способ тренировки горнолыжников и сноубордистов и устройство для его осуществления

изобретение относится к спортивному инвентарю для проведения тренировок горнолыжников и сноубордистов в спортивных залах, а также может использоваться для развлечений и в атракционах.

известен способ тренировки горнолыжников, реализуемый в устройстве, описанном в DE 19521619, Al, A63B69/18, 19.12.1996, согласно которому осуществляют имитацию прохождения поворотов путем приложения усилия к имитаторам лыж или сноуборда, направленного перпендикулярно продольной оси имитаторов лыж или сноуборда к центру имитируемого поворота.

известно устройство для тренировки горнолыжников, описанное в DE 19521619, Al, A63B69/18, 19.12.1996, содержащее основание, на котором расположены имитаторы лыж, снабженные креплениями для обуви спортсмена и расположенные на основании с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном продольной оси имитаторов лыж или сноуборда, а также с возможностью их кантования спортсменом. недостаток указанных способов и устройств - низкая эффективность тренировок, так как величина центробежной силы не связана с величинами углов кантования имитаторов лыж, что имеет место в реальных условиях.

наиболее близким аналогом, взятым за прототип предлагаемого изобретения-способа, является способ тренировки горнолыжников и сноубордистов по RU 2233684, A63B69/18, 2004, согласно которому производят кантование имитаторов лыж или сноуборда спортсменом и осуществляют имитацию прохождения поворотов путем приложения усилия к имитаторам лыж или сноуборда, направленного перпендикулярно продольной оси имитаторов лыж или сноуборда к центру имитируемого поворота. наиболее близким аналогом, взятым за прототип предлагаемого изобретения-устройства, является устройство для тренировки горнолыжников и сноубордистов по RU 2233684, A63B69/18, 2004. устройство содержит основание, имитаторы лыж или сноуборда, расположенные на основании.

имитаторы лыж или сноуборда имеют возможность перемещения в направлении, перпендикулярном продольной оси имитаторов лыж или сноуборда, а также имеют возможность кантования их спортсменом. устройство также содержит силовой привод, механически соединенный с имитаторами лыж или сноуборда, средство для определения угла кантования имитаторов лыж или сноуборда, выход которого подключен к первому входу блока управления. выход блока управления подключен к силовому приводу.

недостаток указанных способа и устройства - низкая эффективность тренировок, так как при имитации не учитывается влияние ускорения центра масс спортсмена на величину центробежной силы, как при реальном катании. другой недостаток известных решений - при имитации не учитывается усилие, оказываемое на спортсмена лыжами или сноубордом в результате их выпрямления после прогиба, образующегося при выполнении поворота, как при реальном катании, что также снижает эффективность тренировок. задача изобретений - способа и устройства - обеспечение учета влияния ускорения центра масс спортсмена на величину центробежной силы, а также обеспечение учета усилия, оказываемого на спортсмена лыжами или сноубордом в результате их выпрямления после прогиба, образующегося при выполнении поворота. технический результат изобретений (способа и устройства) заключается в повышении эффективности тренировок путем осуществления имитации условий тренировок, более близких к реальным.

сущность изобретения-способа состоит в следующем.

предложен способ тренировки горнолыжников и сноубордистов, при котором производят кантование имитаторов лыж или сноуборда спортсменом и осуществляют имитацию прохождения поворотов путем приложения усилия к имитаторам лыж или сноуборда, направленного перпендикулярно их продольной оси к центру имитируемого поворота.

отличие состоит в том, что измеряют величину усилия, оказываемого спортсменом на имитаторы и направленного перпендикулярно их плоскости, и величину прикладываемого к имитаторам лыж или сноуборда усилия устанавливают в зависимости от величины измеренного усилия, оказываемого спортсменом на имитаторы, и угла их кантования, связанных зависимостью:

F = P siпα,

где: F - усилие, прикладываемое к имитаторам; а— угол кантования имитаторов; P = (mg/соsα + δа) - величина измеренного усилия, оказываемого спортсменом на имитаторы, где: m - масса спортсмена, g - ускорение свободного падения,

δа - дополнительное усилие, прикладываемое спортсменом к имитаторам, например, путём разгибания и сгибания ног, и зависящее от ускорения перемещения центра масс спортсмена вдоль линии, перпендикулярной плоскости имитаторов.

