Основы механики полета снарядов
Поскольку большинство спортивных перемещающих движений связано с перемещением снаряда (мяча, ядра) необходимо рассмотреть механические основы полета спортивных снарядов.
Дальность полета снаряда с математической точки зрения определяется формулой:
где υ0 – скорость в начале фазы полета, α – угол вылета, g – ускорение свободного падения.
В данной формуле не учитывается сила сопротивления среды, исходная высота выпуска и другие факторы.
Учитывая высоту выпуска, данное уравнение преобразуется в следующий вид:
Таким образом, дальность полета снаряда зависит от следующих факторов:
1. Начальная скорость вылета. В отсутствии сопротивления воздуха дальность полета снаряда пропорциональна квадрату скорости вылета. Накопление количества движения телом спортсмена и ускоряемым объектом происходит поэтапно:
1) предварительный разгон системы «спортсмен-снаряд» выполняется по прямолинейной (разбег, скачек) и криволинейной (вращения) траектории. Во всех видах разгона происходит обгон снаряда (отведение назад копья, скручивание туловища в метании диска);
2) сообщение скорости системе «рабочее звено-снаряд»: в метании копья – скрестный шаг и поворот таза, в толкании ядра выведение таза влево со скручиванием туловища, обгоняя плечи. В этой фазе мышцы максимально растянуты;
3) сообщение скорости снаряду. Мышцы выполняют в этом случае баллистическую работу.
В некоторых движениях передачу скорости снаряду производят кратковременным взаимодействием (ударом) или переводом тела в заданное положение без полета (штанга, борьба).
Критерием рациональной техники служит вектор скорости снаряда в фазе финального усилия, когда снаряд отделяется от руки. Вектор скорости характеризуется величиной и направлением. Величина скорости должна быть как можно больше, а угол вылета - оптимальным.
2. Угол вылета, в котором выделяют:
1) угол места – угол между горизонталью и вектором скорости вылета. Без учета сил сопротивления среды оптимальный угол вылета равен 45 градусов. Для диска угол вылета 33-36, копья – 35-38, ядра – 38-39, молота – 43-44;
2) угол азимута – угол вылета в горизонтальной плоскости (правее – левее, измеряется от условно выбранного направления отсчета);
3) угол атаки – угол между вектором скорости вылета и продольной осью снаряда. Метатели копья стремятся, чтобы угол атаки был близок к нулю («попасть точно в копье»). Метателям диска рекомендуется выпускать диск с отрицательным углом атаки. При полете мячей, ядра и молота угла атаки нет.
Если воздушный поток обтекает снаряд под некоторым углом атаки, то эту силу можно разложить на составляющие: одна из них направлена по потоку – это лобовое сопротивление, другая перпендикулярна к потоку – это подъемная сила. Необходимым и обязательным условием возникновения подъемной силы является наличие скорости и угла наклона тела навстречу направлению движения. В тех случаях, когда подъемная сила направлена вверх и уравновешивает вес снаряда, он может начать планировать. Планирование копья и диска существенно повышает результаты в метании.
Если центр давления воздушного потока на снаряд не совпадает с центром тяжести, возникает вращательный момент силы, и снаряд теряет устойчивость.
3. Высота выпуска снаряда влияет на дальность полета. Дальность полета снаряда увеличивается примерно на столько, на сколько увеличивается высота выпуска снаряда.
4. Вращение снаряда. Вращение снаряда оказывает двойное влияние на его полет. Во-первых, вращение стабилизирует снаряд в воздухе, действует эффект, подобный тому, который позволяет не падать вращающемуся волчку. Во-вторых, быстрое вращение снаряда искривляет его траекторию (эффект Мангуса): если мяч вращается (такое вращение нередко называют спином, от англ. spin – вращение), то скорость воздушного потока на разных его сторонах будет разной. Если направление вращения мяча совпадает с направлением полета, такой мяч в спортивной практике называют крученым, если не совпадает – резаным (крученый мяч катился бы по земле в направлении своего полета, а резаный - назад к игроку, пославшему мяч).