XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Лук-метательное оружие
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Первый примитивный лук был изобретен на заре человеческой цивилизации и оказал очень сильное влияние на ее развитие, на судьбы племен и целых народов. Археологи обнаружили наскальные изображения лучников в горах Испании, относящиеся к началу эпохи мезолита, а в южноафриканской пещере Сибуду были найдены каменные наконечники для стрел, возраст которых составлял более 60000 лет. Сначала лук использовался для охоты и был очень удобным средством для добывания пищи. Позднее лук стал использоваться в качестве оружия при ведении войн и был таковым вплоть до начала XIX века. С изобретением огнестрельного оружия стрельба из лука перешла в категорию исключительно спортивных дисциплин. Сегодня она имеет статус Олимпийского вида спорта. Впервые в качестве вида спорта стрельба из лука вошла в программу вторых Олимпийских игр в 1900 году в Париже.
В настоящее время на Олимпиаде разыгрываются 4 комплекта медалей – по 2 для мужчин и женщин. Правилами предусмотрена только одна дистанция — 70 м и одна разновидность оружия — классический лук. От команды выступает три участника, причем каждый производит 72 выстрела. По результатам 12 команд выходят в четверть финала, где каждый лучник делает еще по восемь выстрелов. Здесь определение победителя проводится по принципу выбывания.
В личном зачете также предусмотрены 72 выстрела и по результатам 64 стрелка выходят в 1/32 финала. На этом этапе состязаний каждый спортсмен стреляет еще 12 раз, и по системе выбывания определяется чемпион.
Актуальность работы
Сейчас достаточно популярен лучный спорт. Проводится большое количество соревнований и появляется все больше новый лучников. Тогда появляется вопрос «какой вид лука лучше подойдет начинающему лучнику?»
Цель
исследовать какой вид луков лучше подходит начинающему лучнику, а кокой более опытному.
Задачи
Проанализировать научные и методические источники по исследуемой теме
Рассмотреть, как влияет лучный спорт на человека.
Сравнить несколько классов лука
Изучить влияние законов физики на результат стрельбы
Провести опрос
Проверить итоги опроса
Обосновать с помощью эксперимента правильность выбора лука для новичка для улучшения результатов.
Гипотеза
Выбор лука для начинающих лучников влияет на правильное развитие мышц и результат стрельбы
Глава I. Теоретическая часть
1.1виды луков
Сейчас в мире существует огромное количество разновидностей луков. С каждым годом каждый класс лука все больше модернизируется.
Примеры некоторых (более известных и популярных) видов луков:
Б лочный лук - Лук, сила которого изменяется в процессе натяжения с помощью системы эксцентриков или иным способом. Он имеет тетиву, закрепленную к концам плечей, или к эксцентрикам, к тросам. Лук может иметь систему тросов, блоков или эксцентриков, рычагов, при условии, что сила натяжения лука обеспечивается за счет изгиба плечей (плеча) Также лук может иметь прицел и стабилизатор (не более 12,5 дюймов).
Рис.1
Олимпийский лук — спортивная разновидность лука, соответствующая техническим правилам Олимпийских игр. Конструктивно аналогичен классическому английскому длинному луку, хотя имеет некоторые дополнительные приспособления, такие как прицел и стабилизатор. Выстрелы из олимпийского лука производятся стрелами. Также называется «олимпик».
Олимпик является разборным луком, состоящим из рукоятки, плеч, тетивы, стабилизатора и прицела.
Рис.2
Классический лук с ограничениями (класс баре боу)-то же что классический лук, но без прицела, без стабилизатора, кликера или любого иного устройства для контроля длины растяжки. На тетиве не может быть никаких отметок, не допускаются киссеры и аналогичные элементы на тетиве. Полочка может быть регулируемой, плунжер пружинный, при условии, что они не могут использоваться для прицеливания. Плунжер не может быть выдвинут назад от линии упора более 2 см. гасители вибрации любого вида на тетиве не допускаются. Разрешается использовать напальчники или перчатки. Допускаются грузы или утяжеления на рукоятке, но без резиновых деталей, при условии, что лук без тетивы проходит через круглое отверстие диаметром 12
см. Рис.3
Инстинктивный лук (класс инстинктив)-То же что голый лук, но не допускаются никакие утяжеления, лучник может выбрать либо средиземноморский захват, либо три пальца под стрелой, но не может использовать оба. Напальчник для стрельбы три пальца под стрелой должен быть неразрезной чтобы не было возможности стрелять с раздельным захватом. При использовании средиземноморского захвата можно использовать разделитель для пальцев. Не разрешается перехват тетивы и изменение прикладки в зависимости от дистанции. При этом, в любом случае, на луке не допускаются никакие устройства для контроля длины натяжения, демпферы.
