KON- C3004 Kone- ja rakennustekniikan laboratoriotyöt. Koesuunnitelma. Jääkiekkomailan taipumisen vaikutus laukauksen nopeuteen.

Transkriptio

1 KON- C3004 Kone- ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Koesuunnitelma Jääkiekkomailan taipumisen vaikutus laukauksen nopeuteen Ryhmä M Toni Makkonen Jan- Kristian Pyrhönen Lauri Toivonen 0

2 Sisällysluettelo 1. Tutkimusongelma ja tutkimuksen tavoite Tutkimusmenetelmä... 2 a. Teoreettinen tausta... 2 b. Käytännän koejärjestelyt Mittaussuunnitelma Aikataulu Mittaustulosten dokumentointi Turvallisuustarkastelu Virhetarkastelu Lähteet Liitteet

3 1. Tutkimusongelma ja tutkimuksen tavoite Jääkiekossa ammattilaiset laukaisevat kiekon niin, että ennen kiekkoon osumista he painavat mailaa jäätä vasten, jolloin maila taipuu, ja sitten siihen varastoitunut potentiaalienergia purkautuu nopeasti sekä voimakkaasti kiekkoon, ja kiekko lähtee vauhdikkaasti liikkeelle. Golfissa puolestaan pallo lähetetään liikkeelle nopean heilahdusliikkeen myötä. Tässä ei taivuteta mailaa itse laisinkaan, vaikka toki mailan joustolla on suuri vaikutus pallon lähtönopeuteen. Tutkimuksen tarkoituksena on tutkia jääkiekkomailan taivutuksen sekä kiekon nopeuden välistä suhdetta. Tavoitteena on selvittää, onko kannattavaa taivuttaa mailaa ennen sen osumista kiekkoon, vai kannattaako mailalla lyödä suoraan kiekkoon. Tutkimuksessa pohditaan myös sitä, miten jääkiekkomailan jäykkyys vaikuttaa erilaisissa laukaisutilanteissa kiekon nopeuteen. Eli onko jäykkä vai löysä maila parempi laukoessa voimalla (mailaa taivuttaen), ja kumpi on parempi laukoessa nopeudella (suoraan kiekkoon). 2. Tutkimusmenetelmä a. Teoreettinen tausta Monissa eri urheilulajeissa erilaisia kappaleita laitetaan liikkeelle jonkinlaisen mailan avulla ja tavoitteena on saada kappaleelle mahdollisimman suuri lähtönopeus. Parhaan mahdollisen tuloksen saavuttamiseksi tarvitaan usein nopeutta sekä voimaa. Silti lajeissa on paljon eroja sen suhteen, tarvitaanko lyönnissä enemmän nopeutta vai voimaa. Tähän vaikuttaa kappaleen massa, mailan materilaali sekä jäykkyys ja mailan massan jakautuminen. Kuva 1. Golf- mailan taipuminen driver lyönnissä 2

4 Kuva 2. Mailan taipuminen laukauksen yhteydessä eri urheilulajeissa Edellä näkyvissä kuvissa, kuvat 1 ja 2, näemme kolme erilaista laukaisutapahtumaa. Jääkiekossa lyötävä kappale on kaikkein painavin. Siinä käytetään eniten mailan jäykkyyttä hyväksi, joten sitä taivutetaan jo ennen kuin maila edes osuu kiekkoon. Salibandyssa lyötävä kappale on kevyempi, joten siinä ratkaisee enemmän nopeus kuin voima. Mailan jäykkyyttä käytetään myös hyödyksi. golfissa mailan massa on painotettu lapaan, joten kunnon heilautuksella mailan päässä on erittäin suuri määrä liikemäärä, joka lyöntihetkellä siirtyy palloon. Lyönti välineenä käytettävää mailaa voi ajatella jousisysteeminä, jolloin mailan taipumisen aikana mailaan varastoituu potentiaalienergiaa, samallalailla kuin jouseen varastoituu potentiaalienergiaa kun jousta puristetaan kasaan. Varastoitunut potentiaalienergia siirtyy mailasta kiekkoon jolloin maila liikkuu suuremmalla nopeudella. Kuten jousisysteemissä, jouseen varastoitunut energia yrittää palauttaa jousen tasapainotilaan kaavalla F = kx. Mailassa tapahtuu samanlainen ilmiö, missä mailan taipuminen aiheuttaa potentiaalinenergian syntyä ja maila haluaa palautua tasapainotilaansa. Kun mailan lapa irtoaa alustasta, lavan nopeus on suurempi kuin ilman mailan taipumista. Voima siirtyy mailasta kiekkoon osuma hetkellä ja lähettää kiekon suuremmalla lähtönopeudella matkaan. Tämän takia jääkiekkopelaajat käyttävät mailan taipumista hyväkseen eri laukauksissaan. b. Käytännän koejärjestelyt Käytännön kokeet tehdään mahdollisuuksien mukaan joko ulkona tai sisätiloissa. Tärkeintä on saada mahdollisimman sileä ja luistava alusta laukaisulle, sekä turvallinen kohde pysäyttämään ammutut kiekot. Tarkoituksena on mitata mailan taipumisen ja kiekon lähtönopeuden välistä suhdetta. Mailan taipumista mitataan venymäliuskoilla. Venymäliuskoja kiinnitetään eri etäisyyksille lavasta, kohtaan jossa suurin taipuminen arvioidaan tapahtuvan. Nämä kohdat ovat suurinpiirtein lyöjän mailasta kädensijojen välinen keksikohta sekä alemman käden ja lavan välisen etäisyyden keskikohta. Kiekkojen nopeuden mittaus tapahtuu valokennoilla tai hidastuskuvasta laskemalla, riippuen kumpi menetelmä on käytettävissä. Kaikki laukaukset tehdään samasta pisteestä, samalla mailalla ja kiekolla, jotta mittaustulokset antaisivat paremman kuvan tutkimuskohteesta. Pyritään myös tähtäämään samaan kohteeseen, jotta nopeuden mittaus olisi tarkempaa. 3

