Современный слаломный поворот.
(Рассогласования траекторий)

Е.Стрижов, П.Тугаринова

Эта статья посвящена короткому слаломному повороту, а именно тому, как движутся лыжи и корпус лыжника в различные моменты поворота. Анализируются характер траекторий движения центра тяжести лыжника и его лыж, а также рассогласования между ними, возникающие в коротких слаломных поворотах. Рассматриваются положения лыжника в характерных точках траекторий корпуса и лыж, названные, соответственно, точкой смены направления и точкой смены поворота.

Современная техника горных лыж отличается тем, что благодаря геометрии лыж стали доступны повороты на кантах (резаные), которые отличаются коротким радиусом и большой амплитудой движения лыж в повороте. Такие повороты, их принято еще называть карвинговыми (от английского слова "to carve", что означает "нарезать, вырезать"), могут выполняться, только если наклон (inclination) лыжника при выполнении поворотов значителен и корпус лыжника сильно смещен внутрь поворота (рис. 1). Следствием этого является то, что, соответственно, и углы закантовки лыж в повороте большие. В современных поворотах они могут достигать величины от 70 до 80 градусов.

Для противодействия силам инерции, которые возникают при любом движении по криволинейной траектории, мы всегда наклоняемся внутрь поворота, например, при беге или езде на велосипеде. Причем, чем больше скорость и чем меньше радиус поворота, тем больше этот наклон. Но для того, чтобы при больших углах наклона, лыжник не упал внутрь поворота, необходимо, чтобы возникали и достаточные силы реакции опоры (склона), которые будут поддерживать нас, позволяя сохранять положение равновесия. Эти силы обеспечиваются двумя факторами: радиусом поворота лыж, зависящим, в том числе, и от геометрии лыж, и скоростью движения. Современные карвинговые повороты, вершиной которых является спортивный слаломный поворот – это хорошо управляемые повороты с наименее возможными элементами торможения и проскальзывания, при которых используются свойства самонаправления лыж (форма лыж и их прогиб) при соответствующей скорости движения и радиусе поворотов.

Большие углы наклона лыжника внутрь поворота приводят к тому, что между траекториями движения его корпуса и лыж, в процессе выполнения поворота, возникают рассогласования (по расстоянию и по направлению). Они связанны с движением корпуса лыжника по более короткой траектории. На рисунке 2 изображены траектории движения проекции центра тяжести (корпуса) лыжника на плоскость склона и его лыж в типичном слаломном повороте.

Траектория движения корпуса лыжника всегда находится внутри траектории движения лыж, причем лыжи скользят вокруг вешек, а плечи и бедра – внутри, в коридоре вешек. Лыжи движутся по бoльшему радиусу и проезжают бoльшее расстояние, в то время как лыжник движется по более короткому пути и проезжает, соответственно, меньшее расстояние. Поэтому рассогласование по расстоянию является обязательным при выполнении коротких поворотов. С другой стороны, траектории движения корпуса и лыж всегда имеют точки пересечения. В этих точках, для последующего возникновения рассогласования траекторий, необходимо рассогласование по направлению движения корпуса лыжника и лыж. Хорошее управление поворотами - это управление скольжением, скоростью и радиусом поворотов, которые являются результатом действий лыжника, создающего необходимые условия. Результатом этих же действий являются и те положения лыжника, которые мы и наблюдаем в разных точках поворота, и те траектории движения его корпуса и лыж, которые и являются предметом нашего рассмотрения. Таким образом, в настоящей статье рассматриваются рассогласования траекторий движения, возникающих между центром тяжести лыжника и его лыжами в разных точках поворота. Эти рассогласования являются необходимыми, и есть следствие действий лыжника по управлению скольжением, скоростью и траекторией.

Под рассогласованием расстояний подразумевается изменение относительного расстояния между траекториями корпуса лыжника и его лыж на протяжении одного поворота.
Под рассогласованием направлений подразумевается изменение угла между мгновенными направлениями траекторий корпуса лыжника и его лыж на протяжении одного поворота.
Для дальнейшего рассмотрения рассогласований, возникающих в коротких слаломных поворотах, введем определения следующих терминов: смена направления и смена поворота.

