Fizyka na skoczni

Kamil Stoch w wielkim stylu został mistrzem olimpijskim. Dla fizyka skok - taki jak Stocha - to doskonały przykład rzutu ukośnego. W laboratorium, teoretycznie można wszystko obliczyć. Np. zasięg rzutu zależy od prędkości (do kwadratu) i kąta pod jakim przedmiot zostanie wyrzucony. Można też łatwo przewidzieć maksymalną wysokość czy prędkość. Tyle o laboratorium. Skocznia to zupełnie inna historia.

Cały skok narciarza można podzielić na cztery fazy. Pierwsza to tzw. najazd czyli inaczej zjazd narciarza z rozbiegu. To tutaj skoczek nabiera prędkości. Aby była ona jak największa zawodnik ubrany jest w strój zapewniający mu aerodynamiczne (opływowe) kształty i przyjmuje dla złagodzenia oporu powietrza pozycję w kucki. Ale nie tylko pozycja czy strój narciarza są tutaj ważne, ale także opory tarcia nart o podłoże. Czym one mniejsze, tym większa prędkość na progu. Eliminowaniem oporów ruchu nart zajmuje się nie skoczek, ale ekipa pracujących na jego sukces ludzi. Całkiem spora grupa ludzi wybiera narty i smary, którymi pokrywa się je od spodu. To tak ważna sprawa, że jeden z członków zespołu technicznego odpowiedzialny jest tylko i wyłącznie za smarowanie. Tarcie na styku narta - śnieg zależy także od pogody. Do pogody dobiera się także smary. Jeżeli śnieg jest zbyt mokry prędkości osiągane przez skoczków na progu mogą być nieco mniejsze. A jest o co walczyć. Specjaliści od fizyki sportu twierdzą, że zwiększenie na progu prędkości skoczka zaledwie o 1 km/h może wydłużyć jego skok aż o 10 metrów. Dlatego też wielu skoczków ćwiczy odpowiednią pozycję w tunelach aerodynamicznych, narty produkuje się z wykorzystaniem technologii kosmicznych, a gogle i kaski testuje jak samochody wyścigowe.

Drugą fazą skoku jest samo wybicie. Im bliżej krawędzi progu, szybciej i z większą siłą nastąpi, tym lepiej. Optymalnie byłoby gdyby skoczek wybijał się pod kątem 45 stopni (wtedy zasięg rzutu ukośnego jest największy), ale jest to absolutnie niemożliwe. Oznaczałoby to bowiem, że zjeżdżający 100 km/h zawodnik musiałby wybić się pionowo w górę z porównywalną prędkością. Tymczasem wybija się on z prędkością pionową ok. 10 km/h. W tym właśnie momencie od skoczka wymagany jest chyba największy refleks. W czasie wybicia z pozycji kucznej wyprostowuje się on po to by prawie położyć się na rozchylonych w kształcie litery V nartach. Niestety w czasie prostowania i samego wybicia gwałtownie zwiększa się opór powietrza i tarcia nart o śnieg. Efektem tego jest zmniejszenie prędkości, a to z kolei wpływa na mniejszy zasięg skoku. Niestety nie ma wyjścia. Gdyby skoczek się nie wybił na progu – spadłby jak kamień zaledwie parę metrów dalej.

