Установку для изучения скольжения и лавинообразования создали сибирские ученые

В исследовании, поддержанном грантом РНФ, ученые выяснили, как разные структуры поверхности лыжи взаимодействуют с разным снегом.

"Созданная сибирскими учеными установка позволит оценивать эффективность скольжения по снегу при заданных параметрах температуры, структуры снега и влажности, а также для заданной шероховатости скользящей по снегу поверхности лыжи", - говорится в сообщении.

Исследователи сконструировали специальную экспериментальную установку - ротационный трибометр (трибология - раздел физики, изучающий контактное взаимодействие твердых деформируемых тел при их относительном перемещении) - вращающийся барабан, в который под определенным углом загружается снег. Затем на этот снег помещается лыжный брусочек (величиной с детскую лыжу, 40-50 см), закрепленный на отдельно стоящей балке. Прибор прижимает лыжу, имитируя давление веса лыжника, благодаря вращению карусели она скользит по снегу, и высокоточный динамометр снимает ее ответное давление.

"Меняя скорости вращения и параметры снега, можно смотреть, как изменяется скольжение и сила трения лыжи. Установленный над барабаном стационарный купол, оборудованный климатической системой, позволяет поддерживать постоянную температуру воздуха. Собранные при физических экспериментах данные переносят в цифровые модели, формируя так называемый цифровой двойник трибологической системы", - говорится в сообщении.

Отмечается, что тема исследований связана с запретом на фторсодержащие мази, введенным в начале 2020-х годов Международной федерацией лыжного спорта (FIS) и Международным союзом биатлонистов (IBU). В сезоне 2023/2024 полный запрет на фтор был распространен уже на все гонки, которые проводятся по календарям FIS и IBU.

Запрет фторсодержащих мазей существенно ухудшил скольжение лыж и, соответственно, результаты гонок, стимулировав интерес к штайншлифту - нанесению микронасечек глубиной в десятки микрон на скользящую поверхность.

Подчеркивается, что полученные данные могут быть использованы для создания алгоритма нанесения на нее эффективного штайншлифта.

"Помимо лыж, на нашей установке мы планируем изучать механизмы образования снежных лавин. Здесь возникает обратная задача: у вас есть горная порода, которая имеет свою макро- и микроструктуру, и на ней лежит огромный слой снега под каким-то уклоном. Светит солнце, дует ветер, меняется температура или геофизическая обстановка, и в какой-то момент начинается процесс срыва лавины. Очевидно, что в зоне контакта снега с породой или другой частью пласта произошли явления, которые этому способствовали, их изучение - тоже задача трибологии", - отмечает заведующий лабораторией механики неупорядоченных сред института Даниил Паршин.

Для изучения процессов образования лавин прибор планируется дополнить акустическими датчиками, способными регистрировать акустические волны, возникающие при пластической деформации и разрушении пласта. Кроме того, в перспективе результаты изучения скольжения могут быть использованы для создания транспорта, способного перемещаться по зимнему бездорожью арктических и антарктических территорий.