кроме того, к имитаторам перпендикулярно их продольной оси к центру имитируемого поворота прикладывают дополнительное кратковременное усилие, соответствующее усилию, которое оказывают на спортсмена имитируемые лыжи или сноуборд, в результате их выпрямления после прогиба, образующегося при выполнении поворотов, как при реальном катании. дополнительное кратковременное усилие зависит от упругих свойств имитируемых лыж или сноуборда, их геометрических размеров, жесткости поверхности имитируемого склона горнолыжной трассы;

кроме того, величину дополнительного кратковременного усилия, прикладываемого к имитаторам лыж или сноуборда, устанавливают согласно условиям:

F = P siпα + δF при P > Fкр F = P siпα при P < Fкр где: F - усилие, прикладываемое к имитаторам; а- угол кантования имитаторов;

P = (mg/соsα + δа) - величина усилия, оказываемого спортсменом на имитаторы, где: m - масса спортсмена, g - ускорение свободного падения,

δа - дополнительное усилие, прикладываемое спортсменом к имитаторам, например, путём разгибания и сгибания ног, и зависящее от

ускорения перемещения центра масс спортсмена вдоль линии, перпендикулярной плоскости имитаторов;

δF - величина дополнительного кратковременного усилия, приложенного к имитаторам; Fкр - эмпирически выбираемая, критическая величина усилия, зависящая от характеристик имитируемых лыж или сноуборда, угла их кантования и характеристик склона горнолыжной трассы.

сущность изобретения-устройства состоит в следующем.

устройство для тренировки горнолыжников и сноубордистов содержит основание, имитаторы лыж или сноуборда, расположенные на основании.

имитаторы лыж или сноуборда имеют возможность перемещения в направлении, перпендикулярном продольной оси имитаторов лыж или сноуборда, а также имеют возможность кантования их спортсменом..

устройство также содержит силовой привод, механически соединенный с имитаторами лыж или сноуборда, средство для определения угла кантования имитаторов лыж или сноуборда, выход которого подключен к первому входу блока управления. выход блока управления подключен к силовому приводу.

отличительными признаками устройства является то, что оно содержит средство измерения усилия спортсмена, которое может измерить усилия, направленные перпендикулярно плоскости имитатора лыж или сноуборда. средство измерения усилия спортсмена подключено ко второму входу блока управления.

кроме того, устройство содержит блок формирования сигнала дополнительного усилия, первый вход которого соединен с выходом задатчика параметров. выход блока формирования сигнала дополнительного усилия соединен с третьим входом блока управления, а второй вход соединен с выходом компаратора. первый вход компаратора соединен со средством измерения усилия спортсмена, а второй вход компаратора соединен с выходом блока формирования сигнала критического усилия спортсмена. первый вход блока формирования сигнала критического усилия спортсмена соединен со средством определения угла кантования, а второй вход - с выходом задатчика параметров.

сущность изобретений следует пояснить следующим.

на фиг. 1 показана диаграмма сил, действующих на лыжи или сноуброрд, при выполнении поворота, где:

а - поверхность склона горнолыжной трассы,

в - поперечное сечение лыжи или сноуборда, а - угол кантования лыж (сноуборда), m - масса спортсмена, g - ускорение свободного падения,

F' - центробежная сила, возникающая при выполнении поворота под действием веса спортсмена, F" - центробежная сила, возникающая под действием ускорения центра масс спортсмена.

δа - дополнительное усилие, прикладываемое спортсменом к лыжам (сноуборду), например, путём разгибания и сгибания ног, и зависящее от ускорения перемещения центра масс спортсмена вдоль линии, перпендикулярной плоскости имитаторов, mg - вес спортсмена.

в известных решениях усилие, имитирующее центробежную силу F'

(фиг. 1), устанавливается из предположения, что масса спортсмена сосредоточена в материальной точке массой «m», неподвижной относительно лыж (сноуборда) «B», на которую воздействует лишь сила тяготения «mg» и центробежная сила F'. в реальном же катании, при выполнении поворота на лыжах или сноуборде, спортсмен производит их кантование и, одновременно, производит дополнительное усилие δа на лыжи или сноуборд, путем разгибания или подгибания ног, придавая ускорение собственному центру масс. в результате разгибания или подгибания ног величина центробежной силы увеличивается или уменьшается и становится равной F".

