käännöksen mekaniikka - Suomen Hiihdonopettajat ry

Mekaniikka
Sisällysluettelo Alkusanat.......................................................................................................................................................... 3
Yleistä mekaniikasta........................................................................................................................................ 4
Voimat ............................................................................................................................................................ 4
Painovoima................................................................................................................................................. 4
Jatkuvuus ................................................................................................................................................... 4
Reaktiovoiman periaate.............................................................................................................................. 4
Mekaniikka suorituksissa ............................................................................................................................... 5
Oikolaskun mekaniikka .................................................................................................................................. 5
Aurauksen mekaniikka ................................................................................................................................... 5
Käännöksen mekaniikka................................................................................................................................. 6
Käytännön mekaniikkaa.................................................................................................................................. 8
Aloittelija ......................................................................................................................................................... 8
Expertti ........................................................................................................................................................... 8
Kilpalaskija ..................................................................................................................................................... 8
Laskijaan vaikuttavat voimat .......................................................................................................................... 9
Laskuasennon vaikutus suoritukseen .......................................................................................................... 10
Tarkistettu painos 17.10.2010
Oula-Matti Peltonen
© Suomen Hiihdonopettajat ry 2003
Alppihiihdon mekaniikka
2
Alkusanat ALKUSANAT
"Alppihiihdon mekaniikka kuvaa laskun aikana vaikuttavia voimia ja selvittää, miten niitä voidaan käyttää ja
mitkä ovat niiden vaikutukset. Mekaniikan perusteiden ymmärtäminen helpottaa oppimisprosessia sekä
mahdollistaa taloudellisen ja tehokkaan lajitekniikan kehittymisen."
Kuva 1.
Mielikuva moottoripyöräilijästä kallistamassa ajokkiaan mutkassa, voi auttaa selventämään käsitystä vaikuttavista voimista käännöksessä, niitten vastustamisesta sekä kumoamisesta aktiivisella lihastyöllä sekä nojaamalla käännöksen keskipistettä kohti.
Sivu 3. ⎝ JATKUVUUS (=keskipakoisvoima) > < REAKTIOVOIMA (=keskihakuisvoima)
Kuvissa jatkuvuutta vastustamassa Hermann Maier.
Alppihiihdon mekaniikka
3
Yleistä mekaniikasta YLEISTÄ MEKANIIKASTA
Voimat
Jatkuvuus
Voimat ovat joko 'työntäviä' tai 'vetäviä' ja ne
muuttavat jokaisen niiden vaikutuksen piiriin joutuvan kappaleen asemaa. Voimat voivat muuttaa
kappaleen muotoa, ne saattavat vaikuttaa kappaleen nopeuteen ja ne voivat sysätä paikoillaan
olevan kappaleen liikkeeseen tai pysäyttää liikkeessä olevan kappaleen. Voimat saattavat myös
muuttaa kappaleen kulkusuuntaa tai panna sen
kääntymään ja pyörimään.
Jatkuvuus on 'voima', joka pyrkii pitämään kappaleen
aseman entisellään. Alppihiihdossa jatkuvuuden
voima tuntuu useimmiten muutosta vastustavana
voimana nopeuden tai kulkusuunnan suhteen.
Painovoima
Laskijaan vaikuttavat tärkeimmät elementit:
Painovoima luo edellytykset alppihiihdon harrastamiselle. Painovoima vaikuttaa, koska massat vetävät toisiaan puoleensa. Maapallon keskipiste vetää
kaikkia massoja puoleensa. Maan vetovoima kohdistuu erikseen kappaleen jokaiseen osaan.
Painovoima on riippuvainen kappaleen massasta.
Painovoimaan vaikuttaa myös etäisyys maan keskipisteestä.
Käytännössä painovoiman vaikutusta hillitsevät
rinteen jyrkkyys, suksien ja lumen välinen kitka,
ilmanvastus ja laskijan omat kääntävät ja jarruttavat voimat.
