В этом научном упражнении мы привязываем лыжи к фигурке, чтобы выяснить
Ключевые понятия: Вес, давление, сила, баланс, центр масс
В титрах: Сабина Де Брабандере, доктор философии, Коллеги по науке
Во время просмотра Олимпийского На зимних играх вы можете удивиться, почему лыжи, которые используются в нескольких соревнованиях, такие длинные. Лыжи, используемые на Олимпийских играх, отличаются высочайшим качеством. Исследователи тщательно продумывают каждую деталь — от материалов, из которых они изготовлены, до формы, по которой они скроены. Оборудование проходит тщательные испытания, поскольку подобные детали могут обеспечить спортсмену преимущество на склоне. Но зачем вообще подкладывать доски под обувь? Выполните это упражнение, чтобы узнать!
Справочная информация
Земное притяжение постоянно притягивает нас. Это заставляет нас возвращаться на землю, когда мы прыгаем, и заставляет предметы падать, когда мы их отпускаем. Но гравитация тянет нас вниз даже тогда, когда мы стоим на твердом полу!
Вы можете наблюдать это, когда сидите на матрасе: ваш вес или то, насколько сильно земля давит на вас, прогибает матрас вниз. В результате матрас сжимается в том месте, где вы сидите. Если вы стоите на матрасе, вы должны заметить, что он сжимается сильнее, чем если бы вы лежали или сидели на нем. Когда вы стоите, весь ваш вес давит на небольшую область, где ваши ступни касаются матраса. Если вы сидите или лежите, ваш вес распределяется на гораздо большую площадь, поэтому на каждый квадратный дюйм, на который ваше тело касается матраса, приходится гораздо меньшее усилие, и матрас не сжимается так сильно.Снегоступы используют эту концепцию для того, чтобы вы меньше проваливались в свежий, пушистый снег. Снегоступы создают большую площадь контакта со снегом, поэтому ваш вес меньше давит на каждый квадратный дюйм снега. Сила каждого толчка на квадратный дюйм площади контакта — это то, что ученые называют давлением, и снегоступы уменьшают это давление.
Большая площадь контакта со снегом или полом дает больше преимуществ. Сила тяжести действует на нас так, как будто вся масса нашего тела сосредоточена в одной точке, и гравитация притягивает эту точку. Эта точка называется центром масс. Если эта точка расположена над местом нашего соприкосновения с полом, мы не упадем. Чем больше площадь контакта, тем легче удерживать центр тяжести над ней и тем стабильнее мы будем себя чувствовать.
<загрузка изображения="ленивая" расшифровка="асинхронная" width="1030" height="773" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure.jpg " alt="фигурка с приклеенными к ногам картонными лыжами стоит в контейнере на слое муки" class="wp-image-3162738" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure.jpg 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure-510x383.jpg 510 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure-600x450.jpg 600 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure-248x186.jpg 248 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure-768x576.jpg 768 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure-773x580.jpg 773 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure-263x197.jpg 263 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/11/1030_ski_experiment_figure-560x420.jpg 560 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1030 пикселей) 100 Вт, 1030 пикселей" />
Материалы
- Глубокая тарелка (подойдет стеклянный противень или форма для запекания, тоже)
- Мука
- Фигурка или кукла, которая может стоять вертикально — желательно, потяжелее — и разрешение временно приклеить лыжи к ее ногам
- Картон
- Ножницы
- Школьный клей
Приготовление
- Чтобы сделать лыжи для вашей фигурки, вырежьте две одинаковые прямоугольники из картона. Длина должна быть немного меньше высоты вашей фигурки. Ширина должна быть примерно вдвое больше ширины ступней вашей фигурки.
- На тарелку насыпьте слой муки толщиной около 20 миллиметров (0,75 дюйма). Обметайте верхнюю часть слоя краем куска картона, чтобы получилась ровная поверхность.
Инструкция
- Представьте, что мука — это пушистый снег. Что произойдет, если вы ступили на этот пушистый снег? Произойдет ли то же самое, когда вы поставите туда свою фигурку?
- Положите свою фигурку на муку. Возьмите ее обратно и понаблюдайте. Ваш прогноз оказался верным? Вы видите следы на муке?
