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科学によると、そりをより速く動かす方法

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そのため、スピードが求められます。速度。あなたはすでに急な斜面を選んで、フォームを合理化しています。おそらくあなたは、ライクラ リュージュ レーシング スーツを着て、頭を剃っています。剃ったかもすべて—空気抵抗と戦っている時は、運に任せてはいけません。

やることリストからすべてを削り取って、スレッドと地面の間の摩擦を減らしたいと考えているとしましょう。言い換えれば、あなたはクラーク・グリスウォルドでこの吸盤であり、堅固なトボガン潤滑油が必要です。

科学はあなたをより速くするのに役立ちますか?はい、できます。

トライボロジーと毛細血管ドラッグ

摩擦と潤滑の科学 (いわゆるトライボロジー) は、雪と氷に大きく焦点を当てています。この研究は、雪崩の研究者、自動車やタイヤのメーカー、そして 200 億ドルを投じるアメリカのウィンター スポーツ産業によって高く評価されています。コンセンサス? 「溶融水潤滑」の特性を活用する必要があります。

ソリが丘をズームダウンするとき、彼らは純粋な雪の上を移動しているのではなく、非常に薄い雪解け水の層をすくい取っています。移動するそりの摩擦によって生成されるこの水は、主要な潤滑油です。スキー会社 Swix の研究者 [PDF] によると、理想的な融解水​​の層は 50 分子の厚さで、華氏約 32 度で発生します。温度が高いと、余分な融解水が生成され、そりに付着する可能性があります。毛細血管抗力と呼ばれるこのプロセスは、速度を低下させます。

ひどく冷たい雪は良くありません。水銀が 14°F を下回ると、潤滑用の溶融水のかなりの層を見つけるのが難しくなります。カリフォルニア工科大学の物理学者でスノーフレークの専門家であるケネス・リブブレヒト氏は、「それほど寒くなると、過度の摩擦がなければ液体層は形成されません」と、カリフォルニア工科大学の物理学者であり、スノーフレークの専門家でもあるケネス・リブレヒト氏は、フローズン)、Trini Radio に伝えます。これらの条件では、融解水の層が単一の H20 分子ほど薄くなる可能性があるため、そりは、詰められた雪の凹凸や粗いエッジに擦り付けられます。砂丘を下るのもいいかもしれません [PDF]。

あなたがウィンター ウォーロックまたは中国政府でない限り、おそらく天候をコントロールすることはできませんが、天候にどう備えるかはコントロールできます。調査によると、濡れていて暖かいときは、浅い前後のパターンでエッチングされた粗い底のそりが役立つ場合があります。このパターンにより、水分子がつかむ表面積が小さくなり、毛細血管の抵抗が減少します。



気温が低く、雪の結晶が鋭く硬くなっている場合は、そりの底を硬くして、トボガンを「掴んで」減速するような凹凸を耕すことが重要です。そりの底を、合成炭化水素スキーワックスのような硬くて滑らかな物質でコーティングします。

しかし、温度に関係なく、溶融水の層をすくい取る最良の方法は、スレッドの底を疎水性の材料、つまり文字通り「水を恐れる」グリース、オイル、ワックスなどの物質で潤滑することです。専門家に相談した後、いくつかの疎水性潤滑剤をテストしましたが、それらはすべて家にあることがわかりました。

一人の男、一人のそり、そして六つの潤滑油

私たちの実験は、ニューヨーク州ウッドストックの公共のそりの丘で行われ、キャッツキル山地のふもとの下に位置しています。温度計は 29°F を示していた - 熱すぎず、冷たすぎないメルトウォーター ゴルディロックス ゾーンにある - そして私のバックパックには日常の疎水性素材が詰め込まれていた。ハードウッドペーストワックス、アドボ万能調味料、ベーコングリース。

