Icon up Overzicht

Wintersport: fysisch verantwoord de piste af

Onderwerp: Arbeid en energie

Alhoewel ons kleine landje aan zee een gematigd klimaat heeft, wil er ’s winters best nog wel eens wat sneeuw vallen. Dan volgen fanatieke sneeuwbal gevechten, er worden mooie bouwwerken gemaakt, de treinen rijden niet meer en met een beetje geluk is er een dijk in de buurt waar je met de slee vanaf kan. Maar voor de authentieke wintersport ervaring moet je toch echt naar de bergen toe. ..

Dat je niet naar boven kunt skiën moge gevoelsmatig duidelijk zijn. Natuurkundig gezien komt dat door de wet van behoud van energie. Volgens deze wet gaat er geen energie verloren en ontstaat er ook geen energie uit het niets. Wel zijn er verschillende vormen van energie die in elkaar omgezet kunnen worden. Een skiër bovenop de berg heeft bijvoorbeeld heel veel potentiële energie vanwege de zwaartekracht.

Een voorwerp met  massa m op hoogte h heeft een potentiële energie, of zwaartekrachtenergie gelijk aan: Epot = m * g * h waarin voor de valversnelling g geldt: g = 9,81 m/s2

Informeel gezien betekent dit dat hoe hoger je klimt, hoe meer energie er in je op geslagen wordt. Van die opgeslagen energie ga je pas wat merken als je door de lucht naar beneden valt. Zonder moeite te hoeven doen val je door de zwaartekracht dan steeds sneller. Hoe hoger je begint; hoe harder je uiteindelijk de grond raakt. Dat komt omdat tijdens het vallen de potentiële energie omgezet wordt in kinetische energie.

Potentiele energie en kinetische energie, onderaan en bovenaan de berg.

Een voorwerp met massa m en snelheid v heeft een kinetische energie, of bewegingsenergie gelijk aan: Ekin = 1/2 * m * v 2

Skiën

Dit betekent dat hoe sneller je gaat, hoe groter je kinetische energie is. Door de lucht vallen en skiën is natuurlijk niet helemaal hetzelfde, maar de principes blijven hetzelfde. Het belangrijkste verschil is dat je glijdt en dat er daardoor energie verloren gaat aan wrijving. Door de wrijving tussen de skis en de sneeuw ontstaat er namelijk warmte en alle energie die gebruikt wordt om warmte te creëren kan niet meer in kinetische energie omgezet worden. Met goed gewaxte gladde skis (=minder wrijving) kun je dus harder!

Zoals eerder gezegd trekt de zwaartekracht (Fg - groen) de wintersporter naar beneden. De piste, waar je nu eenmaal niet doorheen kunt zakken, duwt juist hard naar boven (de normaal kracht, Fn - geel), met richting loodrecht op het oppervlak.

Figuur 2 - Krachten op een snowboarder. Let op, de normaal kracht (geel) grijpt aan vanaf de piste, terwijl de zwaartekracht (groen) op het massamiddelpunt van de snowboarder werkt. De wrijvingskracht (rood) remt de snowboarder af, door in tegengestelde richting van de snelheid te trekken.

De zwaartekracht (groen) kan ook bekeken worden als een combinatie van twee loodrechte krachten, allebei getekend in het blauw. Namelijk, als je de ene blauwe lijn laat starten waar de andere begonnen was , zul je zien dat je precies uitkomt waar de groene lijn ook eindigt. De donkerblauwe component van de zwaartekracht (F’g) is precies gelijk in grootte aan de normaal kracht (geel), maar in omgekeerde richting. Deze twee krachten heffen elkaar daarom op (je zakt niet dwars door de piste heen, maar je stuitert er ook niet van af). De lichtblauwe kracht (F”g) die dan overblijft wijst richting het dal – daarom ga je steeds harder die kant op

Als laatste is er de wrijvingskracht (Fw - rood) in tegengestelde richting van de snelheid en daarom parallel aan de piste. Als de wrijvingskracht groter is dan de voorwaartse kracht rem je af. Wanneer beide krachten gelijk zijn houdt je een constante snelheid. Wanneer de voorwaartse kracht groter is dan de wrijvingskracht blijft er een resulterende kleinere voorwaartse kracht over – je accelereert nog steeds!
Dit is over het algemeen het geval wanneer je recht naar beneden de piste af skiet. Je potentiële energie wordt steeds kleiner, terwijl je kinetische energie toeneemt – je gaat maar sneller en sneller. Om een beetje gecontroleerd de piste af te komen moet je daar iets aan doen.

Snowboarden

Snowboarders leren als eerste om -of met het gezicht naar de berg, of juist naar het dal- met hun board dwars op de helling naar beneden te roetsjen. Het principe is hetzelfde als bij skiën: hoe groter het oppervlak dat dwars staat, hoe meer wrijving. Door op je hielen te leunen (als je met je gezicht naar het dal staat) of juist op je tenen (als je met je rug naar het dal toe staat) graaf je jezelf in.

Bekijk een s hoe het zit met snowboarden in onderstaande animatie. Deze animatie is met toestemming overgenomen van de website www.mechanicsofsport.com

In deze animatie zie je hoe je een kracht bij een helling grafisch kan ontbinden in twee factoren.

Nu kun je met deze sneeuwploeg houdingen heel aardig je snelheid controleren, maar heel stijlvol en soepel is het niet. Als je eenmaal een beetje in controle bent is het daarom de moeite waard om bochtjes te leren.

Je kunt het draaien gebruiken om af te remmen, door in de bocht je board of ski’s de sneeuw in te duwen. In het begin is dit iets lastiger voor snowboarders dan voor skiërs. Als een snowboarden namelijk halverwege de bocht is, wijst het board recht naar beneden en voor je het weet begin je snelheid te maken. Dan moet je juist naar voren leunen om je achterkant weg te kunnen duwen, zodat het board weer dwars op de helling staat. Naar het dal toe leunen terwijl je eigenlijk vind dat je te hard gaat, is een gevoel waar je echt even aan moet wennen. Skiërs hebben in principe last van exact hetzelfde probleem, maar die kunnen ‘vals spelen’ door de pizzapunt in meer of mindere mate in te zetten.