Под сменой направления будем понимать изменение направления движения центра тяжести лыжника, которое происходит в вершине поворота (рис.2). Обоснованность такого определения следует из того, что в этой точке происходит разворот поперечной составляющей скорости лыжника в противоположном направлении. И этот момент является наиболее ключевым с точки зрения сохранения чистоты скольжения в повороте и создания условий для движения лыжника по оптимальной траектории.
Под сменой поворота будем понимать изменение направления вращения лыж в повороте. Смена поворота происходит в точке пересечения траекторий движения центра тяжести лыжника и траектории лыж (рис.2). Обоснованность такого определения следует из того, что с этого момента изменение направления вращения лыж является тем действием, которое обеспечивает впоследствии смену направления движения корпуса лыжника.

Рассогласования в типичном слаломном повороте.

Из рисунка 2 видно, что расстояние между траекториями движения проекции центра тяжести лыжника на плоскость склона и траекториями движения его лыж постоянно изменяется, достигая максимального значения в области вершины поворота, и нулевого значения в точках пересечения траекторий. При этом корпус лыжника, как более тяжелая, а следовательно, и более инерционная часть, движется по спрямленной траектории, в то время, как лыжи, двигаясь по широкой траектории меньшего радиуса, обеспечивают создание необходимых сил и моментов для удержания лыжника в состоянии равновесия и обеспечения движения лыж с минимальным эффектом проскальзывания. На рис. 3а приведена диаграмма типичного вида изменения расстояния между траекторией проекции центра тяжести и траекторией лыж.

В противоположность рассогласованию траекторий, рассогласование направлений имеет другую зависимость (рис 3б). Рассогласование мгновенных направлений в точке пересечения траекторий максимально и уменьшается по ходу поворота, достигая своего максимального, но противоположного значения в следующей точке пересечения траекторий. Угол рассогласования изменяет свое значение, от некоторого начального угла с одной стороны от корпуса лыжника в начале поворота, до некоторого конечного угла с другой стороны корпуса лыжника в конце поворота (рис.4). На кадрах 1 и 2 видно, что плечи лыжника направлены в сторону вершины будущего поворота, а носки лыж – под некоторым углом к направлению корпуса лыжника. В то время как лыжи еще только «доезжали» предыдущий поворот, корпус лыжника уже некоторое время двигается в направлении нового.

Таким образом, в течение поворота происходит вращение (разворот) лыж относительно корпуса лыжника на некоторый угол в одну сторону, а в течение следующего поворота на такой же угол в другую сторону (рис 4). Изменение направления вращения лыж происходит в точке смены поворота. Таким образом, в первой половине поворота, траектории корпуса лыжника и его лыж расходятся при одновременном уменьшении угла рассогласования. Во второй половине наоборот, угол рассогласования увеличивается при одновременном схождении траекторий.

Рассмотрим более подробно, какие действия производит лыжник для обеспечения необходимого рассогласования траекторий и направлений. Ниже (рис.5) приведена серия фотографий положений лыжника от момента пересечения траекторий до момента достижения линии ската, т.е. от точки максимального рассогласования направлений до точки максимального рассогласования траекторий.

Кадр 1 - это положение начала смена поворота лыж. Лыжник находится в положении, которое принято называть положением «коротких ног». Положение, в котором находятся корпус лыжника и его лыжи, показывает существование начального угла рассогласования между направлением движения корпуса лыжника и направлением движения его лыж (рис. 5). Он связан исключительно с необходимостью движения центра тяжести лыжника по возможно более короткой траектории, в то время как для обеспечения эффективного управления, лыжи должны двигаться по оптимально длинной траектории.

Следующие фотографии 2 и 3 показывают, что лыжник активно выпрямляет внешнюю ногу таким образом, чтобы, с одной стороны, исключить смещение внутрь поворота, а, с другой, поддерживать давление на внешней лыже таким, чтобы лыжа вошла в дугу поворота при условии сохранения минимального угла закантовки. Это приводит к увеличению рассогласования между траекториями, при одновременном уменьшении рассогласования между направлениями.

Слишком быстрое выпрямление внешней ноги будет приводить либо к излишнему смещению корпуса лыжника внутрь поворота, либо к выпрямлению обеих ног в вертикальном направлении. Первое неизбежно приведет при еще значительном радиусе траектории движения лыж, к возникновению переноса веса тела на внутреннюю лыжу и потере устойчивого состояния равновесия (завал). Второе - к подъему центра тяжести относительно склона, уменьшению составляющей силы реакции опоры направленной к центру поворота и к увеличению радиуса поворота лыж. Следует заметить, что минимально возможный угол закантовки лыж в этой фазе является важным условием, так как слишком быстрое его увеличение будет приводить к излишнему торможению носков лыж (запиранию) и последующему растягиванию дуги вдоль линии ската, т.е. уменьшению давления на лыжи в этой части поворота.

