במדרון החלקלק: מדעי הסקי

אחד מענפי ספורט החורף הפופולריים ביותר, במיוחד באירופה, הוא הסקי. גם כאן, כמו בהרבה ענפי ספורט אחרים, יש לא מעט מדע. בפעם הבאה שתנעלו את המגלשיים ותעלו על המסלול, נסו לשים לב לתנועות שאתם עושים ותגלו שכמו בכל מקום אחר גם כאן פועלים עליכם כוחות שמכתיבים את התנועה שלכם, ובתגובה אתם עושים כל מיני תנועות שעוזרות לכם לשלוט בתנועה.

בסקי, המשטח שעליו אנחנו נעים הוא חלק, אפילו חלק מאוד, ואנחנו שואפים להתקדם כמה שיותר מהר אבל עדיין להשאר בשליטה. ובמלים אחרות – ליצור חיכוך בצורה מבוקרת.

תנועה בשלג

למה השלג חלק? לשלג יש התנגדות, כמו שיש לחול ולמשטחים אחרים, אבל כשאנחנו עולים על המגלשיים אנחנו מחליקים, ויש לכך כמה סיבות. ראשית, שטח הפנים של המגלשיים גדול, ולכן המשקל שלנו מתחלק על שטח גדול יותר והחלוקה מונעת מאתנו לשקוע בשלג. כמו כן המגלשיים מצופים בחומרים דוחי מים שמסייעים להם להחליק על השלג.

איך אנחנו פונים? על פי חוק התנועה הראשון של ניוטון, כל גוף נע ימשיך לנוע באותה מהירות ובאותו כיוון כל עוד לא הופעל עליו כוח. כשאנו מאטים או עוצרים זה נובע מכוח החיכוך שאנחנו יוצרים. כשאנחנו רוצים לפנות בזמן הליכה אנו נשענים על רגל אחת ועושים ברגל השנייה תנועה רחבה יותר, כמו מחוגה. כשאנחנו הולכים או רצים אנו עושים את זה כמעט בלי לחשוב. בסקי עושים אותו דבר – נשענים על רגל אחת ומסובבים את השנייה בכיוון הפנייה.

פנייה בשלג | צילום: Magnus Manske, ויקיפדיה

למה גולשים נוטים קדימה? בגלישה חשוב מאוד להתכופף קדימה, משתי סיבות. הראשונה היא כדי להנמיך את מרכז הכובד שלנו ולשפר את היציבות שלנו. שימו לב שגולשים מקצועיים נוטים הצדה בפניות חדות מאוד וכמעט נוגעים בשלג. הם עושים את זה בשביל לא לאבד שיווי משקל וליפול. תופעה דומה אפשר לראות גם במירוצי אופנועים. הסיבה השנייה היא שאנחנו רוצים להקטין את שטח הפנים שלנו כדי שתהיה לנו פחות התנגדות מהרוח (ופחות קר).

למה גולשים בסלאלום? כשגולש מחליק במורד מדרון תלול הוא עושה את זה בסלאלום – תנועה מתפתלת – ולא בקו ישר. הסיבה היא שבסקי התנועה היא תמיד כלפי מטה, כלומר כוח המשיכה מאיץ את התנועה שלנו, וככל שהמדרון תלול יותר התאוצה גבוהה יותר – כלומר המהירות גדלה מהר יותר. מה שלא משתנה הוא זמן התגובה שלנו שמאפשר לנו לעשות תיקונים קטנים, והוא ממשיך לעמוד על כשלושת רבעי שניה. במילים אחרות, כשבעים וחמש מאיות השנייה חולפות בין המועד שאנחנו קולטים מידע לבין המועד שאנחנו שאנחנו מגיבים אליו. ככל שאנחנו נעים מהר יותר, המרחק שנעבור בזמן הזה יהיה גדול יותר.

