Dla fizyków jednak skoki są fascynujące z innego powodu - to, jak tłumaczą, ciągłe dążenie do perfekcji. Błędy - nawet najdrobniejsze i niewidoczne często dla niewprawnego oka - oddzielają najlepszych od reszty, O tych detalach opowiadają profesor Paweł Kowalczyk z Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego oraz doktor inżynier Krzysztof Wojciechowski z Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki Politechniki Łódzkiej. Zgodnie podkreślają, że skoki narciarskie to dyscyplina, która wymaga gigantycznej mocy (czyli umiejętności wyzwolenia dużej energii w krótkim czasie), precyzji, odwagi i... umiejętności nawigowania w powietrzu. 

Naukowcy opowiedzieli - etap po etapie - o przepisie na sukces w sporcie, który Polacy kochają od ponad 20 lat.

Rozbieg

- Żeby zrozumieć, co dzieje się ze skoczkiem w czasie rozbiegu, musimy cofnąć się do materiału z zakresu szkoły średniej. A mówiąc dokładniej - do równi pochyłej - zaznacza profesor Kowalczyk. 

Na zawodnika działa grawitacja, to dzięki niej skoczek nabiera prędkości.

- Był kiedyś taki teleturniej. Startujący dostawali na początku gry dużą kwotę, a potem - razem z każdą źle udzieloną odpowiedzią - stopniowo ją tracili. Im mniej ktoś popełnił błędów, z tym większą nagrodą opuszczał studio. Podobnie jest w skokach - dopowiada dr inż. Wojciechowski.

Maksymalną prędkość, którą zawodnik mógłby uzyskać, otrzymujemy, mnożąc sinus kąta skoczni z przyspieszeniem ziemskim, a potem przez czas jazdy skoczka na rozbiegu (jeżeli ktoś czytając to zdanie zbladł, uspokajamy - więcej wzorów i równań w tym tekście już nie będzie).

- Zawodnik ma wpływ na opory. Im są one mniejsze, tym większą prędkość uzyska zawodnik. Skoczka spowalnia tarcie nart o rynnę na skoczni oraz opór powietrza - opowiada profesor Paweł Kowalczyk.

Z tarciem nart zespoły radzą sobie, smarując narty substancjami nadającymi dodatkową śliskość (do tego jeszcze wrócimy). Z oporem powietrza poradzić musi sobie sam zawodnik.

- W czasie najazdu musi być jak pocisk. Jego pozycja musi być możliwie aerodynamiczna. Co to znaczy? Że musi być zaokrąglony, aby powietrze nie zatrzymywało się na nim, tylko go opływało - wyjaśnia profesor Uniwersytetu Łódzkiego. Tłumaczy, że chodzi o zmniejszenie powierzchni natarcia zawodnika na powietrze. Ciało skoczka działa jak płachta hamująca - dlatego im mniejsza powierzchnia zderza się z powietrzem, tym lepiej.

Naukowiec proponuje przeprowadzenie małego eksperymentu: otwórzmy słoik płynnego miodu i włóżmy do niego łyżkę.

- Spróbujmy poruszać nią do przodu i na boki. Ruch łyżeczką do przodu i do tyłu będzie dużo trudniejszy niż na boki, w kierunku węższej krawędzi. Dzieje się tak dlatego, że szeroka strona łyżeczki, służąca do napełniania, będzie działała jak żagiel. Na tej podstawie widać, jak opór wpływa na ruch - opowiada profesor Paweł Kowalczyk.

Dr inż. Krzysztof Wojciechowski daje inny przykład.

- Podobnie jest w motoryzacji: sportowe auta nie mają kanciastych kształtów, bo było to zwykłe marnotrawstwo mocy silnika. Mało opływowy kształt na dojeździe jest marnotrawieniem siły grawitacji - podkreśla.

Sposób zachowania się skoczka na rozbiegu to jedno, sprzęt używany przez niego na zawodach to drugie. I tak, jak wylicza profesor Kowalczyk, na prędkość zawodnika ma wpływ między innymi materiał, z których wykonany jest kombinezon i kask.

- Muszą one mieć idealnie gładką powierzchnię, żeby nie zakłócać przepływu powietrza - przekazuje dr inż. Krzysztof Wojciechowski. 