- Как вы думаете, легко ли будет обмакнуть вашу фигурку в муку? Почему?
- Положите фигурку обратно на муку, но на этот раз придавите ее. Ваш прогноз оказался верным?
- Возьмите свою фигурку и дайте ей постоять на муке, не вдавливая ее внутрь. Попробуйте опрокинуть ее на бок, спереди и сзади. Легко ли заставить вашу фигурку упасть?Приклейте лыжи к ступням вашей фигурки. Ступни должны быть примерно на середине длины лыж. Дайте клею высохнуть.
- Как вы думаете, что изменится, если мы будем использовать фигурку с лыжами для тех тестов, которые мы делали раньше?
- Еще раз разровняйте муку краем куска картона.
- Какие следы оставляет фигурка с лыжами? Они более глубокие или мелкие по сравнению с фигуркой без лыж?
- Легче или сложнее обмакнуть фигурку в муку? Почему это может быть полезно, если вы хотите скользить по снегу?
- Можно ли так же легко сбить фигурку с ног лыжами? Можно ли сбить фигурку так, чтобы она упала спереди или сзади, так же легко, как заставить ее упасть набок? Почему это так?
ДОПОЛНИТЕЛЬНО: Ознакомьтесь с характеристиками арктических животных. У них лапы больше, чем у аналогичных животных в более теплом климате, поэтому они не так сильно погружаются в снег?
ДОПОЛНИТЕЛЬНО: Подарите фигурке коньки. Чтобы сделать один конек из картона, вам понадобятся два маленьких прямоугольника чуть длиннее и шире ступни вашей фигурки. Один прямоугольник представляет собой ботинок и будет приклеен к ноге вашей фигурки. Другой прямоугольник представляет лезвие. Прикрепите его вертикально к ботинку (первый прямоугольник). Получится один конек. Повторите для второго конька. Какое впечатление производят коньки на муке и на льду? Можно ли легко опрокинуть фигурку, балансирующую на коньках? Как вы думаете, почему это так? Почему спортсмены, соревнующиеся на снегу, надевают лыжи, в то время как спортсмены, соревнующиеся на льду, надевают коньки?
Наблюдения и результаты
Были ли отпечатки ног фигурки мельче, когда она была в лыжах? Было ли сложнее втыкать фигурку с лыжами в муку и переворачивать ее спереди и сзади по сравнению с фигуркой без лыж? Это ожидаемо.Лыжи создают большую площадь контакта между лыжником и снегом. Таким образом, вес лыжника — или сила притяжения Земли к нему — распределяется на большую площадь. Лыжник меньше давит на каждый квадратный дюйм снега, и вместо того, чтобы проваливаться в него, он может скользить по нему. Вы также могли почувствовать это, когда макали свою фигурку в муку. Без лыж это было легко. При работе с лыжами усилие распределялось по большой площади. Было сложнее заставить фигурку утонуть в муке.
Лыжи также способствуют устойчивости. Легче сохранять равновесие, когда у вас большая площадь контакта. Подумайте о том, как часто вы наклоняетесь вперед или назад, когда стоите на носках. Стоять на плоской подошве легче. Аналогичным образом, лыжи удлиняют ступни, затрудняя падение вперед или назад, но, поскольку лыжи едва отводят ступни в сторону, лыжники все равно могут легко упасть в любую сторону.
Спортсмены, выступающие на льду, используют коньки, потому что хотят, чтобы их вес был сосредоточен на небольшой площади. Это обеспечивает им лучшее сцепление со льдом, облегчая отталкивание, прыжки или увеличение скорости движения вперед. Коньки также намного короче, что позволяет выполнять крутые повороты и изящные движения, которые были бы невозможны с лыжами.
Это упражнение предлагается вам в партнерстве с Science Buddies. Найдите оригинальное упражнение на веб-сайте Science Buddies.
<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="680" height="173" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2023/01/680_science_buddies_banner.png " alt="Баннер с надписью "ДРУЗЬЯ ПО НАУКЕ"" class="wp-image-3121243" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2023/01/680_science_buddies_banner.png 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2023/01/680_science_buddies_banner-330x84.png 330 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 680 пикселей) 100 Вт, 680 пикселей" />
