Почему конькобежец во время соревнований наклоняется в сторону поворота? Кто больше наклоняется − спринтеры, бегущие дистанцию 500 м, или стайеры на дистанции 10 000 м? Почему?

Чтобы разобраться, почему конькобежец наклоняется в сторону поворота и кто наклоняется больше — спринтеры или стайеры, рассмотрим физические законы, связанные с движением по окружности.

1. Движение по окружности и центростремительное ускорение Когда объект движется по криволинейной траектории, например, по окружности, на него действует сила, направленная к центру окружности. Эта сила называется центростремительной силой. Центростремительное ускорение, которое определяет изменение направления скорости объекта, обусловлено этой силой. Центростремительное ускорение $ a_c $ вычисляется по формуле: $$ a_c = \frac{v^2}{r}, $$ где:
2. $ v $ — скорость объекта (в данном случае — скорость конькобежца),

3. $ r $ — радиус поворота.

4. Центростремительная сила
   Центростремительная сила $ F_c $, обеспечивающая движение по окружности, определяется следующим образом:
   $$ F_c = m \cdot a_c = m \cdot \frac{v^2}{r}, $$
   где:

5. $ m $ — масса тела (масса конькобежца),

6. $ v $ — скорость движения,

7. $ r $ — радиус поворота.

Эта сила вызывается взаимодействием подошвы коньков с поверхностью льда. Если бы конькобежец не создавал нужную силу трением и наклоном, то под действием инерции он бы вылетел за пределы траектории.

1. Наклон конькобежца Чтобы компенсировать действие центростремительной силы и не упасть, конькобежец наклоняется внутрь поворота. Этот наклон обеспечивает равновесие между силами, действующими на него: силой тяжести (направленной вниз) и реакцией опоры (силой нормального давления, направленной перпендикулярно поверхности льда). Когда конькобежец наклоняется, результирующая этих сил направляется к центру траектории, что позволяет двигаться по окружности.

Угол наклона $ \theta $ определяется равновесием сил:
$$ \tan \theta = \frac{F_c}{F_g} = \frac{m \cdot v^2 / r}{m \cdot g} = \frac{v^2}{r \cdot g}, $$
где:
− $ \theta $ — угол наклона,
− $ g $ — ускорение свободного падения ($ \approx 9.8 \, \text{м/с}^2 $).

Таким образом, конькобежец наклоняется сильнее, если:
− скорость $ v $ больше,
− радиус поворота $ r $ меньше.

1. Сравнение спринтеров и стайеров
2. Спринтеры на дистанции 500 м обычно развивают значительно более высокую скорость по сравнению со стайерами на дистанции 10 000 м. Это связано с тем, что спринтеры бегут короткую дистанцию и могут позволить себе максимальный разгон.
3. Стайеры на дистанции 10 000 м бегут более экономно, сохраняя силы на длинную дистанцию, поэтому их скорость ниже.

Так как угол наклона зависит от скорости, спринтеры, двигающиеся быстрее, наклоняются сильнее, чем стайеры. Радиус поворота на одинаковой дорожке у всех спортсменов одинаков, поэтому основное различие в наклоне связано именно с величиной скорости.