Рис.4
Лонг боу (класс лонг боу )-Прямой лук, длиной для мужчин не менее 160 см , измеряя без тетивы от одной зарубки для тетивы до другой, и для женщин не менее 150 см. Разрешается легкий рекурсивный изгиб плеч на концах если при этом тетива крепится на концах плеч и не имеет касания никаких элементов плеча кроме как в ушках. Допускается разборный вид лука, при этом плечи не должны иметь регулировок и быть подвижными со снятой тетивой. Допускается вырез под стрелу, доходящий до середины лука, вырез не должен иметь вертикальной плоскости (окна), и не должен иметь граней. Полочка может быть только в виде кожаной оклейки или куска кожи или другого мягкого материала.
Рис.5
Асимметричный лук-Восточной разновидностью дугообразного луга являются асимметричные луки Японии и Китая. Их рукоять располагается не посередине, а приблизительно в одной трети длины лука снизу. Одна из разновидностей этого класса – японский лук «юми», по сей день используется при занятиях кюдо («путь/учение лука») – традиционного японского искусства стрельбы из лука, который скорее напоминает медитацию, нежели боевую дисциплину. По длине юми превосходит лонгбоу и достигает иногда 2,5 метра. Истории известны случаи, когда такие луки делали еще длиннее. Сегодня японский лук изготавливается, как и в древние времена, из бамбука, дерева и кожи. Стандартная дистанция прицельного полета стрел составляет 60 метров.
Рис.6
Арбалет-боевое и спортивное метательное оружие, представляющее собой лук, оснащённый механизмами взведения и спуска тетивы. Арбалет, за очень редким исключением, превосходил обычный лук по точности стрельбы и убойной силе, но, как правило, он сильно проигрывал луку по скорострельности. Популярности способствовало то, что для обучения стрельбе из арбалета требовалось намного меньше времени по сравнению с обучением искусству стрельбы из лука. Для стрельбы из арбалета использовались болты -особые арбалетные стрелы, которые обычно были толще и короче лучных, и, иногда, пули. У арбалета так же может быть прицел.
Рис.7
Лук с двойным изгибом (рекурвед)-древние египтяне, отогнув концы лука вперед в состоянии без тетивы. Таким образом, уже при сгибе лук был достаточно напряжен, и сил на натяжение нужно было тратить намного меньше. Дальность полета от этого только увеличилась (при том же натяге, что и на простом луке). Этим способов впоследствии воспользовались башкиры, персы, индусы. Сегодня лук с двойным изгибом называется рекурведом и пользуется популярностью среди ролевиков.
Рис.8
1.2 Виды стрельбы из лука
Стрельба по мишеням «FITA»
Стрельба из лука данного вида названа так потому, что в ней используются мишени, изготовленные по стандартам FITA. Их размер изменяется с учетом удаленности от места произведения выстрела.
Виды мишеней:
Полные — с количеством оков от 1 до 10.
Центральные — с очками 6 – 10.
Подразумевающие только два варианта — попал или не попал.
Полная мишень выполнена в виде разноцветных кругов. Она сделана из бумаги и закреплена на прочном щите. Стрела, попадая в такую мишень, остается в щите и не пробивает его. Стрелок, производящий выстрел, занимает положение на уровне земли в строго определенном месте.
Рис. 9. Стрельба по мишеням «FITA»
Полевая стрельба
В
едется, как правило, в лесу. Дистанция заранее не устанавливается, и выстрелы производятся на различное расстояние, в том числе на подъеме или спуске. Стрелок не стоит на какой-либо определенной линии, а движется от одной цели к другой. На результаты могут оказывать существенное влияние ветер, освещение и другие параметры.
Рис. 10. Полевая стрельба
Лучный биатлон
Проводится зимой по аналогии с лыжным биатлоном. Различие заключается в виде используемого оружия, то есть вместо винтовки со снарядами у биатлониста лук и стрелы. Мишени сделаны из бумаги, они двухцветные (черно-белые), размером 16 см, центр расположен на высоте 1 м. Дистанция для выстрела — 18 м. Стрельба ведется стоя или с колена.
Форматы лучного биатлона различны:
Индивидуальная гонка.
Массовый старт.
Эстафета.
Спринт.