Kappaleeseen vaikuttavat osapainovoimat vaikuttavat painopisteen kautta. Ihmisen painopiste vaihtelee vartalon asennosta riippuen. Perusasennossa laskijan painopiste sijaitsee lannenikamien
korkeudella, lähellä selkärankaa, navan tienoolla.
Käytännössä hidastettaessa tai pysähdyttäessä
jatkuvuus yrittää pitää laskijaa liikkeessä. Käännyttäessä jatkuvuus pyrkii säilyttämään laskusuunnan
entisellään. Laskijan oman voiman avulla liikkeen
nopeutta tai suuntaa voidaan muuttaa.
1. Painovoima
2. Laskijan nopeus ( ⎝ suuruus, suunta/liikemäärä
ja energia )
3. Laskijan rinteeseen kohdistama hetkellinen
voima ( ⎝ koko käännöksen aikana tekemä työ)
4. Kitka suksen pituussuuntaan
5. Kitka suksen poikittaissuuntaan
Reaktiovoiman periaate
Voimalla on aina olemassa vastavoima, joka on
samansuuruinen mutta vastakkaissuuntainen varsinaisen voiman kanssa.
•
’Jos Hermann Maier painaa jaloilla rinnettä
2000 N:n voimalla, työntää rinne häntä 2000
N:n vastakkaissuuntaisella voimalla.’
Kuva 2.
Alppihiihdon mekaniikka
4
Mekaniikka suorituksissa MEKANIIKKA SUORITUKSISSA
Oikolaskun mekaniikka
•
Painovoiman rinteen suuntainen komponentti
(kuva 3, Gx) kiihdyttää laskijan nopeutta (v).
•
Lihastyöllään laskija kumoaa rinnettä kohtisuoraan olevan painovoiman komponentin
(Gy). Hetkellisesti voimat voivat olla erisuuret
laskijan muuttaessa painopistettä.
•
Ilmanvastus ja suksen pituussuuntainen kitka
hidastavat laskijan nopeutta.
'Kun eteenpäin vaikuttava liikevoima on suurempi kuin ilman ja lumen yhteenlasketut vastavoimat, laskija lähtee liikkeelle tai laskijan
nopeus kiihtyy.'
Aurauksen mekaniikka
'Kun laskija hidastaa vauhtiaan tai pysähtyy,
hänen on vastustettava jatkuvuutta ja liikevoimaa vastavoimaa lisäämällä.'
Käytännössä kääntämällä sukset auraan ja säätämällä kanttausta niin, että suksien ja lumen välinen
kitka kasvaa. - Mitä suuremmalla voimalla työnnetään maata/lunta sitä suuremmalla voimalla lumi
vastustaa laskijaa.
Oikolaskuun verrattuna suksen pitkittäissuuntainen
kitka korvataan yhdistelmällä, jossa tekijöinä ovat
lisäksi suksen poikittaissuuntainen kitka ja suksien
aurakulma.
•
Mitä enemmän laskija hidastaa nopeuttaan,
sitä enemmän hän joutuu tekemään aktiivista
lihastyötä jaloillaan.
•
Aurakäännöksessä laskija kuormittaa suksiaan
erisuuruisesti, jolloin laskijan nopeuden suunta
muuttuu.
G=
F=
N=
v=
laskijan paino, joka voidaan jakaa rinteen suuntaiseen komponenttiin Gx sekä rinnettä vastaan kohtisuoraan
olevaan komponenttiin Gy
reaktiovoima
rinteen laskijaan kohdistama tukivoima
nopeus rinteen suunnassa
Kuva 3.
Alppihiihdon mekaniikka
5
Käännöksen mekaniikka KÄÄNNÖKSEN MEKANIIKKA
'Jos laskija haluaa muuttaa suuntaansa, hänen on
käytettävä kääntävää voimaa, joka riittää kumoamaan jatkuvuuden vaikutuksen, mikä muussa tapauksessa pyrkisi jatkamaan laskijan liikettä
suoraa linjaa pitkin (ks. kuva 4.).
