서퍼 바다 파도에 춤을 것 같다,하지만 해상 또는 이동을 유지? 의 서핑 플레이에서 물리학을 살펴 보자.

조나단 트리나스틱의

완벽한 파도를 잡는 서퍼들은 수년간의 경험과 직관에 의존하여 볏이 있는 물 터널을 항해한다. 그러나 서핑은 또한 충돌 파도에 심지어 가장 전문가를 공중제비 위협 변화하는 힘의 수십 서퍼의 일정 미뉴에트로 볼 수 있습니다. 의 물 많은 사랑이 독특한 춤을 이해하는 놀이에서 가장 중요한 힘을 탐구하자.

관련:스케이트 보드의 과학:하프 파이프 물리학

서핑의 물리학

과학 연결:서퍼 오른쪽 파도를 기다릴 때,그들은 다른 파도가 그 아래 통과 할 수 있습니다. 무슨 힘이 놀이에 있는가?

조나단 트리나스틱박사: 서핑은 중력,부력,토크 및 파도와 같은 많은 물리적 원리를 포함합니다. 우리는 조금 후에 웨이브 물리학에 들어갈 것입니다,하지만 서핑 보드에 서있는 사람에 대해 생각하는 것은 처음 세 가지 개념과 그들이 보드를 제어하는 서퍼의 능력에 미치는 영향을 소개 할 수있는 좋은 기회입니다.

파도타기 널의 직접적인 센터에 서 있는 파도타기를 상상하십시요. 2 개의 중요한 힘은 놀이에 있는다: 서퍼와 보드를 아래로 끌어 당기는 중력,그리고 부력,이는 실제로 반대 방향으로 부동 서핑 보드를 밀어. 우리는 모두 지상에 저희를 지키는 중력에 익숙하다. 이 경우 중력에 대한 가장 중요한 아이디어는 더 많은 질량을 가진 무언가에 작용할 때 더 강하다는 것입니다.

반면에 부력은 직관적이지 않습니다. 당신이 욕조에 떠있는,아이로 연주했을 수도 고무 오리에 대해 생각합니다. 오리를 물속에 넣으면 부분적으로 물에 잠기지만 바닥으로 가라앉지는 않습니다. 왜 그럴까요? 오리가 가라 앉기 시작하면 욕조에 더 깊은 물로부터 더 많은 상승 압력을 느낍니다. 오리는 가볍고 저밀도 재료로 만들어 졌기 때문에,이 상승 압력은 결국 중력을 압도하고 오리가 가라 앉지 않도록합니다. 그것에 중력의 힘이 물에게서 상승 잘 뜨는 힘보다는 매우 더 강하기 때문에 더 조밀한 목표는 바닥에 약 공 또는 무게를 침몰할텐데.

관련:서퍼 물 모니터 여유를 데리러

이 같은 논리는 서핑 보드에 적용됩니다. 경량 서핑 보드는 그것에 작용하는 상향 부력이 아래로 작용하는 중력의 힘보다 큰 것을,매우 구체적인 방법으로 설계,이 떠 할 수 있도록. 지금,널의 센터의 정상에 파도타는 사람을 추가하십시요. 파도타는 사람이 정지되는 경우에,그녀를 아래로 당기기 위하여 그녀에 행동하는 중력은 아마 널에 잘 뜨는 힘을 극복하고,파도타는 사람 및 널은 침몰할 것이다. 그러나 서퍼가 올바른 물결을 기다리고 있기 때문에 그녀는 아마도 물을 통해 움직이고 있으며 파도가 지속적으로 상승하고 그녀의 밑에 떨어지고 있습니다. 물 보드의 바닥을 가로질러 이동 하는 물으로 넘어지는 대신 해상 서퍼를 유지 하는 많은 추가 상승 세력(라는 유체 힘)을 만듭니다. 운동량 보존과 같은 다른 흥미로운 물리적 원리들이 있습니다.서퍼들이 바다로 가라앉는 것을 막는 데에도 도움이 됩니다.

과학 연결:물리학 측면에서 서퍼는 보드 위에 서있을 때 어떻게 균형을 유지할 수 있습니까?

