Номер 5, страница 162, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Механика жидкостей и газов. Параграф 38. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 5, страница 162.

Условие.

• Аэродинамика в спорте.

Решение.

Решение

Аэродинамика в спорте

Аэродинамика — это раздел гидроаэромеханики, изучающий движение воздуха и его взаимодействие с движущимися в нем телами. В современном спорте высоких достижений, где результат могут определять сотые и даже тысячные доли секунды, понимание и использование аэродинамических принципов играет решающую роль. Основные цели применения аэродинамики в спорте сводятся к двум задачам: минимизации силы сопротивления воздуха для достижения максимальной скорости и использованию подъемной (или прижимной) силы для управления траекторией, дальностью полета или устойчивостью.

Две ключевые аэродинамические силы, влияющие на спортсменов и спортивные снаряды, — это сила лобового сопротивления и подъемная сила. Сила лобового сопротивления (аэродинамическое сопротивление) направлена против движения и замедляет объект. Ее величина описывается формулой: $F_D = \frac{1}{2} \rho v^2 C_d A$, где $\rho$ — плотность воздуха, $\text{v}$ — скорость объекта, $C_d$ — коэффициент лобового сопротивления (зависит от формы тела и гладкости его поверхности), а $\text{A}$ — площадь поперечного сечения тела. Подъемная сила перпендикулярна направлению движения и может быть использована как для "подъема" объекта (например, лыжника-прыгуна), так и для "прижимания" его к поверхности (например, гоночного болида).

Рассмотрим применение этих принципов на примерах конкретных видов спорта:

Велоспорт. Для уменьшения сопротивления воздуха велогонщики принимают низкую, сгруппированную позу, что уменьшает площадь поперечного сечения $\text{A}$. Используются аэродинамические шлемы каплевидной формы, облегающие костюмы из специальной ткани и велосипеды с рамами и колесами, профиль которых спроектирован для плавного обтекания воздушным потоком (уменьшение $C_d$). Также широко применяется тактика "драфтинга", когда один гонщик едет в "воздушном мешке" за другим, экономя до 40% усилий.

Автогонки (Формула-1). Здесь аэродинамика используется в первую очередь для создания прижимной силы — подъемной силы, направленной вниз. Она вдавливает болид в трассу, увеличивая сцепление шин с дорогой и позволяя проходить повороты на более высоких скоростях. Для этого служат передние и задние антикрылья, а также сложная форма днища и диффузора, которые работают как перевернутое крыло самолета.

Прыжки на лыжах с трамплина. Лыжник после отрыва от стола разводит лыжи в V-образное положение. Это позволяет значительно увеличить площадь опоры на воздух и создать большую подъемную силу, что, в свою очередь, увеличивает дальность полета. Специальные комбинезоны также имеют регламентированную воздухопроницаемость для оптимизации аэродинамических характеристик.

Игровые виды спорта с мячом (гольф, теннис, футбол, бейсбол). Вращение мяча или шара в полете создает эффект Магнуса, приводящий к возникновению боковой силы, которая искривляет траекторию полета. Это позволяет выполнять "крученые" удары. Ямочки на мяче для гольфа — классический пример аэродинамического инжиниринга: они создают турбулентный пограничный слой вокруг мяча, который уменьшает общее сопротивление и позволяет мячу лететь почти в два раза дальше, чем гладкому мячу тех же размеров и массы.

Плавание. Хотя это гидродинамика, принципы аналогичны. Пловцы стремятся к максимально обтекаемому положению тела для снижения сопротивления воды. Бритые тела, плавательные шапочки и высокотехнологичные костюмы, снижающие трение, служат той же цели.

Таким образом, аэродинамика является неотъемлемой частью современного спорта, где технологии и научный подход помогают атлетам расширять границы человеческих возможностей.

Ответ: Аэродинамика в спорте — это применение законов движения воздуха для улучшения результатов. Основные цели: снижение силы лобового сопротивления для увеличения скорости (велоспорт, бег, плавание) и использование подъемной или прижимной силы для контроля траектории и устойчивости (прыжки с трамплина, автогонки). Технологии, такие как обтекаемая форма экипировки и инвентаря (шлемы, костюмы, рамы велосипедов), а также специальные техники (V-стиль у лыжников, драфтинг у велосипедистов) и конструктивные особенности снарядов (ямочки на мяче для гольфа), напрямую используют аэродинамические принципы для достижения превосходства.