionering for at maksimere løftet og samtidig reducere modstanden så meget som muligt.

At flyve på ski

Skiløbere starter højt oppe på en skråning og går derefter ned ad bakke for at skabe fart. De minimerer træk ved at sidde på hug og styrer forsigtigt for at reducere friktionen mellem skiene og rampen. Når de når enden, kan de køre 60 miles i timen (96 km/t).

Rampen ender ved et startpunkt, som, hvis man ser godt efter, faktisk er i en lille nedadgående vinkel på 10 grader. Lige før atleterne når enden af ​​rampen, hopper de. Skilandingsbakken er designet til at efterligne stien, som en hopper vil tage, så de aldrig er mere end 10 til 15 fod over jorden.

Når atleterne er i luften, begynder den sjove fysik.

Jumperne gør alt, hvad de kan for at producere så meget løft som muligt og samtidig minimere modstanden. Atleter vil aldrig være i stand til at generere nok løft til at overvinde tyngdekraften helt, men jo mere løft de genererer, jo langsommere vil de falde og jo længere ned ad bakken vil de rejse.

For at gøre dette justerer atleter deres ski og krop næsten parallelt med jorden og placerer deres ski i en V-form lige uden for kroppens form. Denne position øger overfladearealet, der genererer løft, og sætter dem i den ideelle angrebsvinkel, der også vil maksimere løft.

Da modstand reducerer skiløberens hastighed, falder løftet, og tyngdekraften fortsætter med at trække i springeren. Atleter vil begynde at falde hurtigere og hurtigere, indtil de lander.

Reglerne følger fysikken

Med så meget fysik på spil, er der mange måder vind, udstyrsvalg og endda atleternes egne kroppe kan påvirke, hvor langt et spring kan gå. Så for at holde tingene retfærdige og sikre er der en masse regler.

Mens du ser begivenhederne, kan du bemærke, at officials flytter startpunktet op eller ned af skråningen. Denne justering er lavet baseret på vindhastigheden, da hurtigere modvind vil producere mere løft og resultere i længere hop, der kan gå forbi den sikre landingszone.

Skilængden er også reguleret og bundet til en skiløbers højde og vægt. Ski kan højst være 145 % af skiløberens højde og skiløbere med et body mass index mindre end 21 skal have kortere ski. Lange ski er ikke altid de bedste, da jo tungere skien er, jo mere løft skal du producere for at holde dig i luften. Endelig skal skiløbere bære tætsiddende dragter for at sikre, at atleter ikke vil bruge deres tøj som en ekstra kilde til løft.

Mens du tuner ind på OL for at undre dig over atleternes fysiske kraft, skal du bruge et øjeblik på også at overveje deres beherskelse af fysikkens begreber.