Рис. 11. Лучный биатлон
4. Вертикальная стрельба
Здесь целью для попадания выступают шары или бочонки, закрепленные на столбе. Выигравшим становится тот, кто собьет их больше. Эта стрельба сложна тем, что производится не горизонтально, а снизу-вверх.
Рис. 12.Вертикальная стрельба
3D стрельба
Приближена к настоящей охоте: цели представлены фигурами животных в реальную величину, а сама стрельба проводится в условиях естественного ландшафта. Стрелять приходится в различных направлениях: снизу вверх и наоборот, через препятствия и т.п. Попасть нужно в определенную зону на фигуре животного, каждая из которых приносит стрелку 8, 10 или 11 баллов. Попадание в иные зоны оцениваются в 5 баллов. Правилами могут устанавливаться те части фигуры (например, рога и копыта), которые вовсе не приносят очков.
Рис.13 3Д стрельба
Физкультурно-развлекательная стрельба из лука
Это направление больше любительское, чем спортивное. Оно популярно в Соединенных Штатах, странах Западной Европы и в Китае и выступает частью активного отдыха и развлекательных мероприятий. Существуют даже специальные клубы, проводящие обучение детей и взрослых.
рис.14 физкультурно-развлекательная стрельба
1.3. Медицинские противопоказания, психологическая составляющая и возрастные аспекты
Возраст
В спорт можно прийти в любом возрасте, не обязательно в подростковом, и оставаться на плаву можно крайне долго. Например, трехкратная чемпионка мира Наталья Валеева выступает за сборную в 48 лет.
Медицинские противопоказания
Главные медицинские противопоказания, которые не дадут выступать на соревнованиях, — это близорукость и дальнозоркость крайней степени, а также операции на глазном яблоке.
Психологическая составляющая
Лучник обладает неимоверной выдержкой и умением сосредотачиваться. Это позволяет не расстраиваться при промахах и желании не сдаваться, а продолжать бороться за победу. Стрельба из лука дисциплинирует и развивает силу воли, что сказывается на его общем психологическом развитии.
1.4. Физическое развитие в стрельбе из лука
Стрельба из лука, как и любой вид спорта, положительно сказывается на общей физической подготовке. Главное — это делать всё правильно, обращать внимание на все детали, даже очень маленькие, обязательно советоваться с тренером и чувствовать свой организм.
Основные мышцы, задействованные при стрельбе из лука:
1) Дельтовидная мышца (задний пучок)– позволяет поднимать и вытягивать руку с луком. Удерживая ее в горизонтальном положении.
2) Трапециевидная мышца – приводит лопатку к позвоночнику, фиксируя положение в горизонтальном положении.
3) Широчайшая мышца спины – поддерживает отведённое плечо в ровном горизонтальном положении
4) Трицепс – позволяет вытянуть руку вперед, удерживая лук в ровном горизонтальном положении.
5) Ромбовидная мышца – выступает синергистом трапециевидной мышцы в приведении лопатки к позвоночнику.
Рис.15
Сопоставительный анализ электроактивности мышц при выполнении выстрела и максимальных усилий показал, что спортсмены при стрельбе из лука развивают усилия в диапазоне от 5% до 30% от максимальных мышечных возможностей.
Нагрузка идет разная, не все мышцы работают в один момент. Наибольшая нагрузка приходится на трапециевидную мышцу и на дельтовидную.
Часто возникает такая ситуация, что у стрелка одно плечо ниже другого. Это происходит из-за того, что при стрельбе мышцы левой стороны и правой задействованы по-разному и с разной степенью напряжения.
Чтобы данной ошибки избежать нужно:
Следить за своим функциональным состоянием;
Во время стрельбы четко чувствовать, какие мышцы задействованы в работе, какие перенапрягаются, какие нет;
Делать упражнения на развитие плечевого пояса (упражнения с гантелями, отжимания, подтягивания, упражнения с резинкой и тд).
Рис.16
При регулярных тренировках мышцы спины и грудной клетки заметно укрепляются, что является прекрасной профилактикой заболеваний позвоночника и проявления сутулости.
Но при неправильной технике стрельбы может произойти обратное. Возьмем за пример сколиоз. Если просто стрелять, не думая о данной особенности, то заболевание позвоночника может усугубиться и искривление будет становиться больше.
Рис.17
Чтобы этого избежать, нужно грамотно подходить к тренировочному процессу. Тренер, в свою очередь, должен подобрать оптимальный баланс нагрузки.
Дополнительно к этому, конечно, просто необходимо делать упражнения на укрепление позвоночника и мышц туловища
Плюсом от занятий стрельбой является улучшение зрения за счет постоянной фокусировки на близкие и дальние расстояния. Поэтому людям с близорукостью рекомендуются занятия для корректировки зрения. Дополнительно лучников приучают к правильному дыханию, что приводит к меньшим простудам.