в связи с изложенным, изобретательский уровень предлагаемых способа и устройства состоит в том, что они имитируют условия катания по горнолыжной трассе, учитывающие одновременно как изменение угла кантования имитаторов лыжи или сноуборда, так и ускорение центра масс спортсмена, влияющее на величину центробежной силы. кроме того, одновременно обеспечивается учет усилия, оказываемого на спортсмена лыжами или сноубордом в результате их выпрямления после прогиба, образующегося при выполнении поворота. при этом реализованы ранее не

известные зависимости между величиной центробежной силы, характерными усилиями спортсмена при выполнении поворота, характеристиками лыж (сноубрда), параметрами склона горнолыжной трассы как в реальном катании. сущность изобретения поясняется чертежами.

на фиг. 2 приведены зависимости критического усилия Fкр от угла кантования а, для разных характеристик лыж или сноуборда и характеристик склона горнолыжной трассы. зависимости «a» и «b» приведены для разных характеристик лыж или сноуборда при одинаковых характеристиках склона. при этом зависимость «b» приведена для более жестких лыж или сноуборда. зависимости «b» и «c» приведены для разных характеристик склона при одинаковых параметрах лыж или сноуборда. при этом зависимость «c» приведена для более жесткой поверхности склона.

на фиг. 3 показаны зависимости дополнительного кратковременного усилия δF(oт времени), оказываемого лыжами или сноубордом в результате их выпрямления после прогиба, образующегося при выполнении поворота, для разных характеристик лыж (сноубрда) и параметров склона горнолыжной трассы. зависимости «d» и «e» приведены для разных характеристик лыж или сноуборда при одинаковых характеристиках склона. при этом зависимость «e» приведена для более жестких лыж или сноуборда. зависимости «e» и «f» приведены для разных характеристик склона при одинаковых параметрах лыж или сноуборда. при этом зависимость «f» приведена для более жесткой поверхности склона.

на фиг. 4 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ (для упрощения показан один имитатор лыжи или сноуборда).

на фиг. 5 показан развивающий вариант выполнения функциональной схемы предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ.

согласно фиг. 4 устройство содержит основание 1, на котором установлены имитаторы 2 лыжи или сноуборда. имитаторы 2 установлены с возможностью перемещения их по основанию 1 в направлении, перпендикулярном направлению продольной оси имитаторов 2, например, на роликах (не показано) с помощью силового привода 3 посредством троса (ремня) 5 и шкивов 4. имитаторы 2 могут кантоваться спортсменом.

устройство также содержит средство 6 для определения угла кантования имитаторов 2, выполненное, например, в виде датчика угла кантования. средство 6 для определения угла кантования установлено на соответствующем имитаторе 2 и имеет электрический выход, подключенный к первому входу блока 7 управления. выход блока 7 управления подключен к силовому приводу 3. на имитаторе 2 лыжи или сноуборда, например, под крепление для обуви (не показано) установлено средство 8 для определения усилия, прикладываемое спортсменом к имитатору лыжи или сноуборда, выполненное, например, в виде пьезодатчика или датчика давления. средство 8 для определения усилия имеет электрический выход, подключенный ко второму входу блока 7 управления, который может быть подключен к компьютеру (не показан).

кроме того, устройство может содержать (фиг. 5) блок 9 формирования сигнала дополнительного усилия, первый вход которого соединен с выходом задатчика 10 параметров, выход соединен с третьим входом блока 7 управления. второй вход блока 9 формирования сигнала дополнительного усилия соединен с выходом компаратора 11. первый вход компаратора 11 соединен со средством 8 измерения усилия спортсмена, а второй вход соединен с выходом блока 12 формирования сигнала критического усилия спортсмена. первый вход блока 12 формирования сигнала критического усилия спортсмена соединен со средством 6 определения угла кантования, а второй вход - с выходом задатчика 10 параметров.

