Еще раз об инерции.

     В предыдущей статье я рассказывал об отдельных проявлениях инерции при катании на горных лыжах. Сейчас я расскажу об инерции более подробно, и вы увидите, что инерция является основой всей горнолыжной техники. Чтобы начать поворот нужно поставить лыжи на канты, благодаря боковому вырезу лыжи начнут двигаться по дуге. При движении лыжника по кривой у массы проявляется свойство инерции, происходит самое удивительное – давление лыж на снег увеличивается, но не за счет гравитации, вес лыжника остается прежний, а благодаря силе инерции массы лыжника. И направлено это инерционное давление не перпендикулярно поверхности склона, а под углом к нему. Этот угол определяется углом закантовки лыж, при котором лыжи будут не проскальзывать, а резать снег. При этом лыжи в снегу будут создавать следы от движения, это следы площадок, на которые приходилось инерционное давление.

И сейчас самое главное! Эффект вызываемый давлением массы лыжника на эти площадки аналогичен давлению массы того же лыжника на ровную, горизонтальную поверхность, вызванную гравитацией. Это свойство вещества А. Эйнштейн назвал принципом эквивалентности гравитационной и инерционной масс. Оно означает, что между движущимся с ускорением телом и тем телом, которое его ускоряет, действуют силы, результат действия которых аналогичен и даже неотличим от гравитационного притяжения.

Хотя великий мыслитель не был горнолыжником, он этим принципом вполне объяснил почему спортсмен на трассе слалома в местах прохождения ворот едет почти в горизонтальном положении, будто на него не действует сила тяжести. Гравитация, конечно, действует на лыжника, но он не падает потому что в мире движущихся тел второе свойство массы – инерция не менее могущественная сила, чем гравитация. Вернее сказать, они равноправны: гравитация вызывает давление на поверхность земли неподвижных тел, а свойство инерции вызывает давление на поверхность движущихся по ним тел. Общее у них в том, что давление всегда направлено перпендикулярно той площадке, на которую опирается тело. Гравитация вызывает давление на горизонтальную поверхность, это давление называют весом тела. Инерциальное давление намного разнообразней, оно зависит от скорости, радиуса кривизны траектории движения, может составлять какую — то часть веса тела, а может превосходить в разы, например, при подготовке космонавтов к полетам, их на центрифуге раскручивают до 8G. Но главное отличие в том, что направление инерциального давления может быть совершенно произвольным. В любом направлении человек находящийся под действием таких инерциальных сил будет чувствовать под собой опору, как будто он стоит на земле. Для большей наглядности можно вспомнить цирковой номер — мотоциклист на вертикальной стене.

Мотоциклист находится горизонтально поверхности земли, а силы инерции полностью заменяют гравитацию и прижимают мотоцикл к вертикальной стене, будто между мотоциклом и стеной действует притяжение.

Или в шаре.

А вот интервью с каскадером, который выполнял этот головокружительный трюк.

Его слова полностью подтверждают принцип эквивалентности гравитационной и инерционной масс.

При езде на горных лыжах эта поверхность, которая выполняет роль инерциальной опоры, выглядит сложнее. Её просто не существует, ее можно только представить, лыжник каждый раз заново создает свой неповторимый узор на снегу. Но уверяю вас, что существует трудно достижимый идеальный вариант ведения горнолыжных поворотов, и когда — то перед вашим мысленным взором появится эта трасса с правильными углами закантовок и вы, как сказал каскадер, применяя удобные, расслабленные позы дадите массе своего тела выполнить всю работу по повороту в дуге согласно законам природы.

Но попробуем, все — таки, спроектировать модель трассы с этими площадками, на которые будут опираться лыжи во время поворота. Та трасса, которую обычно рисуют, которую нарисовал и я в статье «Управляющие силы в горнолыжном повороте», является проекцией на двумерную плоскость реального трехмерного пространства в котором действуют силы.  В реальности силы действуют на лыжи под углом к поверхности склона. Когда лыжник едет на закантованных лыжах, они создают площадки в снегу расположенные также под углом к склону. Перпендикулярно к их поверхности и действует инерционная масса лыжника. Таким образом, чтобы создать трассу по которой едут лыжи, надо использовать 3D моделирование.

При помощи пластилина у меня получилась вот такая трасса. Высотой бугров я обозначил силу, которую оказывает лыжник на снег, а угол бугра со склоном, это угол, на который лыжник отклоняется в сторону.

Все площадки, на которые опираются лыжи при движении по дуге, конечно объединены в непрерывную трассу, но, если рассматривать их по отдельности, самой важной будет последняя, та, что предшествует перекантовке и входу в новый поворот. Это то место в дуге поворота где полностью проявляется принцип эквивалентности гравитационной и инерционной масс. Начав поворот, лыжник начинает падать в сторону, внутрь нового поворота, но скорость еще мала, кривизна дуги определяется конструкцией лыж это радиус 12-18м. Эти факторы не дают возможности надежно опереться на лыжи, лыжник продолжает падать. Но, наконец скорость увеличивается настолько, что инерционная сила, вжимающая лыжника в снег, возрастает так, что начинает превышать гравитационную и заменяет ее. Лыжник ощущает устойчивую опору под ногами. Это значит, что вы достигли последней площадки перед входом в новый поворот. Именно на нее нужно правильно приземлить свое тело.

 Это похоже на то, как бы вы спрыгнули с табурета на пол, присели, смягчив удар, выпрямились и пошли дальше. Для иллюстрации сказанного я подготовил раскадровку поворота итальянского мастера.

P.S.   При описании поворота в этой статье я уделил большое внимание принципу эквивалентности гравитационной и инерционной масс не для того, чтобы вы прониклись интересом к до сих пор неразгаданным основам физики движения. А дело в том, что самым сложным в достижении свободного, расслабленного катания на горных лыжах является преодоление страха перед падением. Ведь отклоняться в начале поворота нужно не только вбок, но и вниз по склону. Это необычайно трудно преодолеть, ведь некоторое время приходится действительно падать, потому что давление на лыжи в начале поворота еще небольшое, но твердо зная, что впереди вас ждет участок, на котором вы почувствуете привычную опору под ногами, вы сможете победить в себе этот страх. А знание и понимание принципа эквивалентности, с которым мы познакомились в этой статье, даст вам уверенность в этом и возможность наметить цель в освоении горнолыжной техники. И тогда, настойчиво тренируясь, можно быстрей достичь того момента, когда вы сможете легко расставаться с привычным равновесием силы тяжести. А двигаясь в повороте, будете поддерживать равновесие руководствуясь инерционными силами. И это будет настоящим прорывом к вершинам горнолыжного мастерства.