Способ определения выталкивающей силы лыжи и устройство для его осуществления

Способ определения выталкивающей силы лыжи и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для сравнительной оценки выталкивающей силы лыж и может быть использовано в спорте высших достижений.

Существующий способ определения выталкивающей силы лыж сводится к определению ее резонансной частоты, когда лыжа принимается как балка, защемленная с двух концов [1]. Другим наиболее близким к предлагаемому является способ измерения амплитудно-частотной характеристики лыжи на вибростенде [2].

Однако одним из существенных недостатков этих способов является недопустимо большой коэффициент нелинейных искажений на низких частотах в колебании вибрационного стола, что сказывается на точности определения истинной резонансной частоты лыжи. Другой недостаток этого способа - сложность в измерениях, большие габариты и ограниченные возможности транспортировки вибростенда к месту соревнований.

Задача настоящего изобретения - разработать способ определения выталкивающей силы лыжи в максимальном упрощении измерения.

Поставленная задача решается последовательным измерением амплитуд ускорений гармонических составляющих спектра колебаний лыжи w₁, w₂, … w_n, приводимой в колебательное состояние кратковременным нажатием произвольной силы на ее колодку, в паре с одной постоянно выбранной гармоникой этого же спектра w₀ сначала без дополнительного груза, получая пары значений: (a ₁₁, a ₂₁); (,a ₂₂)…(a _1n, a _2n), а затем с дополнительным грузом массой M, получая пары значений (a _11C, a _21C); (a _12C; a _22C), … (a _1nc, a _2nc), по которым рассчитывается вовлеченная масса m_2n на каждой гармонике w_2n:

и импульс выталкивающей силы лыжи:

На фиг.1 приведено устройство для реализации предлагаемого способа, состоящее из тестируемой лыжи 1, на ее колодке 2 которой установлены два датчика ускорения 3, каждый из которых подключен к своему спектранализатору 4 со сменными RC-цепочками 5, с помощью которых изменяют полосы пропускаемых частот, как, например, по патент) РФ 2458327 C1. К выходам спектранализаторов подключены вольтметры 6 в качестве индикаторов амплитуд ускорения. К устройству прилагается набор компактных грузов с известной массой 7, которые используются в качестве дополнительного груза при измерении вовлекаемой массы.

Работает устройство по следующей схеме. В спектранализаторах подключением соответствующих RC-цепочек устанавливаются две разные полосы пропускаемых частот w₁ и w₂, которые заведомо присутствуют в спектре колебаний лыжи. Далее лыжа приводится в колебательное состояние кратковременным нажатием произвольной силы на ее колодку сначала без дополнительного груза, получая пару измеренных значений ускорений: (a ₁₁, a ₂₂), а затем - с дополнительным грузом массой M, положенным на колодку лыжи - (a _11C, a _21C). Полученные значения позволяют рассчитать вовлеченную в действие массу m₂₁ одной из измеренной гармоники:

и на этой же гармонике импульс выталкивающей силы лыжи i

На других гармониках спектра колебаний лыжи процесс измерения идентичен: полоса пропускания частот первого спектранализатора остается неизменной, т.е. настроенной на ту же гармонику, что при первом измерении, амплитуда ускорения которой была равно a ₁₁; полоса пропускания другого спектранализатора изменяется под другую гармонику теми же RC-цепочками. В результате последующих измерений без дополнительного груза имеем пары замеров: (a_1n, a _2nc) и с дополнительным грузом: (a _1nc, a _2nc). Вовлеченную в действие массу на каждой последующей гармонике в общем виде рассчитывают по формуле 1, а импульс выталкивающей силы лыжи рассчитывают по формуле 2.

В формулах 1-4 амплитуда ускорения с индексом «1» - это постоянно измеряемая гармоника на частоте w₁, которая в общем случае при каждом новом возбуждении колебаний лыжи имеет разную амплитуду ускорения, полому к единичке добавляется буква «n».

Амплитуда ускорения с индексом «2» при каждом новом возбуждении колебаний лыжи - это сменяемая гармоника в соответствии с перестроенной полосой пропускания второго спектранализатора. А добавление буквы «n» диктуется порядковым номером.

Предлагаемый способ по сравнению с существующим имеет следующее преимущество: высокую разрешающую способность, простоту измерения, а также не требует дорогостоящего оборудования.

1. Способ определения импульса выталкивающей силы лыжи, приводимой в колебательное состояние кратковременным нажатием произвольной силы на ее колодку, отличающийся тем, что он заключается в последовательном измерении амплитуд ускорений а ₂₁, а ₂₂, … а _2n гармонических составляющих спектра ее колебаний w₂₁, w₂₂, … w_2n вторым, с перестраиваемой под каждую последующую измеряемую гармонику полосой пропускаемых частот, спектранализатором, в паре с одной постоянно выбранной гармоникой из этого же спектра, измеряемой первым, с постоянно настроенным на пропускание этой гармоники, спектранализатором, сначала без дополнительного груза массой М, получая пары значений: (a ₁₁, a ₂₁); (a ₁₂, a ₂₂); … (a _1n, a _2n), a затем - с дополнительным калиброванным грузом массой М, получая значения (a _11C, a _21C); (a _12C, a _22C) … (a _1nc, a _2nc), по которым рассчитываются вовлеченные массы m_2n на каждой гармонике w_2n: где М - дополнительный калиброванный груз массой М (кг); a _2nc - ускорение лыжи на n^й гармонике, замеренное на выходе второго спектранализатора с дополнительным калиброванным грузом массой М; a _1nc - ускорение лыжи на n^й гармонике, замеренное на выходе первого спектранализатора с дополнительным калиброванным грузом массой М; a _2n - ускорение лыжи на n^й гармонике, замеренное на выходе второго спектранализатора; a _1n - ускорение лыжи на n^й гармонике, замеренное на выходе первого спектранализатора.

2. Способ определения импульса выталкивающей силы лыжи по п.1 производится по формуле:

3. Устройство для определения импульса выталкивающей силы лыжи, состоящее из датчиков, отличающееся тем, что оно включает в себя два установленных на колодке лыжи датчика ускорения, которые подключены к входам двух спектранализаторов: один - с неизменной полосой пропускаемых частот для постоянно измеряемой гармоники, а другой - с регулируемой полосой пропускания для остального спектра гармоник, к выходам которых подключены вольтметры в качестве индикаторов измеряемых ускорений и набор калиброванных по массе грузов.