Käännöksessä käytettävää voimaa kutsutaan reaktiovoimaksi (=keskihakuisvoimaksi). Laskijan on
suunnattava voima sivulle, käännöksen keskipistettä
kohti ja voimaa on käytettävä käännöksen loppuun
asti. Kun reaktiovoima lakkaa vaikuttamasta laskijaan, jatkuvuus astuu tilalle, jolloin laskija liikkuu
suoraa linjaa, joka on käännöksen tangentti.
JATKUVUUS
=
keskipakoisvoima
Käännöksen mekaniikassa jatkuvuutta kuvataan
usein keskipakoisvoimana, joka suuntautuu käännöksen keskipisteestä poispäin >< reaktiovoima
(=keskihakuisvoima) taas suuntautuu käännöksen
keskipistettä kohti.
Käytännössä laskija luo keskihakuisen voiman
painamalla kantattuja suksia lumen pintaa vasten.
Lumen vastus synnyttää yhtä suuren vastavoiman,
joka vaikuttaa sivusuunnassa ja oikeassa kulmassa kulkusuuntaan nähden.
Reaktiovoiman (=keskihakuisvoiman)
laskijan liikerata on kaareva.
ansiosta
REAKTIOVOIMA
=
keskihakuisvoima
Kuva 4.
Laskijan nopeuteen vaikuttavia voimia sivusta katsottuna (ks. kuva 5.):
•
Ilmanvastus
•
Suksen pituus- ja poikittaissuuntainen kitka
•
Rinteen jyrkkyys (⎝ painovoiman rinteen suuntainen komponentti)
Edellä mainittujen voimien vaikutukset aiheuttavat
päänvaivaa lähinnä kilpalaskijoille.
Alppihiihdon mekaniikka
6
Käännöksen mekaniikka Fv
Fμ
α
LASKIJAN NOPEUTEEN
VAIKUTTAVAT VOIMAT:
F v = ILMANVASTUS
F μ = KITKA
α = RINTEEN JYRKKYYS
Kuva 5.
Alppihiihdon mekaniikka
7
Käytännön mekaniikkaa KÄYTÄNNÖN MEKANIIKKAA
' Lajisuorituksena alppihiihto on monen tekijän
summa. Jokainen laskutekniikka koostuu perustaitojen tarkoituksenmukaisesta yhdistämisestä, olosuhteiden huomioon otosta sekä
laskijaan vaikuttaviin voimiin sopeutumisesta
ja hyväksikäytöstä.'
Aloittelija
Saadakseen suksensa kääntymään aloittelija joutuu
hitaassa vauhdissa tekemään voimakkaita kääntäviä liikkeitä, vartalon rotaatioita, jotka suomalaisessa hiihdonopetuksessa pyritään aloittelijalle
opettamaan myötäkiertoisina eli käännöksen suuntaan suuntautuvina vartalon kiertoina.
Expertti
Taidollisesti edistyneempi laskija käyttää kääntäessään hyväksi suksen ominaisuuksia, laskijaan
vaikuttavia voimia sekä vallitsevien olosuhteiden
erityispiirteitä ( ⎝ puuteri, tykkilumi, jää,...).
Kilpalaskija
Nykypäivän suksiteknologia helpottaa suksen kuljettamista leikkaavasti käännöksen läpi. Oleellista
onkin tasaisen ’paineen’ ylläpito käännöksen aikana kantillaan olevilla suksilla, jolloin kuormituksen
voimaa oikein ajoittamalla käännöksen aikana
aktiivisella lihastyöllään laskija voi ylläpitää optimaaliset ajolinjat sekä hyödyntää/ suunnata jatkuvuutta
(=keskipakoisvoimaa)
käännöksessä.
Pyrittäessä suuntaamaan jatkuvuuden vaikutus
suoraan kohti uutta käännöstä laskija pystyy ylläpitämään ja kiihdyttämään nopeuttaan tiettyyn rajaan
asti.