私の車? 11 ドルのプラスチック製の青緑のそりは、明らかに小さな子供たちを乗せることを目的としていました。

ここの坂はゆるやかですが、雪はそうではありませんでした。それは古くて無愛想で硬かった。私は後で、35 種類の雪片を分類した (「ほとんどが砂のように見えるが、小さな塊にすぎない」) Libbrecht に、そのような表面が優れた速度のそりにどのように役立つかを尋ねました。彼は、雪の結晶が地面に着くとすぐに形が変化し、風、太陽、その他のソリによって圧縮されるにつれて、より球形で滑らかになると説明した.つまり、人間と同じように、雪も年を重ねるごとに丸くなっていきます。

これは速度に関しては素晴らしいニュースですが、ステアリングに関してはそれほど良いことではありません。私の最初のドライ テスト ラン (私のコントロール) では、平均速度は約 12.6 mph でした。降りる途中で、私は 3 つのピルエットを完成させ、少なくとも 1 回は助けを求めて叫びました。

ワックスキャンドル

イチジク

私の 12.6 mph のペースは、ソリの最速走行 (83.5 mph) の世界記録からはかけ離れていたので、ワックスに切り替えました。

ダウンヒル スノー レーサーは、1 世紀以上にわたってワックスを使用してきました。 1940 年代以前は、蜜蝋、鯨油、松脂、獣脂など、さまざまな天然物質がそりの底を滑らかにしようとしていました。世紀半ばまでに、トボガナーはワックス ペーパーや便利なキャンドルでそりをこすっていました。キャンドルには、20 ~ 40 個の炭素原子を含む直鎖飽和炭化水素の混合物であるパラフィン ワックスが含まれています。

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本によるとスキーの物理学、David Lind と Scott P. Sanders による、直鎖炭化水素が最適です。これらの分子は平行な構造で配向し、分子間結合が強いため、低温下でもワックスが硬くなり、滑りが良くなります。また、分子は非極性であり、水などの極性分子とは優しく相互作用しません。 (しかし、一次鎖から分岐した短い鎖を持つより大きな炭化水素は、より柔らかく、「牽引力またはグラブを増やすように設計されたワックスに適している」とリンドとサンダースは書いています.)

パラフィン ワックスも比較的固いので、雪がひどく寒くない限り、雪の凹凸をうまく乗りこなすことができます。 2 分間、円を描くようにそりの底に冷たいキャンドルをこすりつけました。ソリに尻が当たったらクルージング。私は約 17.98 mph に達しました。

WD-40

包括的なリストによると、WD-40には2000以上の用途があります.スクールバスの座席からガムを取り除き、チューバケースの車輪に潤滑油を塗布し、子犬が電話回線を噛むのを防ぐことさえできます.リストにも載っています: 「そりとそりに潤滑油を注ぐ」 [PDF]。

これは驚くことではありません:WDは「水置換」の略です。公式は技術的に秘密ですが、有線2009 年にガス クロマトグラフィーを使用して、内部の黒魔術を明らかにしました。彼らの結論:アルカン。アルカンは、水素または酸素との結合を拒否する撥水性の炭化水素です。言い換えれば、そりの下でまさに必要なものです。

効果がありました: 有害な 10 秒間のスプレーの後、WD-40 はキャンドル ワックスと同じ時間を計測しました。でも、まあ、私の旅行は不潔なにおいがしました。それだけでなく、いくつかのアルカンがチャバネゴキブリが仲間を引き付けることを意図したフェロモンを生成する能力の鍵であることを後で知りました。ということで、楽しみにしていました。

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私が科学者だったら、摩擦係数 (2 つの表面間の摩擦の量を数値化する数値) を決定する目的で、これらすべての材料をテストすることになるでしょう。これは、次の式で表すことができます。楽しい.

