Míra námahy, kterou při jízdě na lyžích po sněhové pokrývce pociťujeme, se udává hodnotou koeficientu tření.

Koeficient tření (COF)

Koeficient tření (coeficient of friction = COF) je hodnota, která udává, jaký odpor klade jeden povrch či materiál, pokud klouže po jiném povrchu či materiálu. Jinými slovy: jak velkou energii je nutné vynaložit, aby jeden povrch klouzal po druhém. Čím nižší je tedy hodnota koeficientu tření, tím nižší energii je nutné vynaložit a tím menší odpor je nutné překonat, aby jeden povrch po druhém klouzal.

V praxi rozlišujeme dva různé druhy koeficientu tření - statický a dynamický koeficient tření. Statický koeficient tření udává, jak velký odpor je nutné překonat, aby se jeden povrch stojící na jiném povrchu uvedl do pohybu, např. aby se lyže stojící na prašanu vůbec rozjela. Dynamický koeficient tření pak udává, jak velký odpor je nutné překonávat, aby se jeden povrh klouzající po jiném povrchu udržel v pohybu, např. aby lyže klouzající po zledovatělém firnu vyjela na vrchol Olivetské hory.

V našem případě je jedním povrchem skluznice lyže, zpravidla vyrobená z nějakého druhu polyethylenu. Druhým povrchem pak je sněhová pokrývka, která se však zásadním způsobem proměňuje v závislosti na teplotě, vlhkosti, tvaru / velikosti / soudržnosti sněhových zrn, stáří a mnoha dalších faktorech.

Hodnota COF v závislosti na sněhových podmínkách

V závislosti na charakteru sněhové pokrývky (variabilitu povrchu skluznice v tomto případě zanedbáváme) se dynamický koeficient tření pohybuje při skluzu lyží na sněhu v rozmezí od 0,02 do 0,1 a více (statický koeficient tření je pak výrazně vyšší).

Jak je z uvedených hodnot patrné, je rozptyl minimálních a maximálních hodnot dynamického koeficientu tření mezi skluznicí a sněhovou pokrývkou obrovský, přes jeden řád. Jinými slovy: existují podmínky, kdy je pohyb na lyžích dřina a lyže přes veškeré úsilí nejedou (hodnoty COF jsou 0,1 a vyšší), existují ale také podmínky, kdy lyže jako by jely samy, takřka bez úsilí a stavu skluznice (hodnoty COF jsou 0,02 a nižší).

Abychom lépe rozuměli, o jakém vlivu se zde bavíme: zvýšení COF o 0,01 způsobí, že čas potřebný pro zdolání 1 km v rovinatém mírném terénu při běžných rychlostech 15 až 20 km/h u lyžaře s hmotností cca 75 kg se prodlouží o cca 4 vteřiny.

Vysoké hodnoty COF

Úplně nejvyšší koeficienty tření s hodnotami 0,1 a vyššími se vyskytují za dvou extrémních podmínek:

1. za velmi studených suchých podmínek, kdy někdy kolem teploty - 15 stupňů Celsia překročí tvrdost sněhových zrn a krystalů tvrdost skluznice a sníh začne skluznici „pluhovat“,
2. za velmi teplých mokrých podmínek, kdy se mezi povrchem sněhu a povrchem skluznice vytvoří silný vodní film, který zcela zprostředkovává kontakt mezi pevnými povrchy v hydrodynamickém režimu.

Vliv rychlosti na vysoké hodnoty COF

Vedle sněhových podmínek (variabilitu povrchu skluznice stále zanedbáváme) má na hodnotu COF zásadní vliv rychlost pohybu. Skoro můžeme říct, že rychlost pohybu má na konečnou hodnotu COF – pokud se pohybujeme v rámci vysokých hodnot – úplně největší vliv.

Rychlost se však projevuje rozdílně za studených a teplých extrémních podmínek.

Vliv rychlosti za studených suchých podmínek

COF se s narůstající rychlostí za studených podmínek extrémně zvyšuje. Čím nižší teplota, čím vyšší rychlost, tím vyšší COF = tím pojedou lyže hůř. Např. při teplotách kolem - 15 stupňů Celsia a rychlosti přes 5 km/h může COF dosahovat hodnoty 0,08 až 0,09, zatímco při rychlosti kolem 1 km/hod. „pouze“ 0,05 až 0,06. COF tedy při nízkých teplotách s rostoucí rychlostí narůstá naprosto enormně. Čím nižší teploty a čím vyšší rychlost, tím strmější nárůst tření.


Závislost COF na teplotě a rychlosti, čím nižší teplota a čím vyšší rychlost, tím vyšší COF a tím strmější nárůst COF s rostoucí rychlostí, in P. Buetzer, Rollreibung auf der Oberflaeche von Eis und Schnee, 2023

Vliv rychlosti za teplých mokrých podmínek

COF se při nižších a průměrných rychlostech za mokrých podmínek spíše lehce snižuje, při vysokých rychlostech pak opět strmě narůstá. Např. při teplotách vzduchu nad 0 stupňů Celsia a rychlosti do cca 15 km/h může COF mírně klesat, i tak ale budou hodnoty COF vysoké, např. 0,08 až 0,11. Při rychlostech přes 25 km/h bude docházet ke strmému nárůstu COF. Čím vyšší rychlosti, tím strmější nárůst.

Závěr

Za velmi problematických sněhových podmínek dosahuje COF extrémních hodnot přes 0,1, vzácné nejsou ani hodnoty 0,12 či 0,13 (při skluzu lyží na písku je COF přitom přibližně 0,2). Za těchto extrémních podmínek je aplikace skluzných vosků a skluz zlepšujících opatření na straně jedné velmi důležitá, na straně druhé velmi problematická.

Za studených suchých tvrdých sněhových podmínek mohou skluz zlepšit dvě veličiny: tvrdost a vodivost. Obě jsou ale pro skluznice a vosky problematické. Skluznice UHMWPE má sice vynikající oděruvzdornost, ale s tvrdostí to žádná sláva není. Vosky výslednou tvrdost vždy ještě spíše sníží. PE i vosky jsou čisté izolanty, tedy látky, které nevedou ani teplo, ani elektrický proud.

Za teplých mokrých sněhových podmínek, kdy je kontakt mezi povrchem sněhové pokrývky a skluznicí lyže zprostředkováván vodním filmem, rozhoduje o kvalitě skluzu hydrofobie a snížení kontaktní plochy. Také tyto veličiny jsou jak pro UHMWPE, tak pro vosky problematické. Extrémní hydrofobii v dynamickém stavu poskytovaly přípravky s fluorem, jejichž použití je však problematické jak z hlediska životního prostředí, tak zdraví osob.

Více o možnostech, jak zlepšit skluz, se dočtete v navazujících článcích.