Sport i podsumowanie elektroniki

Opory ruchu w sporcie
Charakter siły oporu ośrodka zależy od sposobu „opływania” ciała poruszającego
się w tym ośrodku w sporób następujący:
1. dla regularnego, uporządkowanego opływu jest wprosproporcjonalna do prędkości
2. dla nieregularnego, nieuporządkowanego przepływu jest proporcjonalna do
kwadratu prędkości
Jeśli chodzi o sport to przypadek pierwszy ma miejsce dla ruchu w wodzie;
przypadek drugi zachodzi podczasruchu w powietrzu.
Zagadnienia związane z matematycznymopisem sił oporu są zwykle tak skomplikowane że nie mają analitycznego rozwiązania (zwłaszcza dla tak skomplikowanego ruchu jak w sporcie) i dlatego stosuje się tunele aerodynamiczne do badań
wpływy lub braku wpływu np. poszczególnych elementów ubioru na uzyskiwane
wyniki.
Przykładowo, odkryto że kolarz po wypiciu napoju powinien jechać z pustym
bidonem (zawodnicy z reguły je wyrzucali) ponieważ jego obecność zmniejsza
siłę oporu.
Przykładowe dyscypliny gdzie opór powietrza ma znaczenie fundamentalne: skoki
narciarskie, kolarstwo, biegi, sporty motorowe, narciarstwo, pływanie.
Bezpieczeństwo w sporcie
Analizując bezpieczeństwo w sporcie będziemy się starali odpowiedzień na pytanie
jak zminimalizować skutki ewentualnych wypadków i urazów. (ze względów
oczywistych pominiemy np. niebezpieczeństwo wynikające ze stosowania środków
dopingujących czy też wynikające z nieprzestrzegania przepisów)
Przykładowo w większości dyscyplin lekkoatletycznych (i nie tylko) kluczową
sprawą są odpowiednie materiały i sposoby wykonywania butów. Ich rodzaj
sposób wykonania i założenia dotyczące bezpieczeństwa zależą od rodzaju dyscypluny sportu (przykładowo w biegach ważna jest mała masa i dobre tłumienie
drgań)
Jeśli chodzi o sporty motorowe to o bezpieczeństwie kierowcy decydują zarówno
8
wykonana z odpowiednich materiałów klatka bezpieczeństwa, niepalny ubiór i
odpowiedni kask jak i odpowiednia budowa toru wyścigowego oraz odpowiednie
przepisy rządzące wyścigami.
Niestety często dbanie o bezpieczeństwo stoi w konflikcie z utratą zysków. Przykładowo z taką sytuacją możemy mieć do czynienia podczas skoków narciarskich
gdzie wieje zbyt silny wiatr a odwołanie zawodów oznacza straty dla organizatora.
Przemiany energii w sporcie
W każdej dyscyplinie sportu zachodzi szereg przemian energii. W pokazywanym często przykładzie skoku o tyczce następuje oczywiście zamiana energii
kinetycznej:
m · v2
Ek =
2
m − masa v − predkosc
w energię potencjalną sprężystości tyczki:
Eps
k · x2
=
2
k − stalaspr. x − odksztalcenie
a potem na ta energia zamienia się znowu w energie kinetyczną a z kolei ta
zamienia się na energię potencjalną ciężkości
Epc = m · g · h
Dzięki której zawodnik może przeskoczyć wysokość h.
Oczywiście to tylko przykład z fizyki. W przeczywistości tkich przemian energii
nawet w skoku o tyczce jest znacznie więcej, bo musimy np. uwzględnić energię
chemiczną, energię mięśni oraz energie tracone w następstwie występowania sił
oporu.
W sportach motorowych sprawa jest trochę inna, ponieważ należy jak najefetywniej wykorzystać energię wewnętrzną paliwa (silniki) a także próbować odzyskać
energię rozpraszaną w procesie hamowania (system KERS)
Nowoczesne materiały stosowane przez sportowców
9
Oprócz walorów zdrowotnych niezaprzeczalną zaletą uprawiania sportu jest jego
wpływ na rozwój najnowszych technologii, przede wszystkim w zakresie materiałów.
Naturalna u człowieka potrzeba rywalizacji oraz duża konkurencja i wynikające
z tego bardzo duże nieraz nakłady finansowe na badania powodują że następuje
gwałtowny rozwój technologii materiałowej.
Przykładowo wyścigi F1 to nie tylko emocje i duże pieniądze ale także szybszy
rozwój technologii produkcji „cywilnych” samochodów takży tych decydujących
o naszym bezpieczeństwie za kierownicą.
Materiały sprawdzine podczas ekstremalej wspinaczki, czy podczas dyscyplin
lekkoatletycznych na pewno będą także doskonałe do produkcji „zwykłej” odzieży
i obuwia.
Przykładowo inżynieria materiałowa w sporcie poszukiwała i poszukije materiałów
które:
• będą lekkie i sztywne zarazem
• będą zapewniały dobrą kontrolę tempetatury oraz wymianę ciepła i wilgoci
• będą niepalne nawet w bardzo wysokich temperaturach
• będą zapewniały możliwość zgromadzenia dużej ilości energii
Jako przykład pokazujący taki rozwój można pokazać rozwijany ciągle w F1
silnik z wirującym tłokiem (Vanckla) dzięki czemu można było go zastozować
w jednym z modeli Mazdy uzyskując z 1.3 litra pojemności ponad 250 koni
mechanicznych mocy.
Pomiary w sporcie
Do najważniejszych pomiarów obecnych w sporcie należą:
• pomiar czasu
• pomiar odległości
• pomiar masy
• pomiary i analiza wielu parametrów w czasie rzeczywistym (np. w F1)
• pomiary parametrów pogodowych (np. wiatru w skokach narciarskich)
10
Negatywnym czynnikiem w sporcie jest oczywiście doping, ale i to zjawisko
powoduje rozwój technologii pomiarowych, przy wykrywaniu tegoż dopingu.
Przykładem jest decyzja międzynarodowego komitetu olimpijskiego który zapowiedział że będzie zamrażał w ciekłym azocie wszystkie próbki krwi, pobrane
podczas olimpady aby ją zbadać przy użyciu „przyszłych” technologii.
Duża konkurencja w sporcie powoduje że konieczna jest duża dokładność i wiarygodność wszelkich pomiarów, co prowadzi do rozwoju technologii pomiarowych.
Podstawowe wiadomości z elektroniki
Elektronika jest działem fizyki zajmującym się analizą i przetwarzaniem sygnału
elektrycznego, czyli „napięciowej” reprezentacji danej wielkości fizycznej (np.
natężenia dźwięku).
W zależności od rodzaju tego sygnału wyróżniamy:
• sygnały analogowe, o widmie ciągłum lub pasmowym, rozróżniające nieskończenie wiele poziomów
• sygnały cyfrowe, o widmie liniowym, rozróżniające skończoną liczbę poziomów
Układy elektroniczne składają się z elementów które dzielimy na:
• pasywne, nie wymagające zasilania
• aktywne, wymagające zasilania
Do elementów pasywnych zaliczamy przede wszystkim: rezystory, kondensatory,
cewki, transformatory, diody.
Do elemetów aktywnych zaliczamy natomiast: traznystory, układy scalone
(układy oparte na tranzystowach realizujące określone funkcje) i procesory.
11