Abychom se ale v tématu úplně neutopili, zvolíme si konkrétní studené podmínky: slehlý sníh ve strojově upravené stopě s hustotou cca 500 kg/m3, se zaoblenými či oblými sněhovými zrny o průměru cca 0,25 až 0,5 mm, s malým obsahem vzduchu, se sněhovými zrny provázanými do sněhové matrice, teplota cca - 5 stupňů C, spíše nižší relativní vzdušná vlhkost v rozpětí cca 30 až 50 %, prostě studený jemnozrnný slehlý sníh.

Na následujících řádcích budeme popisovat primárně kontakt XC skate lyže ve strojově upravené stopě.

Velmi členitý povrch sněhové pokrývky

První, co si musíme uvědomit, je skutečnost, že i přes hladce vyhlížející povrch strojově upraveného tracku, je povrch sněhu za výše popsaných podmínek velmi členitý – tvořený vystupujícími sněhovými zrny na straně jedné a různě hlubokými „údolími“ či „kavitami“ na straně druhé. Jednotlivá zrna jsou navíc vzájemně provázána „krčky“ či „můstky“ do jakési sněhové matrice. Volné prostory jsou vyplněné vzduchem.


3D vizualizace výřezu sněhové pokrývky 6 x 6 mm, slehlá sněhová pokrývka s drobnými zrny navzájem provázanými sintračními procesy, in: T. Theile et. Col., Mechanics of Ski-Snow Contact, 2009


Detail oblých sněhových zrn o velikosti cca 0,25 až 0,5 mm vzájemně provázaných můstky či krčky, in: T. Theile et. Col., Mechanics of Ski-Snow Contact, 2009

Trvalé deformace v přední části lyže

Špička lyže najíždí na velmi členitý povrch sněhové pokrývky. Špička skate lyže je ale minimálně zatížená, vylamuje tedy pouze nejvyšší vrcholky tvořené vyčnívajícími sněhovými zrnky. Vylomená zrnka – vylomená ze sněhové matrice – jsou smýkavým pohybem lyže „strhnuta“ do některého z četných údolí, kde jsou opět bleskurychle integrována do sněhové matrice.

Prakticky nezatížená špička lyže tedy „olámala“ pouze nejvyšší vrcholky členitého povrchu a odlomky následně vyplnily některá z údolí. Jakmile se ale do kontaktu se sněhovou pokrývkou dostane přední kontaktní okno lyže, tedy přední zatížená část lyže, začnou se dít věci…

Díky členitosti sněhové pokrývky na straně jedné a zpravidla strukturovanému povrchu skluznice lyže na straně druhé jsou kontaktní místa či body mezi skluznicí a sněhem velmi malé, v důsledku čehož v těchto malých kontaktních bodech působí enormní tlak (celkové zatížení od lyžaře se přenáší na velmi malou plochu, která je zlomkem plochy skluznice). V důsledku velkého tlaku dochází k deformaci sněhové pokrývky, povrch sněhových zrnek je dílem obrušován, zplošťován, dílem sněhová matrice praská a zrnka jsou vtlačována do stran, odlomené či obroušené částečky ledových zrnek jsou zamačkávány do údolí, kde jsou bleskurychle integrovány regelačními procesy. V předním kontaktním okně lyže tedy dochází ke „zplošťování“ či „zarovnávání“ stopy.

Primárně nevratné deformační procesy se zastaví teprve ve chvíli, kdy je sněhová matrice schopná přenést bodové zatížení od lyže, tedy kdy pevnost v tlaku sněhové pokrývky je vyšší než tlak v kontaktních místech.

Elastické deformace v zadní části lyže

V zadním kontaktním okně se odehrávají již spíše pouze deformace elastické, které však mohou probíhat i současně s lomovými a trvalými deformacemi v předním kontaktním okně.

První část elastických změn probíhá přímo na povrchu kontaktních zrn, kdy se jednotlivá zrna deformují v řádu zlomků mikrometru elasticky. Na nejprve bodové a následně plošnější zatížení od skluznice lyže reaguje současně elasticky celá sněhová matrice, a to přibližně v hloubce 20 mikrometrů. Tyto elastické změny celé matrice jsou přitom vratné.

Deformace skluznice

Potud tedy stručný popis trvalých a elastických deformací ve sněhové pokrývce při kontaktu se skluznicí lyže. Popisovaný tribologický systém má ale i svou druhou část, a tím je vlastní skluznice lyže vyrobená z UHMWPE a opatřená nejrůznějšími strukturami.

Jak již bylo řečeno výše, působí v malých kontaktních bodech mezi povrchem skluznice a povrchem individuálních sněhových zrn za studených podmínek enormní tlak. Tento tlak je tak velký, že na straně skluznice vyvolává elastickou deformaci materiálu v řádu několika mikrometrů. UHMWPE působícímu tlaku jednoduše uhne, a to díky vysoké mechanické pevnosti na straně jedné a relativně nízkému modulu elastické přetvárnosti.

Právě této elastické deformaci vděčíme za nízkou míru trvalého oděru skluznice, tedy vysokou oděruvzdornost a životnost skluznic z UHMWPE. S klesajícími teplotami se však zvyšuje tvrdost ledových zrnek, někdy kolem -10 stupňů Celsia překročí tvrdost ledu tvrdost běžného PE, někdy kolem -15 stupňů Celsia pak překročí tvrdost ledu tvrdost UHMWPE. V tuto chvíli začnou i přes elastickou deformaci odírat ledová zrnka vlastní materiál skluznice.

Jedním z důvodů, proč aplikujeme pro studené abrazivní podmínky tvrdé skluzné vosky, je právě ochrana skluznice. Dokud se odírají primárně vosky, nemusí se odírat vlastní skluznice.

Struktura – dvě strany jedné mince

Se strukturováním skluznice se to má podobně. Původním účelem struktury za studených podmínek byla primárně ochrana skluzné vrstvy. Pokud by totiž ke členitému povrchu sněhové pokrývky přiléhala „hladká“ a „plochá“ skluznice, byl by oděr skluzné vrstvy (tedy směsi základního materiálu a skluzného vosku) v kontaktních bodech i přes elastickou deformaci enormní.

Strukturovaný povrch skluznice zvětšuje celkový povrch skluznice a umožňuje tak, aby se tlak a oděr působící v kontaktních místech roznášel na větší plochu. V drážkách je vosk navíc lépe chráněný.

Se strukturováním za studených podmínek je to však jako s mincí, která má vždy dvě strany. Vhodná struktura zlepšuje i za studených podmínek skluz a pomáhá zvyšovat životnost skluzné vrstvy. Zároveň ale enormně zvyšuje zatížení a opotřebení skluznice ve vrcholových partiích struktury, v důsledku čehož ztrácí strukturovaná skluznice za studených podmínek své přednosti velmi rychle. Za tvrdých studených podmínek ztrácí struktura svůj optimální tvar již po ujetí cca 100 km.