лыжная палка - расчет эффективности

палка передает на грунт не 100% усилия, то куда уходят остальное?

все части палки поглощают энекгию. Если не трудно почитай:" лыжная палка - идея на продажу"

http://home.hia.no/~stephens/skiphysi.htm
(см. раздел The Upper Body in Skiing)

Из уже несуществующего источника http://www.sover.net/~nensa/training/UBPower.html

Biomechanical studies of uphill ski-skating have determined that 60 to 70 percent of the effective uphill force impulse is derived from poling, more than twice that determined for the classical skiing technique. Other studies have suggested that the function of the legs during V-1 skating appears to be primarily as support for the body and to induce lateral motion, while the function of the upper body is propulsive in the forward direction. Force data collected during uphill V-1 skating at 3 different velocities showed that poling forces increased with increasing velocity, while skating forces remained unchanged. This data strongly suggests that poling during uphill V-1 skating is the major contributor to forward velocity. Currently, there is a paucity of data on ski skating on flat terrain; however, the available data suggests that the upper body contribution to forward propulsion is about 30%. This, in part, is due to the smaller ski angle (to the direction of travel) required on the flats.

Тоже любопытно, про ручки палок:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=14872248&dopt=Abstract

А вообще -в google и поиск по шаблону "UPPER BODY POWER IN CROSS-COUNTRY SKIING"

Найдете всякого ))

вместо прокисшей:
http://www.nensa.net/training/UBPower.html

Александр! Спасибо!Очень полезные ссылки. Мне для примерного расчета нужны примерные цифры типа: 80/20 или 70/30

как раз цифры в % и даны.

хочу обменяться мнением!
1. лыжные палки:EXEL,YOKO,SWIX и др. - близки к идеалу.
2.Усилия рук, которые прилагают лыжники экстра класса, тоже можно считать почти максимальными.
3.Где находится резерв прироста скорости бега лыжника, особенно если учесть, что примерно 30% трассы проходится за счет рук ? Очевидно, что надо менять конструкцию палок.
4.Современная конструкция это - лыжная палка, с которой ходили в старину охотники, только более легкая и красивая,выполненная по той же кинематической схеме.
5.Какие дефекты присущи такой конструкции:
а.поглощается значительная часть энергии рук: на изгиб и двойную вибрацмю палки, на преодоление упругости в сложной системе рычагов дна палки и пики и т.п.
б.по моим понятиям цикл работы палкой состоит из трех фаз: удар,давление и толчек.Современная палка после удара за счет упругости подпрыгивает и не дает выполнить в полной мере вторую фазу работы.
Благодарю за Ваше мнение о дефектах современной лыжной палки.

продолжим.
7.возьмите легкую конусную палку и воткните её в грунт. Что вы видете и ощущаете : палка гнется и вибрирует, причем вибрирует дважды. Проделайте тоже с цилиндрической палкой - изгиб и вибрация значительно меньше, следовательно и потери энергии рук меньше.
8.обратите внимание на грунтозацеп. Фирмы соревнуются у кого он длиннее. А что он производит ? -роет грунт(снег) и чем длиннее пика тем больше энергии рук тратит лыжник на это рытьё.
9.(спорное предположение)Нужна ли сверх легкая палка (сейчас палка весит 60гр.)Если поднимать пустую руку, то группа мышц, участвовшая в толчке не можнт так же хорошо расслабиться как при подъеме палки весом скажем в 100гр.(что думает медицина?)

