Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №9» г. Мытищи, Московская область

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №9»
г. Мытищи, Московская область
Проблемно- реферативный проект
«НАНООЛИМПИАДА»
Выполнили:Арамян Жора
Лебедев Дмитрий,
ученики 9 «А» класса
Учитель физики: Саакян Рипсик
Аршалуйсовна
XXII Олимпийские зимние игры прошли в
Сочи с 7 по 23 февраля 2014 года.
Вслед за ними – с 7 по 16 марта –
состоялись XI Паралимпийские зимние
игры.
2
Игры в Сочи прошли в уникальной климатической зоне: здесь тёплое море
соседствует со снежными вершинами, склоны которых давно стали популярным
местом отдыха для любителей зимних видов спорта.
Зимние Игры в Сочи войдут в историю как самые инновационные.
При их подготовке многое делалось впервые и впоследствии станет частью
колоссального наследия Игр.
Одна из инноваций – компактное расположение спортивных и
инфраструктурных объектов, гарантирующее предельное удобство
перемещения и отсутствие транспортных проблем.
Специально к Играм 2014 года в Сочи построены современные спортивные
объекты, которые возводились с применением передовых технологий , защиты
окружающей среды и с учетом законов физики.
Если бы меня спросили, какая область науки может обеспечить
нам прорыв в будущее, я бы назвал нанотехнологии». Р. Фейнман
«
Актуальность выбора темы проекта
Citius, altius, fortius! (Быстрее, выше, сильнее!) эти три латинских
ставшие спортивным девизом, выбиты на олимпийских медалях.
слова,
Но на пути к спортивным достижениям и к олимпийскому золоту
стоят преграды, определяемые прежде всего проявлением
тех или иных физических явлений и закономерностей.
 С другой стороны, правильное использование соответствующих
физических законов и современных технологий может помочь спортсмену в
достижении успеха.
Возможно ли добиться высоких результатов в спорте
не зная законов физики и не используя наноехнологии . Попробуем разобраться!
4
Цель работы:
углубление знаний про зимние олимпийские виды спорта, для проведения
которых использовались нанотехнологии.
Задача работы:
проанализировать применение законов физики и нанотехнологий для
объяснения результатов успешного выступления российской сборной на
олимпиаде в Сочи.
Объекты исследования: физические законы, используемые в спорте и отрасли
применения нанотехнологий во время олимпиады.
Предмет исследования: зимние виды спорта.
Методы: сравнительно-аналитический, частично-поисковый, наглядно иллюстративный.
5
Биатлон
Биатлон - лыжная гонка
с оружием на
установленные
дистанции в сочетании со
стрельбой из положения
лёжа и стоя на огневых
рубежах.
6
Бобслей
Бобсле́й — зимний
олимпийский вид спорта,
представляющий собой
скоростной спуск с гор по
специально
оборудованным ледовым
трассам на управляемых
санях — бобах.
«
7
Горные лыжи
Горнолыжный спорт –
спуск с горы на лыжах по
специальным трассам с
точно фиксированным
временем спуска.
Различают пять
дисциплин горнолыжного
спорта.
8
Кёрлинг
Кёрлинг — командная
спортивная игра на
ледяной площадке.
Участники двух команд
поочерёдно пускают по
льду специальные
тяжёлые гранитные
снаряды («камни») в
сторону размеченной на
льду мишени («дома»).
9
Лыжное двоеборье
Лыжное двоеборьеили
«северная комбинация» это сочетание лыжных
гонок и прыжков с
нескольких видов
трамплина (1 прыжок и
гонка на 10 км).
10
Лыжные гонки
Лы́жные го́нки — гонки
на лыжах на
определённую дистанцию
по специально
подготовленной трассе
среди лиц определённой
категории (возрастной,
половой и т. д.). Относятся
к циклическим видам
спорта.
11
Прыжки на лыжах с трамплина
Прыжки на лыжах с
трамплина — вид спорта,
включающий прыжки на
лыжах со специально
оборудованных
трамплинов.
