Механика поворотов

Для того чтобы иметь правильное представление о механической сущности поворотов, целесообразно анализ этих движений проводить на основе закона сохранения кинетического момента. В данном случае имеется в виду, что если на тело не действуют внешние силы, то вращение какого-либо звена в одном направлении вызывает поворот остальной части тела в противоположном. Количественно скорости этих встречных вращений обратно пропорциональны моментам инерции звеньев. Аналогичная зависимость существует и между углами поворота звеньев: поворот звена с малым моментом инерции (например, руки) на большой угол вызывает поворот на небольшой угол звена с большим моментом инерции (остальной части тела). Эту закономерность важно учитывать в технике поворотов.

Для упрощения картины исследуемого движения при предварительном рассмотрении пренебрежем внешними силами. Будем считать, что момент сил сопротивления, возникающий между коньком опорной ноги и льдом, равен нулю, т. е. силы сопротивления отсутствуют. На практике фигуристы высокого класса часто выполняют повороты так, что след, остающийся на льду, бывает исключительно тонким, как говорят, волосяным. Совершенно очевидно, что в таких случаях величины моментов сил вращательного взаимодействия конька со льдом очень незначительны.

При начале разрешения плечевой пояс выполняет так называемое обратное движение, т. е. поворот плечевого пояса и рук относительно таза. В силу закона сохранения кинетического момента это движение одновременно вызывает вращение нижней части тела в противоположном направлении. Важно отметить, что при правильном выполнении поворота во время обратного движения выполняется и въезд в вершину элемента и выезд из него. В практике часто встречается ошибочное мнение о том, что обратному движению соответствует только выезд из вершины поворота.

Итак, поворот верхней части тела в одном направлении вызывает поворот нижней части в другом направлении. Тогда кинетический момент поворота верхней части тела должен быть равен кинетическому моменту нижней части тела: Кн = Кв-

Поскольку направления поворота верхней и нижней частей тела противоположны, получаем: Кн — Кв = 0 /ншн—/вшв = 0. Это значит, что вращение верхней части тела уравновешено вращением нижней его части таким образом, что общее вращение тела отсутствует и его суммарный кинетический момент равен нулю.

Для получения более точной механической картины поворота несложно учесть влияние моментов сил сопротивления, возникающих между коньком и льдом. Очевидно, что моменты сил сопротивления направлены навстречу повороту конька, т. е. навстречу вращению нижней части тела. В результате силы сопротивления будут ослаблять вращение нижней части, говоря точнее—■ уменьшать кинетический момент нижней части тела. При больших силах сопротивления, возникающих между коньком и опорой, например при стоянии на резиновом коврике, поворот верхней части тела может не вызвать поворота нижней части с коньком.

Условно обозначим потери кинетического момента в результате сил взаимодействия конька со льдом через Кп. Учитывая, что силы сопротивления направлены навстречу повороту нижней части тела с коньками, можно написать: Ка—/СЕ—^Сп = 0.

Полученное соотношение является своего рода формулой поворота. Она позволяет проанализировать возможные искажения рисунка поворота в результате несбалансированного вращения нижней и верхней частей тела.

Случай 1. Кинетический момент нижней части больше суммы кинетического момента верхней части и кинетического момента потерь Кн> Кв + Кп-

Практически это означает, что в результате разрешения вращение нижней части преобладает над противоположным ему вращением верхней части. В таком случае после поворота тело приобретает общее вращение в направлении, в котором вращалась опорная нога в повороте. Появление остаточного вращения тела в этом направлении вызывает характерный «перекрученный» рисунок поворота (рис. 13, а).

Случай 2. Кн-<Кв + Кп- Кинетический момент нижней части меньше суммы кинетического момента верхней части и кинетического момента потерь. В этом случае фигурист ощущает, что в результате разрешения обратное движение, т. е. вращение плечевого пояса и рук, увлекло в поворот все тело. Это «останавливающее» вращение приводит к так называемой недокрученной форме поворота (рис. 13, б).

Искажение формы поворота тесно связано со смещением мгновенной оси вращения и обусловлено им. В случае Кн~>Кв + Кп, т. е. вращение тела в сторону вращения нижней части тела, мгновенная ось вращения смещается за пределы окружности и вызывает нарушение равновесия и соответствующее искажение следа (как показано на рис. 13, а).