Dużą rolę odgrywa praca techników, którzy pokrywają nawierzchnię nart smarem zmniejszającym tarcie w czasie najazdu.

- Innego smaru używa się podczas pogody charakteryzującej się małą i dużą wilgotnością powietrza. W nowoczesnej fizyce mamy materiały, które potrafią się ślizgać bez żadnego tarcia, mówimy wtedy o efekcie nadśliskości. Gdybyśmy potrafili zbudować nartę, która na lodzie jest nadśliska, to jej wprowadzenie byłoby rewolucją w tym sporcie - przekazuje profesor Paweł Kowalczyk.

Na skoczni dużej (o punkcie konstrukcyjnym K120) zawodnik z takimi nartami mógłby się rozpędzić nawet od 5 do 10 kilometrów na godzinę bardziej niż konkurenci. Miałby więc bardzo duże szanse na wygraną.

- Na razie nie jesteśmy w stanie stworzyć tak dużej powierzchni z efektem nadśliskości. Może w przyszłości się to uda - tyle że zawodnicy będą musieli być puszczani z niższych belek startowych, żeby nie przeskakiwali skoczni - dodaje prof. Kowalczyk.

Wyjście z progu

Drugim, niezwykle ważnym elementem skoku narciarskiego, jest wyjście z progu. To moment, w którym z pozycji bardzo opływowej zawodnik natychmiast musi przejść do pozycji, w której jego opór aerodynamiczny gwałtownie rośnie.

- Co czuje taki zawodnik? Wyobraźcie sobie państwo, że jedziecie jak James Bond, trzymając się na leżąco dachu auta rozpędzonego do blisko 100 kilometrów na godzinę. W ułamku sekundy musicie wstać na równe nogi. Brzmi jak zadanie dla superbohatera, a przecież z takimi siłami muszą mierzyć się zawodnicy - opowiada prof. Kowalczyk.

Co gorsza, czas na podjęcie decyzji o wybiciu jest bardzo krótki.

- Ba, w zasadzie nie ma go wcale: zawodnik musi działać odruchowo, bo pomiędzy zbyt wczesnym a zbyt późnym wyjściem z progu jest mniej niż pół sekundy - mówi dr inż. Wojciechowski. 

- Niezbędna jest bardzo duża moc, czyli siła w bardzo krótkim czasie. Zawodnik musi być nie tylko silny, ale też niezwykle dynamiczny, aby przejście do lotu odbywało się możliwie szybko - dodaje naukowiec z Politechniki Łódzkiej.

Zbyt wczesne wyjście z progu stawia zawodnika w złej sytuacji, bo - mówiąc najbardziej obrazowo - zamiast jeszcze jechać na nartach już musi lecieć. Potem te kilka metrów będzie musiał nadrobić w powietrzu, co będzie trudne - skrócenie rozbiegu wpływa też negatywnie na prędkość na rozbiegu.

Zbyt późne wybicie jest wtedy, kiedy zawodnik nie ma pod nartami odpowiedniego oparcia, żeby z całą mocą wyjść w powietrze.

- Żeby skok był udany, nie można wybić się z palców czy tylko z pięt. Zawodnik musi wybić się pionowo do góry z równą mocą z obu nóg. Czemu zawodnik nie skacze do przodu, na przykład pod kątem 45 czy 50 stopni? Na pierwszy rzut oka wydaje się, że dałoby mu to przewagę odległości, ale w praktyce jest to niewykonalne. Wyobraźmy sobie, że chcemy skoczyć do przodu, stojąc na kajaku płynącym po wodzie. Jak można skoczyć? Tylko do góry. Jak spróbuje skoczyć do przodu, to kajak odpłynie do tyłu, a on zanurkuje - opisuje ekspert.

Na tym etapie znaczenie zaczyna mieć waga skoczka - im jest mniejsza, tym wyżej zawodnik będzie w stanie wyskoczyć. 

Lot

Zawodnik po opuszczeniu progu rozpoczyna szybowanie. Podobnie jak w przypadku wyjścia z progu, znaczenie ma jego waga (im większa, tym mocniej grawitacja będzie ciągnąć go do ziemi).