10.Узел крепления темляка на современных палках таков, что вызывает чрезмерный изгиб палки и затрудняет передачу усилия руки на пику, а через неё на грунт(снег).Кто знаком с ТММ(теория машин и механизмов) и сопроматом, тот легко может себе представить ту сложную траекторию передачи сил от темляка до пики.Т.Е.этот узел источник потери энергии:
а. на преодоление сопротивления палки изгибу(эта энекгия не возвращается к лыжнику, а наоборот мешает ему выполнить вторую фазу(давление)) и
б.на передачу энергии по сложной траектории через упругое тело(шахту)палки.
11.Анализируя конструкцию современной лыжной палки, можно сказать, что улучшая кинематику любого узла, можно улучшить передачу энергии от руки на грунт на несколько процентов.Известно(см. выше у Александра Вертышева), лыжник экстра класса около 30 процентов трассы проходит за счет усилия рук, отсюда легко подсчитать насколько метров убежит вперед лыжник, если его лыжная палка лучше передает энергию всего лишь на один процент. Это расстояние будет равно 30 метрам на 10-ти километрах! А я собираюсь улучшить все узлы палки.
Возможно, кто-то уже догадался как это сделать.Можем обсудить. Надежд на получение доходов от патента никаких .

встречал ли кто - нибудь сообщение типа:" Было очень трудно бежать трассу , т.к. у лыжной палки очень большой вес , 100 - 150 гр. на метр длины ? Какой вес лыжной палки существенно влияет на результат?

Нужно методику разработать. Что-то из серии:
взять много разных палок по длине, материалу, фирме и т.д. Раздать нескольким участникам теста.
1. Попробовать каждому покататься с ними, определить субъективные ощущения и записать их в журнал.
2. Попробовать заехать в подъём одновременным (при ~ одинаковой ЧCC) и зафиксировать время для каждого участника и комплекта. Выполнить несколько попыток.
3. Проанализировать результаты. Оценить % разброса и зависимости

Должно что-то быть видно

при современных материалах особой роли не играет. Да, на вес никто не жалуется, жалуются на балансировку. Прибавка нескольких граммов веса самого древка и, тем более, лапки дает значительную прибавку инерции при угловых движениях палки. Вес палки - это не усталость мышц, это мозоли на руках и изношенные перчатки. Это одна из причин, почему делают палку конической, хотя из соображений механики это кажется нерациональным, поэтому же стремятся снизить вес лапки.
Вообще, лично мне видится, что количество подобных нюансов достаточно велико, и, лучшие производители довольно успешно находят компромисс между законами механики и реальностью. Я с возрастом убеждаюсь в том, что формулы из фундаментальных областей знаний годятся лишь при формировании идеи, когда как ее реализация порой заканчивается применением эмпирического выражения, в котором фундаментальная формула зарыта в несоразмерные ей коэффициенты.
Короче, мне кажется, что для прикладных расчетов у Вас пока слишком мало вводных данных, которые можно получить лишь натурными экспериментами и субъективными отзывами гонщиков.

Василий ! Если можно расскажите по-подробнее ,пожалуйста, о балансе лыжной палки. Это ,как мне кажется, очень важная характеристика.
2. Возможно Вам встречалась статья ,где описываются критерии , по которым отбирают лыжные палки для соревнований?  

Обнаружилась интересная особенность лыжной палки : эффективность передачи энергии плечевого пояса лыжника через палку зависит от стиля бега : XC, V1- или V2 skate.
Встречал ли кто-нибудь упоминание об этом в прессе ?

Палка, будучи вынута из снега по окончании толчка проносится вперед, причем в определенной фазе этого проноса рукоятка почти не движется, а острый конец палки совершает довольно быстрое угловое перемещение относительно рукоятки. Инициируется это угловое движение палки отчасти кистью, отчасти пальцами. Понятно, что чем меньше массы в нижней части палки, тем проще придать ей это угловое ускорение. А потом, при достижении нужного положения палки, это угловое перемещение нужно быстро остановить теми же пальцами. Это - в классических ходах, где угловое движение палки проходит в одной плоскости. В коньке траектория кончика палки более замысловата и требует боковой корректировки пальцами, осуществлять которую тем проще, чем легче нижняя часть палки. Но и это не все. В финальной фазе толчка рукой, особенно в одновременных ходах классикой, палка определенное время висит на темляке или "капкане" лишь упершись верхней частью рукоятки в промежуток между большим и указательным пальцами. Кисть руки при этом полностью распахнута. Очевидно, что в этом случае небольшой двухсантиметровый рычаг верха рукоятки противопоставлен более чем полутораметровому рычагу, по которому распределена масса нижней части палки. Стало быть, чем более баланс смещен в рукоятку, тем меньше шансов заработать хронический синяк на тыльной части кисти между большим и указательным пальцами.
Масса же рукояточной части влияет только на создание поступательного ускорения, когда гонщик в первую очередь разгоняет массу своей собственной руки. По сравнению с этой массой масса рукоятки пренебрежительно мала.
В-общем во времена "титановых" палок лыжников в быту всегда можно было отличить по жутким мозолям на пальцах рук. Нынче мозоли не так очевидны, хотя определенные трудности даже современные палки с массивной нижней частью создают.
Насчет критериев... Думаю, что не в интересах фирм-изготовителей выставлять эти критерии на всеобщее обозрение, так что подобные статьи Вы вряд ли где-нибудь найдете.