Trzeci faza, to lot. Mimo, że widzom wydaje się bardzo monotonna z pewnością taka nie jest dla skoczka. Wbrew pozorom może on w trakcie lotu korygować swoją pozycję i tor po którym się porusza. Lecący skoczek powinien być podobny do... kartki papieru. Czyli mieć jak najmniejszą "powierzchnię czołową", a równocześnie jak największą powierzchnię nośną. Musi wyglądać jak latawiec, który opiera się sile wiatru. Na skoczka w czasie lotu działają trzy siły, ale jedynie wartości dwóch są od niego zależne. Ta trzecia to siła przyciągania, na którą zawodnik w trakcie lotu nie ma żadnego wpływu. Siła oporu powietrza działa hamująco, więc dobrze gdyby powierzchnia na którą ona działa była jak najmniejsza. Zmniejszając prędkość skoczka w czasie lotu powoduje, że szybciej dotknie on nartami podłoża. Z kolei siła nośna to największy przyjaciel zawodnika. To ona powoduje, że po wybiciu zawodnik przez jakiś czas unosi się coraz wyżej, a nie spada jak wskazywałaby intuicja. Aby siła nośna była jak największa, skoczek musi osiągnąć maksymalną powierzchnię nośną. A to ściśle wiąże się ze stylem w jakim zawodnik skacze. Na początku historii skoków narciarskich zawodnicy - dla łatwiejszego utrzymania równowagi - w czasie lotu rozpościerali ręce na boki. Później latali z rękami wyciągniętymi do przodu (w pozie takiej jak Superman), aż w końcu zaczęli układać je wzdłuż ciała. Cały czas jednak narty były złączone. To zmieniło się w połowie lat osiemdziesiątych. Pierwszym, który zaczął latać z nartami w kształcie litery V był Szwed Jan Boeklew. Płacił za to wysoką cenę, bo mimo dalekich skoków sędziowie nie przyznawali mu najwyższych not. W tamtych czasach za rozchylanie nart przyznawano karne punkty za styl. Eksperyment był jednak skazany na sukces, bo rozchylenie nart znacząco zwiększa wartość siły nośnej, a co za tym idzie wydłuża skok. Siła nośna może zmieniać się także w zależności od panującej pogody. Chodzi konkretnie o wiatr, który gdy wieje w plecy dociska lecącego skoczka w dół, gdy zaś wieje od przodu zwiększa siłę nośną, wiec skok wydłuża. To swoista sprzeczność. Wiatr wiejący od przodu powoduje zmniejszenie prędkości skoczka w czasie zjazdu ze skoczni, a ten w plecy dodatkowo go "popycha". Najlepiej więc gdyby najpierw wiało w plecy, a później (zmiana musiałaby nastąpić w czasie wybicia) w twarz skaczącego. Takich sprzeczności jest więcej. Np. czym skoczek ma większą masę, tym większą prędkość osiągnie na progu, ale z drugiej strony im jest lżejszy tym mniejsza jest siła grawitacji "ciągnąca" go ku ziemi. Jakie jest zatem wyjście? Fizjolodzy i biomechanicy wyznaczyli optymalny stosunek masy ciała do wysokości skoczka. Te sprzeczności zawodnicy starają się wykorzystać, więc inaczej będzie skakał skoczek cięższy a inaczej lekki, inaczej wysoki a inaczej niski. Tak, jak zmiany wzrostu są raczej małe u już rozwiniętych fizycznie zawodników, tak ich masa może się zmieniać bardzo szybko. Muszą więc bardzo uważać na swoją wagę i ściśle przestrzegać diety (bułka i banany ?).

Czwartą i ostatnią fazą skoku jest lądowanie. Nie wystarczy spaść na ziemię, ale trzeba utrzymać dostatecznie długo równowagę na dwóch nartach, aby sędziowie nie odjęli punktów za styl. Skoczek na ziemię spada z większą prędkością niż wylatuje z progu (prędkość lądowania jest skierowana poziomo). Trzeba więc wielkiego wyczucia aby w momencie dotknięcia nartami podłoża nie przewrócić się. Styl w jakim skoczek wyląduje jest dla sędziów ważnym elementem punktacji końcowej. Dodatkowe punkty przyznawane są za lądowanie z tzw. telemerkiem. Jest to pozycja w której jedna noga skoczka jest bardziej wysunięta do przodu niż druga. Taki styl zapewnia maksymalne bezpieczeństwo w czasie lądowania. Po wylądowaniu skoczek powinien pewnie dojechać przynajmniej do widocznego na wszystkich relacjach telewizyjnych charakterystycznego rządka choinek. Gdy zawodnik przewróci się przed nim odejmowane są mu punkty za skok.

Trudno oczekiwać od skoczka znajdującego się na belce startowej, że w pełni świadomie analizuje wszystkie parametry fizyczne swojego lotu. Może nawet lepiej gdyby w tym momencie nie był ich świadomy. Zamiast myśleć o swojej wadze, rozmiarach, wilgotności śniegu czy kierunku wiatru, powinien być skoncentrowany na tych elementach skoku które od niego zależą. Chodzi przede wszystkim o moment i siłę wybicia na progu, a wcześniej możliwie jak najbardziej opływową pozycję przy zjeździe. Następnie powinien przyjąć jak najbardziej dogodną pozycję w czasie lotu i nie utracić równowagi w czasie lądowania. Reszta to ogromny wkład pracy pokaźniej grupy ludzi. Tych, którzy konstruują sprzęt narciarski, kombinezony, tych, którzy uczą skoczka jak ma się zachowywać w odpowiednich warunkach i w końcu tych, którzy pilnują jego ścisłej diety i co nie mniej ważne jego sprawności psychicznej. Mimo sztabu ludzi, wielkiego zaangażowania technicznego (i technologicznego) oraz wysiłku do granic możliwości samego zawodnika, nie można w czasie skoku wykluczyć przypadku. Przypadek lub jak ktoś woli szczęście bez którego sport byłby piekielnie nudny.