Кадр 4 показывают положение лыжника в зоне линии ската, наиболее важной части траектории, с точки зрения, чистоты выполнения поворота. Эта часть поворота характеризуется опусканием центра тяжести лыжника под действием суммы разнонаправленных сил, силы тяжести и реакции опоры. Это приводит к быстрому увеличению угла закантовки и расстояния между траекториями, и достижения этим расстоянием своего максимального значения. В этот момент внешняя нога лыжника максимально выпрямляется и жестко удерживается в таком положении. Радиус траектории лыж начинает быстро уменьшаться, в результате чего резко возрастает сила реакции склона, поддерживающая лыжника в повороте и не позволяющая ему опрокинуться внутрь поворота. Быстрое возрастание силы реакции опоры разворачивает движение центра тяжести в противоположном направлении, обеспечивая ему и быструю смену направления. Рассогласования между направлениями движения центра тяжести и лыж в этот момент минимальны, тем не менее, разворот корпуса лыжника, по-прежнему, должен опережать разворот лыж, тем самым обеспечивается мягкое скольжение лыж на кантах и регулирование давления в повороте.

Последующие положения лыжника, Кадры 1, 2, 3 на (рис.6) показывают, что с этого момента корпус лыжника двигается в новом направлении, при этом лыжи не препятствуют его движению, но продолжают «доезжать» поворот.

Это позволяет корпусу двигаться в направлении вершины следующего поворота по спрямленной траектории. Одновременно происходит подъем центра тяжести лыжника относительно склона и уменьшение расстояние между траекторией проекции центра тяжести и траекторией лыж. Это приводит к увеличению угла рассогласования между траекториями центра тяжести и лыж, создавая необходимый угол к точке пересечения траекторий. Такая динамика обеспечивается перераспределением давления на лыжах в сторону увеличения на внутренней и уменьшения на внешней, за счет сгибания последней. Достигается это путем одновременного движения голеней вперед и внутрь поворота и подтягивания внешней ноги таким образом, чтобы обеспечить уменьшение разножки и выравнивания положения голеней. Кадр 4 показывает процесс завершения поворота, когда лыжник возвращается в положение «коротких ног», аналогично кадру 1 на рис. 4.

Заключение.

Таким образом, рассматривая современный поворот, можно сказать, что он отличается высокой динамикой движения. Имеется в виду не столько скорость движения лыжника на трассе, а, в первую очередь, динамика движений лыжника в процессе выполнения поворота, обеспечивающая необходимую скорость возникновения рассогласований расстояний и направлений и управления этими рассогласованиями. Последнее, возможно, только если движение корпуса и лыж, взаимно влияя друг на друга, относительно независимы. Под этим подразумевается, что в той части поворота, где для управления поворотом определяющим является скорость и направление движения корпуса лыжника, движение лыж, их скорость и направление, обеспечивает только поддержание этого режима движения. Такой режим характерен для первой части поворота от точки смены поворота до точки смены направления. Лыжи не препятствуют движению центра тяжести, но и управляющие импульсы, которые возникают, благодаря взаимодействию лыж со склоном, своевременно корректируют траекторию лыжника. В той же части поворота, где определяющими являются импульсы управления, возникающие, как результат взаимодействия лыж со склоном, направление и скорость движения корпуса лыжника должны быть уже таковы, чтобы не препятствовать этим управляющим импульсам поддерживать необходимую траекторию лыж при заданной траектории корпуса лыжника. Такой режим наблюдается во второй половине поворота от точки смены направления до точки смены поворота.

В конечном итоге, цель лыжника – максимально быстро и точно пройти трассу. Для этого необходимо обеспечить движение корпуса по кратчайше возможному пути при условии оптимальности траектории движения лыж, с учетом возможности создания необходимых управляющих импульсов при заданной геометрии трассы. Это возможно, если траектория движения ЦТ максимально спрямленная между вершинами поворота, быстро изменяет свое направление в точке смены направления. Такая траектория возможна, только если лыжи двигаются по более широкой и плавной траектории, обеспечивая максимальное давление на склон в те моменты поворота, когда направления движения ЦТ и лыж совпадают.

Январь 2010