Василий! скажите , пожалуйста, где должен быть центр тяжести палки, чтобы её было бы легко контролировать? Если ось вращения палки, после выхода из снега , находится в ручке, то ,казалось бы,центр тяжести должен быть в рукоятке. С другой стороны "тяжелая" опора ограничивает вращение палки и упрощает "прицеливание".

1. За счет упругой деформации палки энергию вы не потеряете, по крайней мере если палка выполнениа из современных материалов.
2. Палка сама по себе не может рассматриваться в отдельности от спортсмена. Придется подключать биомеханику. И тут могут обнаружиться интересные вещи. Во первых мышцы сами по себе хорошо растягиваются, сухожилия также не железные. Усилие, развиваемое мышцей зависит от ее длины - в среднем положении больше, при разных углах при той же активации мотонейронов развиваемая сила меняется. Нельзя забывать про явление когда предварительно быстро растянутая мышца сильнее сокращается. И вообще в передаче усилия развиваемого рукой многое зависит от мышц спины и живота. Если добавить углы постановки палки и усилие на них во времени, то может получиться, что палка, которая пружинит и затем отдает энергию уже в фазе, когда мышца работает менее эффективно, окажется в системе человек-палка-снег существенно эффективнее абсолютно жесткой. Короче нужно считать серьезно. Почему так думаю - есть данные опытов (раскрывать источник не могу), когда внедрение правильно подобранной пружины между конечностью и точкой приложения силы позволяло существенно поднять мощность работы на анаэробном пороге в упражнении. Во как! Если есть владельцы палок для лыжероллеров с амортизирующим наконечником - может поделитесь ощущениями?

  Это надо делать,надо пробовать.И уверен одному будут нравиться более жесткие палки,другому мягче.Мыжцы и связки у всех разные и ощущения толчка  то же.Это и есть техника.Думаю,что нельзя адаптировать палки под технику,а технику приспособить под разную жесткость палок возможно,если есть выбор палок разной жесткости.Тут есть опыт у хоккеистов.У них трубки 4-5 жесткостей и каждый выбирает под себя.В гребле на байдарках и каноэ, то же самое,это уже сродни лыжым.Хотя в гребле весь эффект опоры в основном зависит от лопасти,но что бы хорошо чувствовать эту опору в воде,каждый выбирает жестокость трубки под свои ощущения и понимание техники.

Стержни можно делать очень жесткие, а упругость-пружину встраивать в ручку, внутренняя часть которой неподвижно сажается на стержень, а  наружная ходит по внутренней сжимая пружину, которую можно выбирать на вкус и цвет - произвольную жесткость и длину хода, а ля вилки для велосипедов. Такое решение было бы наиболее технологичным. Можно было бы и проверить на предмет эффективности толчка такими палками с рекуперацией энергии. Если отдача энергии будет производиться когда палка стоит под наиболее острым углом к снегу, а рука уже почти разогнута и не может ускорить ручку палки, а  может толькопередать импульс - тогда можно надеяться на некий выигрыш.

