Физкультура играет важную роль в жизни человека. Но многие не задумываются, какая существует связь между физикой и спортом. А между тем она есть, причем значительная и существенная.
Почти сто лет назад спорт смены, которые соревновались в плавании стилем кроль (вид плавания, в котором левая и правая часть тела совершают гребки попеременно), держали голову высоко над водой. Но молодой спортсмен Джонни Вейсмюллер посчитал, что будет лучше, если голову опустить как можно глубже в воду, до самых бровей. «Выгоднее плыть так, — рассуждал он, — чтобы тело испытывало как можно меньше сопротивления. А для этого в воде надо лежать горизонтально. Тогда лобовое сопротивление уменьшится, и плыть станет легче». В ту минуту, когда нужно было сделать вдох, Джонни поворачивал лицо в сторону, а затем снова опускал его в воду и делал выдох.
Так легендарный шестикратный олимпийский чемпион по плаванию, а впоследствии и знаменитый голливудский актер и самый известный исполнитель роли Тарзана благодаря своей наблюдательности и знанию физики смог усовершенствовать стиль плавания. Теперь все спортсмены плавают кролем именно так, как это делал Вейсмюллер.
Скользящие
Правильное использование соответствующих физических законов может помочь спортсмену в достижении успеха.
— Пример с Тарзаном-Вейсмюллером очень характерен. Возьмем, к примеру, конькобежный, лыжный и другие зимние виды спорта, где работает сила трения. Если ее не учитывать, то она снизит хороший результат спортсмена, поэтому ему постоянно необходимо работать над ее уменьшением. И тут без знания физики никак не обойтись. Например, в хоккее и фигурном катании все зависит от знания характера взаимодействия конька со льдом. Результаты зависят от трех факторов: сила трения, сила тяжести и движения толчков ноги, — говорит Мария Кузьмина, учитель математики и физики, а также блогер — популяризатор науки.
Как она объясняет, между лезвием конька и льдом при скольжении образуется пленка воды. Она очень тонкая, однако без нее этого скольжения не было бы.
Под давлением лед плавится, образуя смазку, что еще уменьшает трение скольжения. За счет движения спортсмена по льду возникает сила трения. Также при скольжении по гладкой поверхности участвует сила трения покоя, позволяющая отталкиваться от гладкой поверхности, когда человек ставит конек на ребро или резко останавливается.
Физика также является незаменимым другом фигуристов при выполнении сложных элементов катания. Каждому из нас приходилось видеть один из самых красивых элементов фигурного катания — пируэт (каждый из нас знает его как вращения). Но далеко не все догадываются о том, что этот элемент основан на точном расчете. В этом случае работает закон сохранения количества движения.
— Полный момент количества движения состоит из момента количества движения корпуса и момента количества движения вытянутых рук. При опускании рук их момент уменьшается до нуля.
При этом увеличивается момент количества движения корпуса, в результате чего увеличивается скорость вращения, — объясняет педагог.
Движение вверх
Знание законов физики также очень важны спортсменам-легкоатлетам. Например, низкий старт спринтерам, то есть бегунам на короткие дистанции, позволяет придать необходимое ускорение, разогнаться на первых метрах до предельно возможной скорости. Главное — правильно и энергично оттолкнуться под острым углом к беговой дорожке и максимально быстро выполнять движения руками и ногами.
— Знание законов физики способствовало развитию такой легкоателтической техники, как прыжки с шестом.
В этом случае прыгуны опираются на знание законов маятника, — говорит Кузьмина. — А при прыжках в длину большое значение имеет такое понятие, как инерция, которая происходит после толчка спортсмена.
Эффект Магнуса
Даже в таком популярном виде спорта, как футбол, тоже можно найти определенные физические законы.
К примеру, у футболистов и их болельщиков есть такое понятие, как «сухой лист» — навесной удар с вращением меча, в результате которого его траектория движения искривляется. Чтобы выполнить этот удар, нужно бить не в центр мяча, а сбоку. Тогда мяч закручивается и летит вверх и вбок. Футболисты, используя этот принцип, забивают голы «в девятку» с углового.
— Это явление названо в честь немецкого физика Генриха Магнуса и носит название «эффект Магнуса». Благодаря его знанию можно даже рассчитать силы, действующие во время хорошо выполненного штрафного удара.
С другой стороны, тут без постоянной практики футболистам не обойтись. Но физика и отличается от математики тем, что эта наука не теоретическая, а прикладная, — рассказывает педагог.
Принцип айкидо
Широко применяется знание закона инерции в единоборствах.
— Что такое инерция? Это сохранение скорости неизменной, при отсутствии действия на тело других тел. На этом явлении основано большинство приемов такого вида спорта, как айкидо, — рассказывает Мария Кузьмина. — При нападении противника в схватке спортсмен может увернуться, а затем использовать против противника его же энергию.
Например, кто-то нападает на вас спереди. Вы уворачиваетесь и при этом сообщаете противнику дополнительную скорость ударом или толчком в том же направлении, куда он двигался. Происходит сложение скоростей, при котором ваш противник дестабилизирован, а значит, проиграл схватку.
Опять же, данное явление можно использовать при выполнении бросков через плечо, спину и голову. Подобных приемов множество во всех видах борьбы: греко-римской, самбо, дзюдо и других.