12
Санный спорт
Са́нный спорт — зимний
олимпийский вид спорта,
в котором участники
соревнуются в скоростном
спуске на одноместных
или двухместных санях по
заранее подготовленной
трассе.
13
Скелетон
Ске́летон — зимний
олимпийский вид спорта,
представляющий собой
спуск по ледяному жёлобу
на двухполозьевых санях
на укрепленной раме,
победитель которого
определяется по сумме
двух или четырёх заездов.
14
Скоростной бег на коньках
Скоростной бег на
коньках — вид спорта, в
котором необходимо как
можно быстрее на коньках
преодолевать
определённую дистанцию
на ледовом стадионе по
замкнутому кругу
15
Сноуборд
Сноуборд — вид спорта,
скоростной спуск со
склонов (покрытых снегом
или его имитацией) на
специальной доске.
16
Фигурное катание
Основная идея заключается в
передвижении спортсмена или
пары спортсменов на коньках
по льду с переменами
направления скольжения и
выполнением дополнительных
элементов под музыку.
17
Фристайл
Фристайл, или
горнолыжное многоборье,
состоит из трёх видов:
могула, лыжной
акробатики и лыжного
балета, но балет
олимпийской
дисциплиной не является.
18
Хоккей на льду
Две команды, передавая
шайбу клюшками,
стремятся забросить ее
наибольшее количество
раз в ворота соперника и
не пропустить в свои.
19
Шорт - трек
Скоростной бег на
коньках по короткой (по
сравнению с обычной
конькобежной) дорожке
длиной 111.12 м. Дорожка
для шорт-трека
размечается внутри
площадки для хоккея с
шайбой.
20
Чтобы наши спортсмены показывали на олимпийских играх
наилучшие результаты в лыжных видах спорта необходимо учитывать
сопротивление воздуха и силы трения.
21
Лыжная смазка
От выбора лыжной смазки зависит сила трения.
Смазка бывает двух типов – для скольжения и для
увеличения трения.
Выбор смазки основывается на качестве снега,
погодных условиях, влажности и на других деталях в
лыжных гонках.
Существует множество видов лыжных смазок:
парафины, порошки, эмульсии.
Для каждого типа снега выбирают различные виды
парафинов:
в морозную погоду
пользуются высоко -фтористыми парафинами,
в более умеренную погоду
средне - фтористыми,
в теплую низко - фтористыми.
22
Лыжная форма
Лыжники используют специальную трехслойную одежду.
Первый слой, прилегающий к телу - непромокаемый,
служит для отвода влаги. Бактерицидный, быстро
сохнущий, поглощает запах пота, гипоаллергенный.
Второй слой не пропускает внутрь снег и дождь, предназначен для вывода влаги
наружу. В его основе ткани с различными комбинациями полиэстера, полиэфира,
полиамида с лайкрой и эластаном, благодаря которым костюм получается
износостойким и облегающим - он не теряет форму после многократного
использования.
Третий слой (внешний) выполнен из высокотехнологичных тканей,
защищающих от ветра.
Каждый слой обладает различной теплопроводностью и плотностью
В такой одежде лыжник защищен от холода, ветра, и при этом он не потеет.
Лыжная одежда всегда изготавливается облегающей для уменьшения
сопротивление воздуха.
23
Конькобежный спорт и хоккей
Чтобы достичь высоких результатов
спортсменам этих видов спорта необходимо
знать законы физики , определяющие
взаимодействия конька со льдом.
Характер взаимодействия зависит от трех
основных факторов:
 силы трения,
положения вектора силы тяжести тела
относительно опорного конька ,
сгибательно-разгибательных движений
толчковой ноги.
24
Фигурное катание
При скольжении центр тяжести тела движется
параллельно полозу конька Траектории центра тяжести
тела и конька опорной ноги совпадают
Радиус дуги приземления R:
Рассчитывается по формуле
где Vx — горизонтальная составляющая скорости тела
перед приземлением,
ω — угловая скорость тела перед приземлением.