Глава II. ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Лук с точки зрения физики
На первый взгляд все просто - надо взять палку потолще. Однако давайте посмотрим на лук в боковой проекции:
рис.21
И теперь его натянем
рис.22
Несложно заметить, что внешняя сторона растягивается, внутренняя - сжимается. И этот эффект тем сильнее, чем толще у нас лук:
рис.23
Дерево может упруго деформироваться - как растягиваться, так и сжиматься - лишь до какой-то степени. После этого на внешней стороне волокна начнут лопаться, а на внутренней пойдут "волной". Разумеется, это никуда не годится.
Не растягивать далеко лук мы не можем - нам надо чтобы сила действовала как можно дольше. Какой остается выход? Сделать сам лук как можно длиннее, чтобы искривление было не столь заметным:
рис.24
Если мы возьмем прямой (обычный) лук и начнем его натягивать, то прилагаемая сила будет расти. Проще говоря, чем сильнее растягиваем, тем сложнее это делать. Можно нарисовать график:
рис.25
Так вот, выполненная работа или, что то же самое, накопленная потенциальная энергия - это площадь под графиком:
рис.26
Как мы видим, в картина далеко не оптимальна. Идеалом было бы вот так
рис.27
Получается, нам нужен лук, у которого прилагаемое усилие одинаково на всем протяжении.
Именно этого пытается добиться рекурсивный лук. Когда мы его тянем, сначала сгибается центральная часть. Потом, по мере увеличения усилия на центральной части и изменения угла тетивы начинают сгибаться плечи и в конце - самые концы.
рис.28
Таким образом, прилагаемая сила изменяется в меньших пределах и график становится ближе к оптимуму:
рис.29
В результате рекурсивный лук при том же усилии натяжения будет эффективнее.
Давайте теперь посмотрим, что произойдет, когда мы спустим тетиву. Часть потенциальной энергии перейдет в кинетическую стрелы, но вся ли?
К сожалению, нет. Даже если пренебречь такими потерями как нагрев, звук, усталость материала, есть чисто-механические потери. Дело в том, что после сброса тетивы лук распрямляется, т.е. плечи лука приходят в движение. Перемещение = работа = потеря энергии.
В этом смысле чем легче плечи лука и чем меньше они двигаются, тем меньше будет потерь драгоценной потенциальной энергии и тем больше ее перейдет в движение стрелы.
Скорость распрямления хоть и большая, но все же ограниченная. И быстрее стрелу разогнать не выйдет, сколь бы мощный лук у нас не был.
Обе указанные проблемы решает блочный лук:
рис.30
Во-первых, большая часть лука статична, сгибаются только самые концы плеч - а значит, меньше потерь на распрямление.
Во-вторых, блоки позволяют стреле получить скорость в несколько раз превышающую скорость распрямления
плеч. Это работает как полиспаст, только наоборот – за счет проигрыша в силе получаем прирост в скорости.
Ну и попутно решается также проблема постоянной силы натяжения.
На современных блочных луках есть масса приспособлений, облегчающих прицеливание и стрельбу: полочка, релиз (устройство спуска тетивы), прицельная планка, всевозможные виброгасители... Это позволяет современным спортсменам показывать результаты, которые скорее всего и не снились историческим "Робин Гудам". Впрочем, и на историческое оружие данный спортивный снаряд похож лишь отдали.
Давайте теперь попробуем разобраться, как нужно стрелять и что нужно учитывать, чтобы стрела попала в цель. Для того чтобы стрела полетела, необходимо натянуть тетиву со стрелой и отпустить. Сила упругости растянутой тетивы будет действовать на стрелу, сообщая ей скорость, необходимую для движения. Закон, определяющий зависимость силы упругости от величины деформации, был открыт английским физиком Робертом Гуком:
где
сила упругости,
величина деформации,
коэффициент упругости.
Рис. 18
В момент отрыва стрелы от тетивы потенциальная энергия растянутой тетивы перейдет в кинетическую энергию стрелы. Учитывая, что коэффициент упругости тетивы спортивных луков равна примерно 3 106 Н/м, максимальное растяжение тетивы в начале стрельбы из лука составляет около 1 см, масса стрелы равна примерно 30 г. Используя закон сохранения энергии, найдем начальную скорость стрелы:
где
масса стрелы,
начальная скорость стрелы,
коэффициент упругости тетивы,
деформация тетивы. Осуществив математические преобразования, получим:
Формула начальной скорости стрелы
Выпущенная из лука со скоростью (Начальная скорость) стрела летит по траектории, близкой к параболе, поэтому чтобы попасть в цель, нужно прицеливаться выше цели. Рассчитаем, каким должен быть начальный угол между стрелой и горизонтом, чтобы стрела попала в цель на Расстояние до цели расстоянии от стрелка. Стрелу будем считать материальной точкой, а сопротивление воздуха учитывать не будем.