כמו כן, בגלל המהירות יופעל עלינו בפניות כוח חזק יותר, בדיוק כמו שקורה כשאנחנו נכנסים מהר מדי לעיקול חד במכונית ומרגישים שאנחנו נזרקים הצדה. בנוסף, התנועות שנעשה ישפיעו יותר על הגלישה ונצטרך לעשות תיקונים עדינים יותר. בקיצור, סביר להניח שנמצא את עצמנו עם הפנים בתוך השלג. הפתרון הוא להאט בכוונה, ויש לגולשים שתי דרכים לעשות את זה. האחת היא להגדיל את החיכוך עם השלג על ידי פריסת המגלשיים (שיטה יעילה בעיקר במהירויות נמוכות) והשנייה היא להגדיל את החיכוך עם השלג על ידי פניות קטנות ונעיצת המגלשיים בשלג, דבר שיוצר תנועת סלאלום.

האם אפשר לעלות עם מגלשיים?  גולשים שאינם מיומנים במיוחד לא תמיד יצליחו לגמור את המסלול שלהם בדיוק ליד הרכבל, ולכן יצטרכו ללכת לא מעט ברגל על המגלשיים בשלג, לפעמים בעלייה. גם כאן שימו לב איך הולכים: יש להחזיק את המגלשיים בצורה של V ולנעוץ אותם בשלג תוך כדי הליכה. למעשה, קיים ענף ספורט של סקי בעליה, שבו גולשים ב-V ומפעילים כוח עם הידיים ורגליים כדי לנוע.

תנועות בסקי| צילומים: Kunstpiste, ויקיפדיה

קפיצות סקי

למתקדמים יותר יש ענף של קפיצות סקי, שם המטרה היא להגיע כמה שיותר רחוק בלי לגעת בקרקע. בתחילת המסלול יש רמפה, ובניגוד לתפיסה רווחת אין בסופה הגבהה, אלא הגולשיםעצמם קופצים כלפי מעלה בסוף הירידה.

בשלב הריחוף פועלים על הקופץ שני כוחות עיקריים: הכבידה שמושכת אותו למטה, ועליה אין לו כל השפעה, והתנגדות הרוח מלפנים. כדי להקטין את ההתנגדות הזו הגולש מתכופף קדימה ומרים את המגלשיים כלפי מעלה. בנוסף הוא גם יוצר צורה של V בין המגלשיים בשביל להגדיל את שטח הפנים וליצור קצת יותר חיכוך עם האוויר שמתחת וכך להאט מעט את הנפילה. שיאי הקפיצות משתפרים כל הזמן בין השאר בזכות הנדסת חומרים המייצרת בדים מקטיני חיכוך ומגלשיים קלים וחזקים יותר. השיא הנוכחי שייך לשטפאן קראפט (Kraft) מאוסטריה, שקפץ ב-2017 למרחק 253.5 מטרים.

צפו בסרטון של The Curious Engineer על קפיצות סקי (כתוביות בעברית: אתר מכון דוידסון):

מכונות שלג

נגמר יום הסקי וחזרנו למלון. בינתיים מכונות השלג עובדות קשה כדי לרפד מחדש את המסלולים. ישנם שני סוגים של תותחי שלג. אחד משתמש בצינור מים וצינור אוויר דחוס. המים מתערבבים עם האוויר הדחוס ומתפזרים כתרסיס בתוך התותח שם הטיפות קופאות ומתגבשות. לפעמים מוסיפים למים חלקיקים קטנים של אבק או חלבונים מתאימים כדי לזרז את התגבשות הטיפות.

תותחי שלג מהסוג השני עובדים על עקרון של משאבת חום. הם שואבים את האוויר מתוך מיכל מים מלא חלקית וכך גורמים ליותר מים להתאדות ולמלא את הריק שנוצר. כשהמים מתאדים הם לוקחים איתם גם חלק מהחום (מכאן השם "משאבת חום") וחלקיקי המים שבמכל קופאים. את החלקיקים הקפואים מפרידים מהמים ומפזרים אותם כשלג.

תותח שלג | צילום: D-Kuru, ויקיפדיה