Selles blogipostituses vaatleme, kuidas termodünaamikat, dünaamikat, tahkisemehaanikat ja vedelikumehaanikat rakendatakse spordis taliolümpiamängude kaudu.
20. veebruaril 2022 lõppesid Pekingis Hiinas olümpiamängud. Paljude sportlaste higi ja pisarad liigutasid lugematul hulgal inimesi. On palju põhjuseid, miks olümpiamängud inimesi liigutavad. Põnev võistlus, individuaalsed pingutused ja oma piiride proovilepanek on vaid mõned olümpiamängude paljudest dramaatilistest elementidest, mis köidavad inimeste tähelepanu kogu maailmas. Insenerid leiavad spordist veelgi rohkem inspiratsiooni. Insenerianalüüsi abil uurime, kuidas sportlased tõhusalt kasutavad füüsikaseadusi ja kuidas inseneritehnoloogiad aitavad neil võistelda, kasutades masinaehituse nelja põhiprintsiipi.
Termodünaamika, esimene neljast põhimehaanikast, uurib energia ja liikumise vahelist seost. Täpsemalt käsitleb see soojust energiavormina ja mõistab, kuidas see on seotud liikumisega. Enamik taliolümpiamänge viiakse läbi jääl uiskude kandmisel ning uisutamise põhimõtteid saab termodünaamika abil selgitada. Kitsaste uiskude kandmisel jääl rakendatakse uisulabade all olevale jääle kõrget rõhku. See rõhk põhjustab sulamistemperatuuri muutuse ja isegi miinuskraadidel on tekkiv soojus piisav jää sulatamiseks. Selle energia põhjustatud oleku muutuse kaudu muutub uisulabade all olev jää veeks, võimaldades uiskudel libiseda.
Dünaamika on Newtoni mehaanikal põhinev objektide liikumise uurimine, mis hõlmab objektidele mõjuvaid jõude ning objektide suunda ja pöörlemist. Curling on selle kõige tüüpilisem näide. Curling on spordiala, kus umbes 20 kg kaaluvaid graniidist kive ehk "kivikesi" libistatakse üle uisuväljaku ja asetatakse määratud sihtmärgialale. Vastasmeeskonnaga võisteldes saavad mängijad välja töötada strateegiaid, näiteks lükata vastase kivid sihtmärgist eemale või takistada nende teed, ning kõiki neid protsesse saab selgitada dünaamika abil. Curling jaguneb laias laastus kahte tüüpi liikumisteks: vise, mille puhul kivi lükatakse ettepoole, ja pühkimine, mille puhul kivi selle ees hõõrutakse. Viske täpsus sõltub asendist, mida kasutatakse kivi pöörlemise ja suuna reguleerimiseks, võimaldades vältida vastase kivi või sellega kokku põrgata. Pühkimine kontrollib ka kivi eeldatava trajektoori hõõrdumist ja pöörlemist, võimaldades ideaalseid kokkupõrkeid kivide vahel.
Tahkemehaanika uurib, kuidas objekti kuju muutub väliste jõudude mõjul. Tüüpiline näide on skelett. Skelett on ametlik taliolümpia kelgutamisala koos bobisõidu ja kelgutamisega, kus üks inimene lamab kelgul näoli allapoole ja kihutab mööda rada. Erinevalt teistest aladest on vigastuste oht äärmiselt suur ja seda ei võetud pikka aega ametliku alana omaks, kuid lõpuks võeti see ametlikuks alaks 2002. aasta Salt Lake City olümpiamängudel. Skeleti olemuse tõttu koondub jõud sageli kelgu esiosale, mis suurendab väsimuspurunemise ohtu. Väsimus viitab materjali väsimuse suurenemisele korduvate löökide tõttu, mis lõpuks põhjustab materjali purunemise madalate löögijõudude korral. Väsimusohu minimeerimiseks on kaitseraud konstrueeritud nii, et see mõlkiks ja neelaks võimalikult palju löögienergiat. See on tavaline kõigil teistel kelgutamisaladel ja mõlk minimeerib sõitjale avalduvat lööki.
Vedelike dünaamika uurib vedelike, näiteks vedelike ja gaaside liikumist. Kiiruisutajate vormiriietus on tuntud selle poolest, et neil puuduvad õmblused. See minimeerib õhutakistust ja parandab nende aega. Lisaks on vormiriietus disainitud nii, et uisutajatel oleks õhutakistuse minimeerimiseks lihtne pead ettepoole kallutada.
Kõik need on näited sellest, kuidas vedeliku dünaamika mõjutab sporti. Nende põhimõtete põhitõdede omamisega saate olümpiamänge veelgi rohkem nautida. Mitte ainult taliolümpiamängudel, vaid ka paljudes teistes spordialades on teaduslikud meetodid kaasatud sporditeadusesse ja spordimehaanikasse. Kui olete spordifänn, siis miks mitte heita pilk masinaehituse põnevale maailmale?