   Cколько могут стоить самые навороченные и модные стержни лыжных палок?Сам не из лыжного региона,поэтому спрашиваю.
  Умею делать стержни из углеволокна.Что может Эксель могу и я.А что могу я, не может Балабаново.Кроме того, клюшки для хоккея( трубки и крюки) и весла для байдарок и каноэ.

около 3000-4000р

  3000-4000р.голые стержни,я правильно понял?

да

в продаже оно редко бывает отдельно
около 5500тыс палки
темляки 1200, ручки 500, лапки 300
считай

почитай на досуге http://www.skisport.ru/forum/view.php?subj=53806

Кинематически наиболее правильные палки можно сделать на кухне.
"Know - how"
1.в глубокую каструлю опустить "Basket" палки и прокипятить.
2. снять с шахты палки "Basket".
3. на нижний конец ралки насадить дюритовый шланг.
4. в шланг  снизу вставить резиновую пробку. Для того, чтобы пробка держалась лучше завернуть в неё шуруп.
Успехов.

Владимир посмотрите, например, ссылку. А такой профиль сможите ?
http://www.nordicskiracer.com/cgi-bin/news/news_item.asp?NewsID=576

лыжне России. Сделаны в форме классического бумеранга (угол где-то 135-145 градусов). Умелец долго меня убеждал (дело бало в очереди перед туалетом ), что это будущее палок, настолько они великолепны.

   Какие проблемы сделать их  в форме бумеранга?Хоть буквой ЗЮ.Все равно они будут палки.Самое главное, знать свойства углеволокна.Если с этим нет проблем,то всегда сможешь сделать палку нужных характеристик.Но этот Эйрбас нашкодил всем.Выгреб все углеволокно со всех заводов,сам ни как в воздух не взлетит. А у нас, в итоге ,дифицит углеволокна нужных модулей и цены на него.

Какая проблема сделать палку,такой,что бы она не вибрировала,конусная она ,или нет.Надо палку сделать  на углеволокне с модулем упругости 400-450GPA.Но на этом волокне стоимость палки будет евриков на 70 дороже.Как она завибрирует при ударе ,если ее не согнешь при этом ударе?Кто пробовал жесткие палки? Не самые жесткие палки от Эксель, а на самом деле еще более жесткие.Считаю,что спринтеры должны бежать на таких.Чем легче катят лыжи за счет удачи в смазке,тем меньше этот прогиб с вибрацией,следовательно передача усилия.Расчеты расчетами,но что значит,когда спортсмену бежать в кайф?Это кто нибудь рассчитал? Более эфеективноую передачу усилия надо искать не только в конструкции палки,не все резервы подготовки спортсменов еще изучены.Не все механизмы адаптации организма спортсмена к физической нагрузке раскрыты , понятны и систематизированы в ту или иную тренировочную методику.Эффективность использования этих знаний тренерами и спортсменами-вот проблема.Палка ,она 500 лет палка,но почему то ни кто на брезгует всевозможными хитрыми допингами.Не применяет их только тот,кто не попался.

Уважаемый Владимир Фирсов !
Исходные для рассуждений:
1. лыжник на руках бежит 30 процентов трассы.
2. от кинематики не уйти, её надо учитывать и любить. Тогда не надо будет лечить следствие - делать палки свех жесткие.
3. современные палки используют очень старую кинематическую схему, которая родилась , когда палка ставилась на снег вертикально !!!
4. Если Вы производите палки, то я хотел бы пообщаться с вами приватно.

подвергая сомнению вашу компетенцию, хочу заметить, что жесткость палок в неменьшей степени зависит от связующего т.е. смолы. Кстати  топовые палки от Эксел Сфикс и т.д. отнюдь не чемпионы по жесткости. Все дело в отличном сочетании жесткости веса и удачной балансировки.