5 3. Mittaussuunnitelma - Valmistellaan laukaisualusta merkitsemällä kohta josta ammutaan - Valmistellaan kohde pysäyttämään kiekot ja merkataan mihin tähdätään - Asetetaan joko valokennot tai suurnopeuskamera valmiiksi nopeuden mittaamista varten (kameraa käytettäessä asetetaan taustalle mittataulukko nopeuden laskemista varten) - Liitetään venymäliuskat mailaan ja yhdistetään mittauslaitteisiin - Lauotaan kiekkoa useaan kertaan, vaihtelevalla voimalla samalla mitaten kiekon nopeutta ja kuvaten tapahtumia. Pidetään kirjaa onnistuneista ja epäonnistuneista laukauksista, joissa esimerkiksi kiekko ei osu kohteeseen tai nopeuden mittaus ei onnistu - Tuodaan mittaustulokset tietokoneelle ja muodostetaan graafi koordinaatistoon kuvaamaan mailan taipumisen ja kiekon nopeuden välistä suhdetta - Analysoidaan tuloksia 4. Aikataulu Viikko Tavoite Deadline 42 Vertaisarvio koesuunnitelmasta Päivitetty koesuunnitelma Kokeen suorittaminen, tulosten analysointi 45 Tulosten analysointi, loppuraportin kirjoittaminen 46 Loppuraportin kirjoittaminen 47 Loppuraportin kirjoittaminen, tulosten esittäminen 48 Tulosten esittäminen 49 Loppuraportti Mittaustulosten dokumentointi Tulokset laukauksista dokumenotidaan liitteenä 1 olevaan taulukkoon manuaallisesti, josta tulokset voidaan siirtää tietokoneelle tarpeen mukaan. Lisäksi venymäliuskoista ja valokennosta tuleva data voidaan suoraan tallentaa analysointia varten tietokoneelle. 6. Turvallisuustarkastelu Kiekon laukauksessa piilee riskinsä, kun kiekko lähtee suurella nopeudella laukaus alustasta. Huolellisella koepaikkasuunnittelulla ja käyttäytymisellä riskit voidaan minimoida varsin hyvin. Ensiksi, laukausu aikana, laukaisu suunnassa ei saa olla, eikä esteitä kiekon kulkureitillä. Toiseksi, henkilöitä ei saa olla laukaisijan välittömässä läheisyydessä mailan heilahduksen ja mailan pirstoutumisen takia. Laukausu suuntaan rakennetaan maaliverkko, joka pysäyttää kiekon nopeuden. Tietysti on mahdollista laukaista maalista ohi, mutta rakentamalla tarpeeksi iso maali ja sijoittamalla se tarpeeksi lähelle laukausu paikkaa, vähennetään tämän todennäköisyyttä. Myös laukausu alusta vetäjälle pitäisi olla pitävä jottei 4

6 laukausu liikkeessä tapahdu odottamattomia suunnanmuutoksia. Lisäksi laukausijan pitäisi lämmitellä tarpeeksi hyvin ehkäisemään mitään lihasvammoja. 7. Virhetarkastelu Virheitä syntyy mittalaitteistosta sekä laukausujen erilaisuudesta. Mailan taipumista mittaavat venymäliuskat voivat aiheuttaa pientä virhettä, mutta tämän virheen osuus tulee luultavasti olemaan todella pieni muihin virheisiin verratessa. Valokennoilla nopeuden mittaamisessa virhe syntyy valokennojen tarkuuteen (kuinka tarkasti se pystyy mittaamaan milloin kiekko ohittaa kennon esim joka 5ms), sekä jos kiekko ei kulje kennojen välillä suorinta reittiä (kiekon kulkema matka pitenee). Kameralla voitaisiin laskea kiekon kulkema matka tarkemmin. Tällöin virhettä syntyy kameran tarkkuudesta ja silmämääräisestä ajanotosta. Suurin virhe tapahtuu itse laukausu vaiheessa, jossa jokainen laukausu on erilainen. Kuinka hyvin laukausu osuu kiekkoon? Osuuko maila liian aikasin alustaan? Näitä virheitä voidaan vähentää asettamalla laukaisijaksi kokenut laukaisija, jolloin todennäköisemmin laukaukset ovat enemmän samanlaisia. Laukaisijan olisi hyvä lämmitellä ennen koetta jotta kaikissa koesuorituksissa voiman tuotto olisi samanlainen. 8. Lähteet Smarter Every Day. COLD HARD SCIENCE: SLAPSHOT Physics in Slow Motion. Viitattu URL: Floorball.org. IFF Launches Say NO! to Doping campaign during WFC Viitattu URL: Gettyimages.Viitattu URL: photo/justin- abdelkader- of- the- detroit- red- wings- takes- a- slap- news- photo/

7 9. Liitteet Liite 1. Mittaustulosten dokumentointi Päivämäärä Tekijät Laukaus ilman maahan osumista Laukaus maahan osumisella kohdassa 1 (V) kohdassa 1 (V) kohdassa 2 (V) kohdassa 2 (V) Kiekon lähtönopeus (m/s) Kiekon lähtönopeus (m/s) 6