устройство (фиг. 4) работает следующим образом. спортсмен становится на имитаторы 2 лыж или сноуборда, установленные, например, на платформе. имитируя прохождение горной трассы, спортсмен кантует имитаторы 2 в ту или другую стороны, имитируя выполнение поворотов. при этом средство 6 определения угла кантования подает сигнал на первый вход блока управления 7. одновременно с этим средство 8 определения усилия подает сигнал на второй вход блока 7 управления . получив оба сигнала блок управления 7 формирует сигнал о величине усилия, который подается на силовой привод 3. усилие силового привода 3 передается к имитаторам 2.

величина усилия, приложенного к имитаторам 2, направлена к центру имитируемого поворота, и устанавливается согласно выражению:

F = P siпα, где: F - усилие, прикладываемое к имитаторам; а - угол кантования имитаторов;

P = (mg/соsα + δа) - величина измеренного усилия, оказываемого спортсменом на имитаторы, где: m - масса спортсмена, g - ускорение свободного падения,

δа - дополнительное усилие, прикладываемое спортсменом к имитаторам, путём разгибания и сгибания ног, и зависящее от ускорения перемещения центра масс спортсмена вдоль линии, перпендикулярной плоскости имитаторов.

сигналы от средства 6 определения угла кантования и средства 8 определения усилия также могут подаваться на компьютер.

в реальном катании при выполнении поворота спортсмен оказывает кратковременное усилие на лыжи или сноуборд, что приводит к их прогибу. причем, величина прогиба зависит:

-от угла кантования лыж или сноуборда и приложенного к ним усилия, -от модели лыж или сноуборда,

-от состояния поверхности склона горнолыжной трассы. при достижении некоторой критической величины прогиба лыж или сноуборда происходит их резкое выпрямление, что приводит к резкому кратковременному увеличению величины центростремительной силы, действующей на спортсмена. так как величина прогиба лыж или сноуборда прямо пропорциональна усилию, прикладываемому к ним спортсменом, то можно эмпирическим путем получить зависимости критического усилия, после которого происходит выпрямление лыж или сноуборда, в зависимости от угла кантования, характеристик лыж или сноуборда и склона горнолыжной трассы, как это приведено на фиг. 2.

устройство, показанное на фиг. 5, работает следующим образом. по характеристикам имитируемых лыж и сноуборда, характеристикам склона горнолыжной трассы, хранящихся в памяти задатчика 10 параметров (в качестве которого может использоваться компьютер), конкретные значения параметров которых вводятся в него перед началом тренировки, в блоке 12 определения критического усилия спортсмена и сигналам от средства 6

определения угла кантования устанавливается величина Fкр, например, как показано на фиг. 2 и далее сравнивается в компараторе 11 с сигналом от средства 8 определения усилия P спортсмена. если значение P больше или равно Fкр, то с выхода компаратора 11 поступает сигнал на вход блока 9 формирования дополнительного усилия спортсмена, который вырабатывает сигнал о величине дополнительного усилия δF имеющего вид, приведенный на фиг. 3, в соответствии с характеристиками имитируемых лыж и сноуборда, характеристиками склона горнолыжной трассы, поступающими с задатчика 10 параметров. полученный блоком 7 управления от блока формирования дополнительного усилия спортсмена 9 сигнал на дополнительное усилие суммируется с уже ранее сформированным сигналом величины усилия и подается на вход силового привода 3, усилие от которого передается к имитаторам 2.

величина усилия определяется согласно выражению: F = P sinα + δF при P ≥Fкр,

F = P siпα при P < Fкр где : F - усилие, прикладываемое к имитаторам; α - угол кантования имитаторов;

P = (mg/соsα + δа) - величина усилия, оказываемого спортсменом на имитаторы, где: m - масса спортсмена, g - ускорение свободного падения,

δа - дополнительное усилие, прикладываемое спортсменом к имитаторам, например, путём разгибания и сгибания ног, и зависящее от ускорения перемещения центра масс спортсмена вдоль линии, перпендикулярной плоскости имитаторов;

δF - величина дополнительного кратковременного усилия, приложенного к имитаторам;

Fкр - эмпирически выбираемая, критическая величина усилия, зависящая от характеристик имитируемых лыж или сноуборда, угла их кантования и характеристик склона горнолыжной трассы.