ルーシー・キンタニージャ、トリニ・ラジオ

材料の動摩擦は、オシログラフと呼ばれる機器で測定できます。残念ながら、私はメディア企業に勤務しています。オシログラフはありません。

しかし、私は実験のこの部分のために 1 つがあればいいのにと思います。肌をこするような雪の摩擦係数は確かに低かったが、キャノーラ油で吹き替えたそりはなんとも言えない。それは低い摩擦係数を持つべきでしたが、「こびりつき防止」スプレーは、私のスレッドの底にくっつくことができなかったため、すべての間違った方法でその名前に忠実でした。それはほとんどすぐに消え、私の PAM 時間は私のコントロールの実行と同じくらい遅くなりました。

広葉樹ペーストワックス

ペーストワックスはチャンピオンの潤滑油です。メイン州カムデンで毎年開催される全米トボガン選手権の元チャンピオンであるトム・コックスに聞いてみてください。コックスはまた、その主なトボガン検査官であり、毎年レースに参加する 400 台の木製のそりが大会のガイドラインを満たしていることを確認しています。

彼は、クロスカントリー ワックスからレモン プレッジに至るまで、ソリの底にあらゆる種類の物質がまとわりつくのを見てきました。 「やり方は人それぞれで、秘密が何であるかは言えません」と、コックスはトリニ ラジオに語っています。 「私は2003年にすべてを勝ち取り、ペーストワックスと硬材の床用ワックスを使用しましたが、それが答えかどうかはわかりません.それ以来勝っていないからです.」

コックスは競争のマンネリに陥っているかもしれませんが、実績のあるチャンピオンであり、私は彼の方法を信頼しています。そうは言っても、ペーストワックスはプラスチックではなく木材に塗るのが一番良いことをすぐに学びました。手を使って柔らかいワックスを広げます。それは、乾燥したピーナッツ バターのように、でこぼこしていて不均一でした。そりの上に広げたサンドイッチを食べているのではないかと、通行人から怪しげな視線を浴びた。ああ、それから、丘を下ってどろどろした茶色のグープの跡が残った.

しかし、誰が気にしますか?私のそりは時速 20 マイル近くに達しました。

このような状況では、雪の融点といちゃつくので、ペースト状のワックスのような柔らかいワックスが理想的です。乾いた雪の上でワックスを塗った木材の係数は著しく低く、0.04 です。 (数値がゼロに近いほど滑りやすくなります。比較のために、氷に対する氷の係数は約 0.03 です。) プラスチック製の子供用そりの数値がどれほど低いかは想像できません。

アドボ万能調味料

また、全国トボガン選手権のそりの底にも登場した特別な食材は?オニオンパウダー。

一部のソリは、細かいパウダーを塗布することは、ソリの底に小さなボール ベアリングを追加するようなものだと考えています。実際には、穏やかな粒子の粗い底は、暖かい条件で毛細血管の抵抗を減らし、粘着性のある溶融水がライドに引っかかるのを防ぐのに役立ちます.これは、蓮の葉などの超疎水性の素材で発生することがわかります。蓮の葉は、何千もの小さな微細な柱で構成されています。これらの隆起した隆起は、葉と水滴との接触点を減らし、水が簡単に転がるようにします。実際、数十のスキー ワックス メーカーが蓮の葉のナノ構造を模倣するワックスを作成しようとしています。私がオニオン パウダーで達成できればと思ったのは、この原則です。

しかし、キッチンにオニオンパウダーが見当たらなかったため、調味料のWD-40とも言えるアドボシーズニングに目を向けました。チキン。ステーキ。チキンフライドステーキ。このピクシー ダストを何にでもふりかけることができます。作品.アドボにはオニオン パウダーが含まれていない可能性がありますが、知らない人に私が料理の才能があると信じ込ませることができれば、私のそり滑りにも同様の魔法がかかるかもしれません。私はそりの底を水しぶきで濡らし、プラスチック製の馬車にたっぷりと味を付けました。

それは揺れた。理由が何であれ、3 回丘を下った後、アドボがしたことは、黄色い雪の輝く跡を残すことだけでした。

ベーコングリース

イチジク

2018 年のスーパー ボウルの前に、フィラデルフィア警察は、猛烈なイーグルス ファンが街の電柱を環境に優しい潤滑油であるバイオボトル ジャック油圧作動油でこすり洗い、地元の街灯を大人サイズのモンキー バーに改造するのを防ぎました。この伝説的なグーを自分のそりに塗りたいと思っていたのですが、地元のサプライヤーに電話して購入を依頼すると、全員が配達に数週間かかると言っていました。私は、フィラデルフィア市が東海岸の備蓄をむさぼり食ったのではないかと疑った。

