V tomto blogovém příspěvku se podíváme na to, jak se termodynamika, dynamika, mechanika pevných látek a mechanika tekutin uplatňují ve sportu prostřednictvím zimních olympijských her.
Dne 20. února 2022 skončily v Pekingu v Číně olympijské hry. Pot a slzy mnoha sportovců dojaly nespočet lidí. Existuje mnoho důvodů, proč jsou lidé olympijskými hrami dojati. Napínavé soutěžení, individuální úsilí a výzvy proti vlastním limitům jsou jen některé z mnoha dramatických prvků olympijských her, které poutají pozornost lidí po celém světě. Inženýři mohou najít ještě více inspirace ve sportu. Prostřednictvím inženýrské analýzy prozkoumáme, jak sportovci efektivně využívají fyzikální zákony a jak jim inženýrské technologie pomáhají soutěžit, s využitím čtyř základních principů strojírenství.
Termodynamika, první ze čtyř základních mechanik, se zabývá vztahem mezi energií a pohybem. Zejména vnímá teplo jako formu energie a chápe, jak se vztahuje k pohybu. Většina zimních olympijských disciplín se odehrává na ledě v bruslích a principy bruslení lze vysvětlit termodynamikou. Při nošení úzkých bruslí na ledě je na led pod noži brusle vyvíjen vysoký tlak. Tento tlak způsobuje změnu bodu tání a i při teplotách pod bodem mrazu je generované teplo dostatečné k roztavení ledu. Touto změnou skupenství způsobenou energií se led pod noži brusle mění na vodu, což umožňuje bruslím klouzat.
Dynamika je studium pohybu objektů založené na Newtonově mechanice, včetně sil působících na objekty a směru a rotace objektů. Curling je nejreprezentativnějším příkladem. Curling je sport, ve kterém se žulové kameny o hmotnosti asi 20 kg, nazývané „kameny“, posouvají po kluzišti a umisťují do určené cílové oblasti. V soutěži se soupeřovým týmem mohou hráči vymýšlet strategie, jako je odtlačování soupeřových kamenů od cíle nebo blokování jejich cesty, a všechny tyto procesy lze vysvětlit pomocí dynamiky. Curling se obecně dělí na dva typy pohybů: nadhoz, při kterém je kámen tlačen dopředu, a zametání, při kterém je kámen před sebou odrážen. Při nadhozu závisí přesnost na postoji použitém k nastavení rotace a směru kamene, což umožňuje vyhnout se soupeřovu kameni nebo se s ním srazit. Zametání také řídí tření a rotaci očekávané dráhy kamene, což umožňuje ideální srážky mezi kameny.
Mechanika pevných látek je studium toho, jak se tvar objektu mění v důsledku vnějších sil. Typickým příkladem je kostra. Kostra je oficiální zimní olympijská sáňkařská disciplína, spolu s boby a sáňkařením, ve které jedna osoba leží tváří dolů na saních a závodí po dráze. Na rozdíl od jiných disciplín je riziko zranění extrémně vysoké a dlouho nebyla přijata jako oficiální disciplína, ale nakonec byla přijata jako oficiální disciplína na olympijských hrách v Salt Lake City v roce 2002. Vzhledem k povaze kostry je síla často soustředěna na přední polovinu saní, což zvyšuje riziko únavového selhání. Únava se vztahuje ke zvýšení únavy materiálu v důsledku opakovaných nárazů, což nakonec způsobí, že se materiál zlomí i při nízkých nárazových silách. Aby se minimalizovalo riziko únavy, je nárazník navržen tak, aby promáčkl a absorboval co nejvíce energie nárazu. To je společné pro všechny ostatní sáňkařské disciplíny a promáčklina minimalizuje dopad na jezdce.
Dynamika tekutin je studium pohybu tekutin, jako jsou kapaliny a plyny. Dresy rychlobruslařů jsou známé tím, že nemají žádné švy. To má minimalizovat odpor vzduchu a zlepšit jejich časy. Dresy jsou navíc navrženy tak, aby bruslaři mohli snadno předklonit hlavu a minimalizovat tak odpor vzduchu.
To vše jsou příklady toho, jak dynamika tekutin ovlivňuje sport. Se základním pochopením těchto principů si budete moci olympijské hry užít ještě více. Nejen na zimních olympijských hrách, ale i v mnoha dalších sportech se vědecké techniky začleňují do sportovní vědy a sportovní mechaniky. Pokud jste sportovním fanouškem, proč se nepodívat na fascinující svět strojírenství?