.Возьмите самое крутое связующее и сделайте стержни лыжных палок, например на стекловолокне.Что получите.Стержень будет мягкий(по сравнению с углеволоконным) и тяжелым.А о балансировке такого стержня уже и говорить не захочется.
  Что касается балансировки.Все это рекламные происки производителей.Это все красиво расписывается и преподносится в глянцевых проспектах,с целью показать себя,что якобы крутые.На самом деле,что такое балансировка палки- это субъективное пожелание одного лыжника или группы лыжников,которые думают,что должно быть так, а не иначе,или ,что тот или иной крутой чемпион так сказал.Нужной балансировки достичь не труднееБчем отбалансировать колесо,только это делается при изготовлении  изделия,а не в процессе эксплуатации.Хотя еще никто не догадался придумать систему балансировочных грузиков для лыжной палки.А почему нет?
 Вообще то в Росси есть нормальный производитель лыжных палок-это СТС в Балабаново.Если бы с ним нормально работали лыжники ,то при постановке соответсвующих задач,они сделают не хуже Экселя.Они же продают на запад много стержней,в том числе думаю,что и для Эксель ,и для СВИКС,и для СКИ-гоу.Думаю,что онм производят стержни из недорогого угольного ровинга,поэтому уних иное качество и соответственно цена.Если они закупят хорощий углеровинг,то запросто смогут намотать,хорошие стержни.А если использовать крой из препрега,то вообще можно сделать прекрасные стержни.Но, они не хотят тратиться на хорошие материалы,потому что вы Россияне не купите у них,у вас компас настроен на не Российское,вы не можете понять,что в России смогут сделать не хуже,а не делают потому,что вы этого не понимаете.Нет проблемы сделать,есть проблема продать.Но мозги у вас запудрены импортом,в то время как Балабаново экспортирует фуры своей продукции на запад.

возьмите самое крутое углеволокно и смолу среднего качества(например просроченную ЭД20) и попробуйте намотать из этого приличные стержни:)
А про Балабаново скажу следующее: у них качество сильно зависит от квалификации и трезвости намотчика. Технология не автоматизирована, и стержни для тех же Аванти могут плавать и по весу и по жесткости (по весу до 20% по прогибу на метровой базе на 30%). У меня близкий друг пользуется таким же станком как у них для намотки труб для весел, Так вот по началу трубы даже не очень круглые получались, пока руку не набил. Резюме повезет можешь взять палки с трубками не хуже Экселевских(о фурнитуре я не говорю),не повезет будет такое же говно как из стекловолокна. И хорошие материалы здесь не причем. А из препрега у нас только Балаково как мотало так и мотает. Только у них дорн с толстым кончиком , низ у палки получается 12мм и соотвественно с балансом так себе. Зато жесткость на высоте и качество стабильное уже лет 20. А идея с балансировочными грузиками реально забаная...  

  ЭД -20 это не смола-это прошлый век.Углеметериалы,которые выпускает Балаково-это тоже прошлый век.Нормальный материал только Луп,из него можно делать вещи( но не ЭД-20).А по такой цене,которая есть он не нужен.Я покупаю пропитанную ленту по цене в 3 раза меньшей ,чем сухой Луп(характеристики ленты как у Элур).Это производство должно быть в частных руках, а для Балаково-это так,отходы.

 намотать палки из стекла. Разговор не о том , какие материалы делает Балаково, а о том какие палки они из него делают. А палки по харрактеристикам не хуже Балабановских(это как минимум) и стабильность качества на высоте. А ЛУП это - советская настальгия. Кстати , насколько я понимаю, палки мотают как раз из Элура. Вообще никто кроме Балаково не матает из кроя И Свикс и Эксел из ровинга.

нашёл ссылочку на материалы
http://www.com-posit.com.ua/rus/composit-catalog.html

Кое-что стало понятно

Александр ! Не знаете ли Вы где можно прочитать об усилиях, которые лыжник прилагает к лыжной палке.  Например. сила удара палкой о грунт, масса кисти руки и время, за которое палка проходит расстояние от верхней точки до соприкосровения с грунтом. Я предполагаю, что кинетическая энергия перед ударом должна быть около 500 кгм2, возможно больше.  

http://biomekanikk.nih.no/xchandbook/index.html
http://biomekanikk.nih.no/xchandbook/ski2.html
http://biomekanikk.nih.no/xchandbook/ski3.html
http://biomekanikk.nih.no/xchandbook/ski4.html
и дальше по ссылкам

там и углы и силы и время есть. Если вопросы есть - пишите в  почту.