В случае К<Кв + + Кп мгновенная ось находится внутри круга и вызывает нарушение равновесия в ту же сторону и соответствующее искажение рисунка (см. рис. 13,6).

Итак, наличие общего вращения тела после поворота вызывает смещение мгновенной оси вращения, а в результате — нарушение равновесия и искажение рисунка по правилу, приведенному в начале раздела.

Поскольку при выполнении поворотов звенья тела фигуриста совершают вращательные движения, представляют интерес особенности геометрии отдельных фигур. Ведь при выполнении поворотов участок конька, соприкасающийся со льдом, в точности повторяет контур фигуры.

Одной из кинематических характеристик движения является так называемая центроида. Центроидой называют геометрическое место точек мгновенных центров скоростей тела, т. е. точек, через которые проходят оси мгновенного вращения. На рис. 14 приведены центроиды движения конька при поворотах тройкой, скобкой, крюком, выкрюком и для фигуры с петлей.

Рис. 13. Искажение формы поворота: а — перекрученная; б — недокрученная

Несмотря на то что центроида — это кривая, по которой перемещается не реальное тело, а воображаемая точка, форма ее в некоторой степени отражает геометрическую сложность траектории движения тела. Именно поэтому можно сделать предположение, что форма центроиды в каждом повороте — в тройках, скобках, крюках и вы-крюках отражает сложность выполнения элемента. Так, на рис. 14 видно, что в тройке центроида имеет форму плавной замкнутой кривой, расположенной внутри окружности. Она не имеет разрывов. Это говорит о том, что конек при скольжении не меняет направления вращения. В крюке ось мгновенного вращения конька последовательно проходит через точки 1, 2, 3, в точке 3 уходит в бесконечность и затем переходит в точку 4 — центр второго круга. В данном случае перемещение оси мгновенного вращения конька более сложно. Особую сложность имеет изменение направления вращения конька в конце выезда из поворота. Смена направления вращения конька в этой точке на практике часто сопровождается искажениями следа. Наиболее распространенное из них — поздняя смена направления скольжения с характерной S-образной формой следа.

Аналогичная форма центроиды и в выкрюке. Разница лишь в том, что смена направления вращения конька происходит до поворота. Кривая центроиды в этой точке имеет разрыв, и именно в этом месте фигуры наиболее часто встречаются искажения следа. Как правило, это S-образная форма подъезда к повороту.

Рис. 14. Центроиды движения конька: а — тройка; б — скобка; в — крюк; г — выкрюк

Поскольку в выкрюке наиболее сложный участок (смена направления скольжения) расположен до поворота, а не после, как в крюке, поэтому фигурист проходит его почти в статическом положении. В результате выкрюк выполнять, как правило, легче, чем крюк, где смена направления скольжения происходит после поворота, на фоне сложного движения разрешения, после которого точность скольжения затруднена.

Наиболее сложная форма центроиды в повороте скобкой. Здесь центроида имеет два разрыва — до и после поворота. Особенно трудно изменение направления скольжения конька после поворота, где, как и в крюке, точность скольжения осложнена последствиями движения разрешения. Следует учитывать, что приведенные центроиды соответствуют движению конька, а не всего тела. Именно поэтому нельзя ставить знак равенства между вращениями конька и вращением всего тела.

Итак, можно сделать следующие выводы.

1.  При выполнении обязательных фигур телу фигуриста не должно сообщаться общее вращение вокруг его продольной оси.

2.  Механизм вращательного компонента поворотов заключается во встречном вращении верхней части тела относительно нижней. При этом кинетический момент нижней части тела равен по величине и противоположен по знаку кинетическому моменту верхней части тела и кинетическому моменту потерь.

3.  Показателем результирующего вращения частей тела является движение конька. Для точного соблюдения геометрической правильности кругов опорный конек фигуриста должен поворачиваться вокруг оси мгновенного вращения, проходящей через центр круга.

Правильная форма поворотов может быть соблюдена, если при их выполнении опорный конек в каждый момент поворачивается вокруг оси мгновенного вращения, последовательно перемещающейся по эталонной центроиде этого поворота.

4.  Сложность выполнения поворота связана с конфигурацией центроиды движения конька в этом повороте.

Мишин А. Н. Школа в фигурном катании. — М.: Физкультура и спорт, 1979. — 175 с, ил.