- Sportowiec zamienia się w skrzydło. Kładzie się na nartach, żeby tworzyć możliwie płaską powierzchnię z nartami, które zresztą rozkłada w kształt litery V, żeby możliwie powiększyć powierzchnię natarcia na powietrze - opowiada profesor Paweł Kowalczyk. 

Idealny kształt, który zawodnik może uzyskać w czasie lotu to możliwie płaska powierzchnia natarcia (składająca się z nart, brzucha i klatki piersiowej skoczka oraz delikatnie wypukła część z drugiej strony - tworzona przez plecy i ręce).

- Coś państwu przypomina taki kształt? Tak, skrzydło samolotu. Chodzi o stworzenie siły nośnej. Pod skrzydłem - w tym wypadku pod skoczkiem - powietrze ma przemieszczać się wolniej, niż nad nim. Szybciej poruszające się powietrze powoduje zmniejszenie się ciśnienia. Ciśnienie, które jest pod spodem, unosi skoczka do góry, powstaje siła nośna - opowiada profesor Kowalczyk.

Podsumowuje, że do długiego utrzymania się w powietrzu niezbędna jest więc duża powierzchnia ciała i możliwie mała masa. Ta korelacja sprawia, że w świecie skoków narciarskich pojawia się ryzyko zachorowania na anoreksję. Żeby temu zapobiec, Międzynarodowa Federacja Narciarska (FIS) powiązała długość nart (wpływających na możliwość unoszenia się w powietrzu) z BMI, czyli stosunkiem wzrostu do wagi. Jeżeli ktoś jest zbyt lekki w stosunku do wzrostu, jego narty są skracane. 

- Oprócz prawidłowej sylwetki niezbędny jest też poprawny lot. W teorii powinien odbywać się po linii prostej. W praktyce każdy powiew wiatru sprawia, że zawodnik musi korygować swoją pozycję poprzez ruchy dłonią. Działają one jak stery w samolocie, pozwalają zmieniać tor lotu - dodaje profesor Paweł Kowalczyk. 

A co z wiatrem? - Miłośnicy jazdy na rowerze pewnie z przyjemnością jadą, mając wiatr w plecy, który dodaje nam prędkości. Na skoczni jest dokładnie na odwrót. To wiatr pod narty jest mile widziany, bo zwiększa on względną prędkość powietrza wobec skoczka. A skoro rośnie prędkość, to rośnie też siła nośna. Po prostu jest więcej powietrza, na którym może oprzeć się zawodnik - dodaje dr inż. Krzysztof Wojciechowski.

Lądowanie

- Proszę sobie wyobrazić, że musimy wyskoczyć z pierwszego piętra na chodnik. Niepokojąca, a nawet przerażająca wizja, prawda? Proszę sobie zatem wyobrazić, że to codzienność skoczka narciarskiego. Z takimi przeciążeniami musi sobie radzić po skoku - opowiada dr inż. Krzysztof Wojciechowski. Jeszcze trudniejsze zadanie czeka zawodnika, któremu uda się przeskoczyć skocznię - to znaczy jego lot będzie tak odległy, że do lądowania będzie podchodzić w miejscu, gdzie skocznia się już wypłaszcza.

- To nie jest przypadek, że przy rekordowych skokach, przekraczających rozmiar skoczni, zawodnikowi jest trudno ustać. Nie obserwujemy już wtedy telemarku, tylko lądowanie na dwie nogi, byle tylko się na nich utrzymać i ustać skok. Dzięki lądowaniu na dwie ugięte nogi łatwiej skompensować skumulowaną energię - opowiada naukowiec. 

- To czysta fizyka. A fizyka jest nieubłagana: spadający obiekt nabiera prędkości. A skoczek - mimo utrzymywania się w powietrzu - cały czas spada. Prędzej czy później musi dojść do zderzenia z gruntem i to przy dużej prędkości. Na koniec trzeba tylko wyhamować, uśmiechnąć się i pomachać do kamery. Warto docenić, jakich umiejętności wymagał obejrzany dopiero wyczyn - kończy profesor Kowalczyk.

MAGAZYN O SKOKACH. ZOBACZ WSZYSTKIE ARTYKUŁY TEGO WYDANIA >>>