Vertaa kuormittamisen ajoitusta ja jatkuvuuden
suuntaamista ratalaskussa oikolaskuun aaltoladulla. Kuormitettaessa hetkellisesti ’aallon pohjassa’ lihastyöllään laskija ylläpitää ja jopa
kiihdyttää vauhtiaan.
Ratalaskussa/ leikkaavassa laskussa laskijaan
kohdistuva voima kasvaa kohti käännöksen loppua. - Suuntaamalla jatkuvuuden vaikutuksen uuteen käännökseen ja ylläpitämällä ’paineen’
kantillaan olevilla suksilla käännöksessä laskija
ylläpitää/ kiihdyttää nopeuttaan sekä säilyttää optimaaliset ajolinjat.
aaltolatu
Kuva 6.
Alppihiihdon mekaniikka
8
Käytännön mekaniikkaa Laskijaan vaikuttavat voimat
Laskettaessa suoraan kovalla vauhdilla laskija tuntee lähinnä painovoiman ja liikevoiman vaikutukset,
johtuen pinnanmuotojen vaihteluista (⎝ jyrkänteet,
kummut, loivat osuudet,...). Tällöin laskija pyrkii
työskentelemään vaikuttavia voimia vastaan jalkojen
jousto-ojennus liikkeillä sekä ylläpitämään tasapainoaan etenkin suksen suuntaisesti (ks. kuvat 1. ja
7.).
Laskettaessa kovavauhtisesti leikkaavia käännöksiä ( esim. suurpujottelu, super-G, carvingvapaalasku), vaikuttaa laskijaan edellä mainittujen
lisäksi merkittävästi jatkuvuus = keskipakoisvoima,
jonka vaikutus voimistuu käännöksen lopussa,
jolloin laskija joutuu vastustamaan kyseistä voimaa
aktiivisella lihastyöllä, tehostamalla kanttausta
sekä nojaamalla käännöksen keskipistettä kohti.
Kanttauksen säätelyn voimakkuudesta riippuu
käännöksen säde, nopeuden muutos ja onko lopputuloksena leikkaava tai luisuva käännös.
P=
Fp =
Fcf =
Fro =
Frv =
painopiste
laskijan massa
keskipakoisvoima
reaktiovoiman vaakasuora komponentti
reaktiovoiman pystysuora komponentti
Kuva 7.
Alppihiihdon mekaniikka
9
Käytännön mekaniikkaa Laskuasennon vaikutus
suoritukseen
Dynaaminen laskuasento
Etenkin kovavauhtisissa dynaamisissa leikkaavissa käännöksissä laskijaan kohdistuu suuria
vaikuttavia voimia. Toimiakseen ergonomisesti,
mahdollisimman taloudellisesti ja ennen kaikkea
tehokkaasti laskijan tulee työskennellä tasapainoisesti niin sanotulla efektiivisellä voimalinjalla, jolloin vartalon liike sekä jousto-ojennukset tapahtuvat optimaalisessa suunnassa vaikuttaviin
voimiin nähden (ks. kuva 7.).
Virheliikkeet ja liikkuminen voimalinjan 'vieressä'
kuluttaa turhaan energiaa sekä luo epätasapainoa
suoritukseen. Myös monet selkeät tekniikkavirheet
juontuvat virheellisistä liikesuunnista suksien päällä: Tasapaino-ongelmat, ongelmat kuormittamisen,
etenkin painonsiirron suhteen, leikkaavuuden
hahmottamisvaikeudet, jne...
Kilpalaskijan suorituksessa parhaimmillaan yhdistyvät optimaalisimmat ja voimantuotollisesti tarkoituksenmukaisimmat
(=ergonomisimmat)
liikesuunnat vaikuttaviin voimiin nähden/ niitä hyödyntäen, ottaen huomioon vielä ilmanvastuksen
aiheuttamat erityisvaatimukset dynaamiselle, matalalle laskuasennolle.
Alppihiihdon mekaniikka
10