삼위일체:토크는 서퍼들이 어떻게 통제력을 유지하는지 이해하는 열쇠입니다. 앞서 언급 한 바와 같이,물 서핑 보드,보드의 모든 부분에 작용 하는 추가 다양 하 고 예측할 수 없는 유체 힘을 생성 아래 끊임없이 물결입니다. 파도타는 사람이 널의 센터안에 있으면,그때 중력은 그녀의 질량 중심에서 그녀를 아래로 당긴다. 마찬가지로,서핑 보드가 직접 수평 인 경우,부력은 보드의 중심에서 위쪽으로 작용합니다. 즉,중력과 부력은 같은 위치에서 반대 방향으로 작용합니다. 자,물 러시가 갑자기 중앙에서 멀리,보드의 뒷면을 밀어 가정 해 봅시다. 물에서이 힘은 물 속으로 서퍼를 던져 위협,회전 할 보드를 발생합니다. 이런 식으로 회전하는 경향을 만드는 모든 힘을 토크로 알려져 있습니다.

서퍼는 모든면에서 서핑 보드를 밀어내는 파도의 혼란스러운 움직임 때문에 끊임없이 공격과 덧없는 토크와 싸우고 있습니다. 이들에 대응하기 위하여는,파도의 저것과 반대 방향에 있는 토크를 창조하기 위하여 서퍼는 그녀의 무게를 특정한 방향 및 위치에 적용하는 것을 배워야 한다,(일반적으로)회전력을 취소하고 물 얼굴을 충분히 얻는 것을 피하도록.

과학 연결:서퍼가 보드의 전면 또는 후면 근처에 서있을 때 어떻게됩니까?

삼위일체:지금까지,나는 단지 보드의 중앙에 서 서 서 설명,이 경우 질량의 그녀의 중심은 직접 아래쪽을 가리키는,수평 보드에 작용하는 상승 부력에 반대. 사람이 중심에서 멀어지면 상황이 더욱 복잡해 지지만 이는 제동 및 속도 조정에 중요합니다. 서퍼가 뒤로 이동하자마자,예를 들어,그녀의 중력은 이제 중심에서 멀어지고 뒤쪽 가장자리에서 아래쪽을 가리 킵니다. 힘의 위치에 있는 이 교대는 토크를 창조하고 물으로 널의 뒤를 자전합니다. 이 경우,보드의 뒷면의 더 많은 이제 침수,이는 완전히 부력의 강도를 변경하고 보드의 새로 침수 부분으로 다시 이동. 이 재조정은 중력과 부력이 일반적으로 균형을 이루면서 토크를 제거하지만 이제 새로운 형태의 평형을 남길 때까지 계속됩니다—보드의 백 엔드가 물속에 잠기고 앞 부분이 물 밖으로 나옵니다. 이 설정은 보드가 이제 물 흐름에 대한 저항을 증가시키는 물 속으로 수직으로 담그기 때문에 제동에 도움이됩니다. 물 흐름에 수직 인 강에 손을 담그는 것에 대해 생각해보십시오. 당신은 아마 당신의 손의 측면에 빗나가게 물 느꼈다. 동일한 효력은 파도타기 널의 백엔드에 일어나고 파도타기를 아래로 감속한것을.

서퍼가 보드 전면으로 이동하는 경우에도 동일한 아이디어를 적용 할 수 있습니다. 이 경우,부력의 힘은 앞쪽 가장자리의 중력의 균형을 맞추기 위해 앞으로 이동합니다. 유사한 원리는 널의 좌 오른쪽에 무게를 이동해서 돌기를 허용할텐데.

과학 연결:물결이란 무엇입니까? 어떤 힘이 물 속에 파도를 만드나요? 그리고이 파도의 속도에 어떤 영향을 미칩니 까?

삼위일체:파동은 물질 자체가 아니라 물질을 통한 움직임을 설명하기 때문에 정의하기 매우 어려운 현상일 수 있다. 벽에 붙어 있던 끈의 생각하십시오. 끈은 파가 아닙니다,그러나 나가 일관된 본에서 밧줄의 다른 끝을 여기저기 진동하는 경우에 파는 창조됩니다. 나가 나의 팔을 진동하기 위하여 이용하는 에너지는 밧줄로 옮겨지고 나의 손에서 벽에 그리고 후에 저에게 파를 전달한다. 따라서 파동은 물질,이 경우 로프를 통해 전달되는 에너지를 포함합니다.

바다의 파도도 마찬가지입니다. 고속 바람은 본질적으로 물 표면에 문지릅니다. 이 마찰은 빠르게 움직이는 공기 분자에서 물 분자로 에너지를 전달합니다. 파도의 크기는 바람의 속도와”가져 오기”또는 바람이 불고있는 지역을 포함하여 많은 요인에 의해 결정됩니다. 이 지역이 증가함에 따라,더 많은 에너지가 물 바람에서 전송 될 수있다,훨씬 더 큰 파도 크레스트를 생성.