Poling forces during roller skiing: effects of technique and speed.

Applied Sciences
Medicine & Science in Sports & Exercise. 30(11):1645-1653, November 1998.
MILLET, GUILLAUME Y.; HOFFMAN, MARTIN D.; CANDAU, ROBIN B.; CLIFFORD, PHILIP S.

Abstract:
Poling forces during roller skiing: effects of technique and speed. Med. Sci. Sports Exerc., Vol. 30, No. 11, pp. 1645-1653, 1998.

Purpose: Although it has been reported that the majority of propulsive forces are generated through the poles with ski skating, no study has systematically examined poling forces among different skating techniques. The objective of the present study was to examine poling forces and timing during roller skiing on a 2.1% uphill.

Methods: Nine highly skilled cross-country skiers roller skied at three paced speeds and maximal speed using the V1 skate (V1), V2-alternate (V2A), V2 skate (V2), and double pole (DP) techniques while poling forces and timing were measured with piezoelectric transducers.

Results: Peak force (PF) values with the skating techniques were significantly lower than with DP and ranged from 18.9 +/- 3.1% of body weight (BW) to 31.5 +/- 5.6% BW across the speeds of the study. Average force over the entire cycle (ACF) increased with speed with DP, V2A and V1 (P < 0.01) but not with V2. PF and ACF were higher (P < 0.01) with V2 than V1 and V2A. Poling time was longer (P < 0.01) with V2A compared with V1 and V2.

Conclusions: The results of this study suggest that 1) the use of the upper body is greater with V2 than with other skating techniques while there is a relatively greater reliance on the lower body for generation of the additional propulsive forces required to increase velocity, and (2) poling forces do not appear to be as effectively applied with V2 as with V2A.

http://www.health.uottawa.ca/biomech/lab/docs/wcb4_ap.pdf

Уважаемый Александр!
В одной из ссылок я обнаружил , что палка без амортизатора передает 600 N . с амортизатором 800N силы. Значит ли это , что у палки есть ограничение по величине силы, которую можно передать через эту палку ?
Вопрос 2. Не попадалось ли Вам  исследование КПД лыжной палки ?
Я, например, изменил кинематику и механику опоры и думаю, что улучшил КПД на один процент или ускорил прохождение 10 км на 30 метров.
Вопрос 3. Не знаете ли Вы зачем SWIX в  палке Force10 так сильно изогнул рукоятку вперед. Передача энергии по такой сложной траектории вряд ли дает выигрыш в КПД.
Как любят теперь писать "ученые" ИХМО.

1. В случае 600 и 800 Н усилия - это же не реальная нагрузка, а имитация первой фазы постановки палки на асфальт для лыжероллеров. Поэтому там оценивали в основном последствия для суставов после вставки поглотителя энергии удара. Если палка поставлена прямо, то передаваемое через усилие (возможное) наверняка превышает человеческие возможности.
2. Про КПД не встречал.
3. Пока ничего внятного не видел, в основном что-то наподобие этого: http://www.nordicskiracer.com/cgi-bin/news/news_item.asp?NewsID=576

Есть только одна точка на снегу, через которую лыжник может передать максимальное количество энергии ( через лыжную  палку) ??!! Может быть кто-нибудь знает, где она находится ??

Исходные сомнения:
1.При ударе(фаза 1)палка с любым лепестком пробивает снег до грунта.
2.При толчке (фаза 4) рука прямая и рычаг - огромный, да и лыжник уехал далеко от оси вращения палки. Усилие толчка через лепесток - очень маленькое.
Вопрос: Есть ли у лепестка эффективность?

Понять не могу - зачем конструкторы гнут рукоятки и рукоятки относительно шахты палки.?!