Чем больше радиус дуги приземления, т. е. чем положе
выезд, тем он качественнее и надежнее. Значит, для
улучшения качества приземления следует стремиться
увеличивать горизонтальную скорость движения тела в
полете и уменьшать остаточную угловую скорость
вращения.
Фигурное катание
В начальный момент приземления на тело фигуриста действует сила Fam, называемая
амортизационной перегрузкой , которая возникает благодаря начальной кинетической
энергии движения фигуриста. В конце фазы движения величина кинетической энергии по
вертикали равна нулю. Процесс погашения вертикальной составляющей скорости полета
сопровождается появлением дополнительной нагрузки на опорно-двигательный аппарат
фигуриста.
Средняя величина силы
определяется по формуле:
где m — масса тела фигуриста,
VB — вертикальная составляющая скорости центра тяжести тела перед приземлением,
Δу — вертикальное перемещение центра тяжести тела при амортизации.
Поэтому оптимальным считают приземление на вытянутый носок конька – увеличивается
путь амортизации и уменьшается величина амортизационной перегрузки.
26
 Скольжение саней происходит под действием
скатывающей силы.
Санный спорт
 Тормозит сани сила трения полозьев по льду,
которая зависит от коэффициента трения.
 Величина трения уменьшается во время
движения, когда лед под полозьями начинает
подтаивать. Поэтому перед стартом спортсмен и
раскачивает сани: он нагревает полозья
трением.
 При движении по криволинейным участкам
возникают центробежные силы, направление
которых зависит от ориентации участка.
 При движении саней возникает сила
аэродинамического сопротивления, которая
увеличивается с ростом скорости спуска. Чтобы
её уменьшить спортсмен во время движения
лежит на санях.
 Силу сопротивления уменьшают, надевая
обтекаемый костюм
Керлинг
 К амень для керлинга сделан из гладкого гранита,
снабжен ручкой, имеет массу 19 килограммов 960
граммов.
 Щетки, которыми натирают лед перед камнем,
необычные. Головка щетки сделана из упругого
материала и вращается во всех плоскостях.
 Ботинки спортсмена различается коэффициентом
трения. Ботинок на одной ноге со скользящей галошей
называется «слайдер», на другой ноге – «антислайдер»,
с устойчивой подошвой.
 На идеально ровную поверхность льда с помощью
специальных леек наносится слой маленьких капелек,
одинаковых по высоте. Именно из-за этих невидимых
выпуклостей «подметание» щеткой льда напоминает
театр абсурда.
 На самом деле в это движение заложен огромный
физический смысл, который заключается в том, чтобы
стереть эти злосчастные капельки, силой трения
растопить лед и дать проехать камню лишние
сантиметры по желанной траектории.
28
Сегодня в спорте высших достижений,
когда высокие технологии играют одну из
ключевых ролей, а физические кондиции спортсменов
не так уж сильно отличаются друг от друга,
когда временные показатели между гонщиками на финише
пятидесятикилометровой гонки разнятся всего лишь на несколько
секунд, правильная наносмазка лыж обретает решающее значение.
29
Национальные спортивные команды, особенно в преддверии
Олимпиады, тратят немало средств на приобретение новейшего
оборудования и снаряжения для спортсменов, поскольку известно,
что современные технологии способы заметно повысить спортивные
достижения и добиться значительных побед. В этой работе – обзор
некоторых нанотехнологий, получивших наиболее широкое
распространение в большом спорте.
30
Лыжные команды давно пользуются особыми лыжными мазями и
смазками с наночастицами, оценив преимущества этих новинок. Эти
мази предназначены для улучшения сочетания физических свойств
разных по своей структуре материалов. Например, износостойкость
материалов, уменьшающих трение, можно повысить за счет
заключения его частиц в нанооболочки, крепко сцепляющихся друг с
другом и поверхностью лыж. Эта технология позволяет заметно
улучшить скользящие и водоотталкивающие свойства лыжных мазей
31
При производстве лыж в материалы иногда включают
наночастицы кремния, что дает возможность контролировать
жесткость лыж, а также обеспечивать высокую маневренность и
отличный контроль за движением лыж. Материалы,
изготовленные с включением углеродных нанотрубок, дают
возможность производить весьма легкую продукцию: лыжи,
сноуборды, клюшки и другое спортивное снаряжение. Для того,
чтобы лезвия коньков в течение долгого времени оставались
острыми, на них наносят специальные покрытия из
супертвердой нанокерамики.