Используя кинематические уравнения для движения с постоянным ускорением свободного падения, получим:
отсюда для расстояния, равного 25 м, и скорости, равной 100 м/с:
a≈0,0125
Рис.19
рис.20 результат на дистанции 25 метров
2.2. Проведение опроса
Выбрав 4 вида классов лука, провели опрос у лучников, о плюсах и минусах их классов лука, на что мне дали такие показания:
т
радиционный лук.
рис.31
плюсы:
-легок в обслуживание
-легок в перевозке (вес составляет примерно 500граммов)
-быстрая стрельба
-единственный лук, с которого возможна стрельба с лошади.
минусы:
-нестабильный
-не модернизируется
-возможны в использовании только с деревянными стрелами
-тяжелый фунтаж
-нет полочки под стрелу
рекурсивный лук класс инстинктив (Самый простой лук. Состоит из основы самого лука, тетивы и стрел.)
Рис.32
плюсы:
-разборный
-можно стрелять не только деревянными, но и другими -видами стрел (карбоновыми)
-есть полочка
-удобнее в стрельбе чем исторический лук
Минусы
-не такая четкость в попадании как в прицельных классах
-только деревянные рукоятки
олимпийский лук (Спортивный лук, используемый в современных соревнованиях, существенно отличается от простейшего лука. Он имеет достаточно сложную конструкцию, которая включает ряд важных элементов, позволяющих намного улучшить качество стрельбы)
рис.33
плюсы:
-разборный
-удобная металлическая рукоятка
-можно модернизировать (Прицел, Плунжер, Полочка, Мушка, Тройник, Стабилизатор передний, Стабилизаторы боковые, Грузики стабилизаторов,
-Стакан плеча (верхний, нижний), Накладка)
-дальность
минусы:
-тяжелый (в среднем от 2 до 3кг. но бывает и больше)
-Сложная настройка лука
блочный лук
Рис.34
плюсы:
-можно модернизировать (прицел; релиз; противовес и т.д.)
-точность в попадании
-дальность
-можно настраивать силу натяжения
минусы:
-цена
-тяжелый в переноске и перевозке
сам тяжелый (без обвесов от 1,5кг до 2,2 кг., в снаряжённом состоянии может доходить от 4кг до 4,5кг)
-долго настраивать. подготавливать
-неразборный
-дорогое обслуживания
2.3. Проверка опроса
Чтоб доказать информацию, полученную от лучников, было решено это проверить:
выбрав первую дистанцию 16 метров:
рис.35
инстинктивный (рекурсивный)лук
исторический лук рис.36
Рис.37
Рис.38
блочный лук
Рис.39
Рис.40
о лимпийский лук
рис.41
рис.42
2.4. Результаты исследования
итог:
получилось так что:
из исторического лука хуже всего попадания, но есть скорость стрельбы и не тяжело растягивать лук.
Из блочного лука лучше всего попадания, но было больше затрачено времени на стрельбу и сам лук был очень тяжелый по весу и натяжению.
Олимпийский лук не уступает по паданиям блочному, но также был долог в настройке и тяжелый по весу.
Инстинктивный лук был средним по паданиям, не сильно тяжелым по весу и довольно прост по технике.
Рис.43
так же на дистанции 5 метров:
Рис.44
Вывод
Подведя итоги всей работы, можно сказать, что инстинктивный лук лучше подойдет начинающим лучникам, а блочный или олимпийский более опытным.
Список литературы:
Путь лука. Традиционная стрельба из лука (Англия, Япония, Индия, Китай, Корея)
Илья Левашов.
История оружия. Луки и арбалеты
Юрий Шокарев
Стрельба из лука для начинающих
Брайн Дж. Сорреллс
Спортивная стрельба из лука. Теория и методика обучения
Ю. Н. Шилин, Е. Н. Белевич
Стрельба из лука (вид спорта)
https://ibispaint.com/?lang=ru
https://ru.pinterest.com/search/pins/?rs=ac&len=2&q=%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BB%D1%83%D0%BA&eq=%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9&etslf=18736