そこで私は NFC チャンピオンシップ ゲームに目を向けました。フィラデルフィアの警察がクリスコで電柱を荒らしたときです。ありがたいことに、冷蔵庫にはもっと良い代替品がありました。ベーコンの脂です。レンダリングされた豚の脂で手を洗おうとしたことのある人なら誰でも知っています。嫌い水。確かに、脂は溶けたバターのようにそりに広がった。それは柔らかくてワックス状で、その匂いは、私の手に付いた他のすべての香り — バニラ、キャノーラオイル、エアゾール噴射剤、潜在的なゴキブリフェロモン、ペーストワックス、チキンシーズニング — と混ざり合って、私の言葉では言い表せないような mima mi気を作り出しました。指をなめたかもしれないし、なめなかったかもしれません。後悔したかもしれないし、後悔しなかったかもしれません。

この頃、母と幼い子供が丘に向かって歩き始めた。私は彼らに手を振った。彼らは立ち止まり、私に向かって声を上げた。この乱れた大人の男は、茶色と黄色の雪の丘に一人で座り、WD-40 と万能調味料の廃棄されたボトルに囲まれ、専用に作られた蛍光スレッドの底にある奇妙なグリースを激しくこすり落としていた。小さなお子様。母親は子供の手を掴み、逆方向に急いだ。

とにかく!ベーコン グリースは時速 17 マイルで計測されました。

グリスを厚く塗りすぎたのかもしれません。 Lind と Sanders によると、ランニング ワックスの塗布は 0.005 ~ 0.02 ミリメートルの厚さでなければなりません。摩擦が増大するのを見たことがあります。

つまり、潤滑油が多すぎるということです。ベーコンの脂を布タオルでこすり落としたら、時速19マイルに達しました。

ライドのヒント

私のそり実験は、科学的に厳密ではありませんでした。彼らは適切に管理されていませんでした。私のそりは、丘を下る同じルートをたどることはありませんでした。各結果を歪める可能性のある交絡変数の数は、まあ、交絡要因です。

しかし、結果は専門家のアドバイスを反映している.可能な場合は、融解水が最適な厚さになる 32°F 前後の温度でそりをする.降ったばかりの雪の誘惑を避けて、鋭い雪片が滑らかになって磨かれたそり滑り道になるのを待ちましょう。木製のそりがある場合は、ヤスリをかけます。 (コックスによると、「(全国トボガン選手権で)最も速く走るものは、ワックスを塗る前に紙やすりで磨かれ、非常に細かい紙、おそらく1500グリットで磨かれます.)可能であれば、インナーを選択してください.プラスチック製のそりにチューブを取り付けます。 2009 年にトラウマの日誌「そり: どれだけ速く走れるか?」というタイトルの研究。研究者は、インナー チューブがプラスチックよりも平均 2 mph 速く移動することを発見しました。

プラスチックを使用する必要がある場合は、ポリエチレンを選択してください。疎水性で安価です。氷河学者のサミュエル・コルベックによると、ポリエチレンは「硬く、弾力性があり、滑らかにしてさまざまな模様を刻印でき、多孔質にすることができ、ワックスで簡単にコーティングでき、氷に付着しにくく、摩擦係数があります。 ] 表面汚染の影響を大きく受けない」 [PDF]。最後に、そりを疎水性のワックスでコーティングします。フロロカーボンのスキー ワックスが最適ですが、自作愛好家はいつでもキャンドルをポケットに入れておくことができます。

アドボも連れて。そりが速くなるわけではありませんが、明るい黄色の雪の跡が残り、丘があることを保証しますすべてあなた自身に。

スノー スポーツの物理学の詳細については、Trini Radio が David Lind と Scott P. Sanders の注目に値する信頼できる本をお勧めします。スキーの物理学.