Je gravitácia pri zjazde spravodlivá?

O tom akú maximálnu rýchlosť dosiahne lyžiar, rozhoduje:
-sklon svahu
- brzdiace sily ako odpor vzduchu a trenie.

Veľkosťou sklonu svahu je daná veľkosť hnacej sily, ktorou je jedna zložka sily tiaže.

Otázka znie: Je alebo nieje lyžiar s menšou hmotnosťou pri súperení o maximálnu rýchlosť hendikepovaný oproti súperovi s vyššou hmotnosťou? Aký je vzťah medzi hmotnosťou zjazdára a rýchlosťou ktorú pri zjazde dosahuje?

Porovnajme jazdu dvoch lyžiarov s hmotnosťami m1 a m2 a tiažami G1 a G2 na svahu so sklonom a (obr.) Nech platí m1 < m2 z toho vyplýva G1 < G2 .

Sily gravitácie G1 a G2 sa rozkladajú na dve zložky tak ako je to vyznačené na obrázku:
1. Pohybové (G11,G21)- ich zásluhou sa lyžiari pohybujú
2. Tlakové (G12, G21) - vykonávajú tlak lyží na podložku.

Pohybové zložky sú zmenšované o sily trenia (T1, T2). Podľa zákonov dynamiky lyžiari sa pohnú z miesta a budú sa pohybovať za predpokladu:
G11-T1 > 0

G21-T2 > 0

Zo zákonov dynamiky tiež vyplýva že sa budú pohybovať rovnomerne zrýchlene, pričom ich zrýchlenia (a1, a2) možeme vyjadriť:
a1 = (G11 - T1 )/m1
a2 = (G21 - T2)/m2

kde sily trenia sú dané ako súčiny tlakov (G12,G22) a koeficientu trenia f, ktorý je v oboch prípadoch rovnaký. Matematicky to zapíšeme:
T1 = G12 . f
T2 = G22 . f

Použitím známych vzťahov o goniometrických funkciách môžeme písať:
G11= G1 . sin a
G21 = G2 . sin a
G12 = G1. cos a
G22 = G2. cos a

Dosadením uvedených vzťahov do rovníc vyjadrujúcich zrýchlenia a1, a2, ako aj opätovným použitím zákonov dynamiky, podľa ktorých:
G1 = m1.g
G2 = m2.g

Dostaneme rovnice, z ktorých po vykrátení vychádza:
a1= g.(sin a - f. cos a)
a2= g.(sin a - f. cos a)

Pravé strany oboch rovníc sú identické, z čoho vyplýva že:
a1=a2

Vyšlo nám teda že hnacia sila pri pohybe lyžiara dole svahom udelí obidvom lyžiarom rovnaké zrýchlenie. Znamená to že ak by na lyžiarov pôsobili iba uvedené sily pohybovali by sa rovnako, rozdielna hmotnosť by nemala vplyv na rýchlosť.

Táto analýza platí iba pri rozbiehaní lyžiara. Po prechode lyžiara z pokoja do pohybu, začína pôsobiť sila odporu vzduchu, ktorá sa s pribúdajúcou rýchlosťou zvyšuje.

Táto sila, ako sa dá dokázať, nieje u oboch lyžiarov rovnaká. Brzdenie pohybu lyžiara silou odporu prebieha tak že táto sila prekonáva hybnosť tela.
Hybnosť je daná súčtom hmotnosti a rýchlosti.

Lyžiar s väčšou hmotnosťou má teda väčšiu hybnosť ako ten s nižšou hmotnosťou. Ak by sa obaja lyžiari mali pohybovať rovnako, museli by byť aj ich sily odporu v rovnakom pomere ako sú ich hybnosti. Tak to však nieje, vysvetlíme to nasledovne: Pre všetky geometrické telesá platí že pri zväčšovaní ich rozmerov vzrastá objem (tým aj hmotnosť) viacnásobne ako povrch. Napr. Kocka s hranou 1cm má objem 1cm3 a povrch 6cm3. Druhá kocka s hranou 10cm má objem 1000-krát väčší ale povrch má vačší len 100-krát. Pre ľudské telo platí to isté. Znamená to že pri rovnakej rýchlosti našich dvoch lyžiarov, má lyžiar s väčšou hmotnosťou viacnásobne vyššiu hybnosť ako povrch tela. Tým je relatívne menej brzdený.

Týmto sme dokázali, že pri dosahovaní maximálnej rýchlosti pri zjazde má lyžiar s väčšou hmotnosťou výhodu. Na príčine nieje väčšia hnacia sila ale menšia brzdiaca sila. Takže nie gravitácia je nespravodlivá ale odpor vzduchu.