여기서 가장 중요한 점은 파동이 에너지 전달의 한 형태라는 것이다. 이 경우 바다는 전달 매체이며,물 파는 표면을 가로 질러 부는 바람으로부터 전달되는 에너지의 결과로 생성됩니다.

과학 연결:서퍼는 어떻게 파도를 잡습니까?

삼위일체:보드에 누워 서퍼를 향해 파도가 들어오는 것으로 시작합시다. 서퍼는 속도를 데리러 파도를 향해 얕은 시작합니다. 이것은 물 뒤를 밀는 파도타는 사람의 힘이 파도로 파도타는 사람을 밀기 위하여 동등할 반대 반응을 창조할 것과 말하는 정당하다 뉴턴의 제 3 법칙.

서퍼가 파도의 바닥에 닿는 것처럼,그녀는 물 밀어 앞으로 위쪽으로 느낄 시작해야합니다. 이 유체 역학적 힘은 그녀가 파도를 따라 낮은 웅크 리고 점프 그녀의 속도를 제공,앞으로 그녀를 밀어 것입니다. 지금 그녀를 위로 그리고 앞으로 밀는 주요 유체역학 힘 이외에,물 교류에 있는 작은 교대에서 많은 더 작은 힘은 끊임없이 그녀의 균형을 지키기 위하여 그녀의 무게를 재조정할 것을 파도타는 사람을 요구할 것이다.

그녀는 파도를 타고있다! 하지만 지금은 파도의 문장이 옆으로 서퍼를 밀어하려는 더 많은 유체 역학적 힘을 생성,해안 가까이 이동으로 더 높은 상승 할 것입니다. 서퍼가 파도에 너무 높은 타고 경우,크레스트에서 이러한 수평 힘은 그녀를 통해 밀어 수 있습니다. 반면에,그녀가 너무 보수적이고 너무 낮게 유지된다면,그녀는 파도에 축적 된 모든 에너지에 의해 그녀에게 부여 된 속도를 잃을 것입니다. 그래서 서핑의 기술은 균형과 속도 사이의 완벽한 라인을 타고하는 것입니다. 이 위협에도 불구하고,이 이전 게시물에서 논의한 바와 같이 하프 파이프의 스케이트 보더와 매우 유사한 방식으로 구심력을 활용하여 짧은 시간 동안 파도에서 더 높이 올라갈 수 있습니다.

또한 파도가 돌기 시작하면 서퍼는 보드의 왼쪽 또는 오른쪽에 무게를 가하여 토크를 가하고 보드를 부드럽게 돌려서 웨이브를 따라 경로를 유지해야합니다.

앞서 말씀드린 중력과 부력의 맥락에서 이 모든 과정을 생각해 보는 것은 놀라운 일입니다! 중력이 끊임없이 물으로 파도타는 사람을 당기기 것을 시도하고 있기 때문에,부력은 이 과정을 통해 널에 위로 행동하고 있다. 파동에서 나오는 유체역학적 힘은 부력,운동량 보존과 함께 작용하여 서퍼를 위로하는 데 도움이 됩니다.

관련:슬로 싱 과학:거품이 중요한 이유

과학 연결:물리학 측면에서 짧은 보드는 서핑의 맥락에서 긴 보드와 어떻게 다릅니 까?

삼위 일체:짧은 보드는 긴 보드에 비해 물속에서 훨씬 쉽게 회전 할 수 있습니다. 이 차이는 관성 모멘트로 알려진 물리적 개념 때문입니다. 관성은 일단 움직이기 시작하면 어떤 움직임을 바꾸는 것이 얼마나 어려운지를 설명합니다. 긴 보드는 보드의 회전 축에서 훨씬 더 많은 질량을 가지고 있으며,이것은 서퍼가 만들려고 노력하는 방향의 변화에 저항하기 위해 훨씬 더 많은 관성을 만듭니다.

긴 보드는 민첩하지 않을 수 있지만,그들은 그들의 큰 표면이 물 서퍼를 따라 밀어 더 많은 영역을 제공하기 때문에 주로,짧은 보드보다 더 높은 속도에 도달합니다.

특집 이미지:헌팅턴 비치에서 유에스 오픈 사진 촬영.2012. 서핑 뒤에 엔지니어링. 조명,18(1).