32
Также нанотехнологии широко используются в спортивной
фармакологии. Разработчики предлагают использовать особые
нанокапсулы – молекулы, в структуру которых входят те или иные
действующие вещества. Эти капсулы обладают способностью
высвобождать свою «начинку», попадая в человеческий
организм, но при определенных условиях. Ученые предлагают
использовать в качестве активных веществ кислород, который
будет освобождаться при чрезвычайно высоких нагрузках, или
препараты, не относящиеся к числу допингов, которые улучшают
протекание биохимических процессов.
33
По мнению специалистов, наиболее перспективным
направлениями развития нанотехнологий в спорте должно стать
использование для стволов винтовок для биатлона особых
нанонарезок. Нанонарезки представляют собой комплекс
технологий и материалов, которые дают возможность
существенно улучшить фактор статической стабильности пули за
счет наращивания скорости ее вращения.
34
ЛЕДОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Что мы знаем про лед? То, что это — замерзшая вода?
Или то, что это — твердое состояние вещества? Взяли воду и заморозили?
Что такое качественный лед? Должен ли лед для фигурного катания
отличаться ото льда для хоккеистов?
Порой, внешне ничем не привлекающий к себе внимание лед, даже
с гладкой поверхностью таит для спортсменов и организаторов
спортивных мероприятий много неожиданностей. Не раз на таких
мероприятиях наблюдаются досадные падения.
Одной из причин падения может быть локальное изменение физических
свойств льда, которые особенно проявляются в экстремальных условиях
его использования (движение конькобежца на вираже, прыжок фигуриста,
резкое изменение направления движения хоккеиста).
35
Если изменения локальны и не выявлены,
то страдает, как правило, спортсмен.
В Сочи испытывали новейшие разработки,
чтобы подготовить лед и снег . На помощь
приходили последние инженерные новинки.
Впрочем, ручную работу тоже никто не отменял.
В капризных сочинских субтропиках за льдом и снегом
нужен особый уход. Высокая влажность и соль могут сильно
повлиять на качество покрытия.Чтобы этого не произошло, в
каждом ледовом дворце - особая система вентиляции, осушения
воздуха, охлаждения. А в горах делают искусственный лед и снег
и заготавливают натуральный в специальных хранилищах.
36
В период Зимней Олимпиады 2014 года на ККЦ «Адлер-Арена»
установлено семь олимпийских рекордов (у мужчин на
дистанциях 5000 м, 10000 м и командной гонке, у женщин на
дистанциях 500 м, 500 м по сумме двух дистанций, 1500 м и в
командной гонке). Данные результаты свидетельствуют о
высочайших скоростных качествах спортивного льда и
являются триумфом технологии заливки и обслуживания
массива льда.
37
Выводы
Выводы:
1. Знание и учет законов физики и применение нанотехнологий в олимпийских
зимних видах спорта
– залог успешного выступления нашей сборной на Олимпиаде в Сочи.
2. Необходимо развивать познавательный интерес к теоретическому
и практическому изучению различных видов спорта для
самосовершенствования.
3. Воспитывать интерес к занятию спортом и физической культурой,
как средству здорового образа жизни.
4.Вся использованная на олимпийских объектах нанотехнологическая продукция
прошла проверку реальной жизнью, доказав высокую экономическую
эффективность.
5. Олимпийский проект это еще одна возможность продемонстрировать широкий спектр эффективных
нанотехнологических решений, доступных сегодня любому потребителю.
6.Если присмотреться более детально, то нанотехнологии используются во всех
сферах нашей жизни, нужно только внимательно посмотреть.
38
40