Teoria skoku spadochronowego

Powietrze charakteryzuje określona masa, ciśnienie i gęstość. Nas interesują przede wszystkim dwa zjawiska w atmosferze ziemskiej, gdyż mają istotny wpływ na skoki spadochronowe.
Są to:
- przyciąganie ziemskie - powodujące stałe przyspieszenie wynoszące 9,81 m/s2a w konsekwencji ruch pionowy ku ziemi,
- siła oporu powietrza - skierowana przeciwnie do kierunku ruchu, zmniejszająca wpływ przyspieszenia na prędkość.
OPÓR POWIETRZA
Ciało poruszające się w powietrzu przyjmuje na siebie uderzenia napływających w stronę przeciwną cząsteczek powietrza. Wywołuje tarcie opływających go strug powietrza i częśd ich pociąga za sobą tracąc częśd energii, powodując wystąpienie oporu powietrza. Każde ciało poruszając się w powietrzu napotyka opór, czyli siłę skierowaną przeciwnie do kierunku ruchu. Jest to opór czołowy.
Opór powietrza jest zjawiskiem umożliwiającym wykonywanie skoków spadochronowych.
Na wartość oporu ma wpływ kilka czynników:
- kształt ciała - u ciał opływowych, gładkich powstające zawirowania powietrza występują tylko z tyłu, a u ciał kanciastych, nieopływowych - zawirowania powstają na całej powierzchni, powodując większe tarcie,
- powierzchnia ciała - im większa powierzchnia ciała, tym większy opór, ponieważ cząsteczki powietrza mają większą powierzchnię do pokonania, aby oderwad się od poruszającego się ciała,
- prędkośd ruchu ciała - opór jest proporcjonalny do kwadratu prędkości tj. np. dwukrotnie zwiększona prędkość - opór rośnie czterokrotnie, przy czym jest zupełnie obojętne czy ciało przemieszcza się w spokojnym powietrzu, czy też powietrze napływa na nieruchome ciało, 
- położenie ciała względem strug - płytka ustawiona największą powierzchnią w kierunku ruchu,stwarza większy opór od tej samej płytki ustawionej najwęższym bokiem w kierunku ruchu, 
- gęstość powietrza - im rzadsze powietrze, tym zmniejsza się siła oporu.
DROGA SKOCZKA PO ODDZIELENIU SIĘ OD SAMOLOTU
Opuściwszy samolot, skoczek podlega działaniu siły ciężkości i siły naporu strug powietrza na skutek prędkości poziomej nadanej przez samolot. Pod działaniem siły ciężkości spada w dół, natomiast parcie strug powietrza powoduje zmniejszenie prędkości nadanej przez samolot. Czyli, z
chwilą oddzielenia się od samolotu, skoczek porusza się w powietrzu pod działaniem siły bezwładności i przyciągania ziemskiego. Ponieważ siły te działają w jednym czasie, prędkość skoczka (Vw) będzie wypadkową: prędkości poziomej (Vi) i prędkości pionowej (Vg)
Wartośd (Vw) ma znaczenie przy skokach z natychmiastowym otwarciem i wzrasta wraz z prędkością samolotu. W następstwie oporu powietrza początkowa prędkośd pozioma ciała po 10-12 sek. zanika do 0 (zera) i w dalszym ruchu skoczek spada pionowo. Zniesienie za samolotem należy brać pod uwagę przy obliczaniu miejsca zrzutu, bo np. przy pogodzie bezwietrznej, gdy samolot leci z prędkością 150 km/h, po 10 sekundach zniesienie wyniesie ok. 215 m.
OBLICZANIE UTRATY WYSOKOŚCI W CZASIE SPADANIA
W początkowej fazie spadania w wyniku małej prędkości siła oporu powietrza prawie nie istnieje. W miarę upływu czasu rośnie prędkośd pionowa, a z nią opór. Siła oporu powietrza po pewnym czasie osiąga wartość siły ciężkości skoczka wraz ze spadochronem. Występuje, zatem
równowaga sił, gdyż zanika przyspieszenie, a prędkośd spadania jest jednostajna, największa, jaką skoczek może osiągnąć opadając z zamkniętym spadochronem.
Nazywamy ją prędkością graniczną.
Wartość prędkości granicznej waha się w zależności od pozycji opadającego skoczka, ale do obliczeń przyjmuje się średnią prędkość, która wynosi 50 m/s (180 km/h).
Dużo ważniejsza od prędkości jest utrata wysokości, jaka nastąpi w czasie opadania. W początkowej fazie skoczek utraci wysokość zgodnie z zasadą ruchu jednostajnie przyspieszonego, aż do osiągnięcia prędkości granicznej. Przyjmuje się, że skoczek osiąga maksymalną prędkość opadania po 10 sekundach. Utrata wysokości w tym czasie, zależna jest od pozycji, w jakiej opada skoczek.
Po wielu doświadczeniach obliczono, jaka jest średnia utrata wysokości po określonym czasie:
  1 sek. - 5 m
  2 sek. - 20 m
  3 sek. - 45 m
  4 sek. - 75 m
  5 sek. - 110 m
  6 sek. - 147 m
  7 sek. - 193 m
  8 sek. - 240 m
  9 sek. - 288 m
10 sek. - 340m
W ciągu 10 sekund skoczek utraci 340 m, osiągając prędkośd graniczną i zacznie opadać z prędkością jednostajną 50m/s, czyli każda następna sekunda, to przebycie przez skoczka 50 m.
Dzięki powyższym wyliczeniom możemy obliczyć utratę wysokości po określonym czasie.
Ma to znaczenie przy skokach z opóźnionym otwarciem spadochronu.
PRZYKŁAD:
Dane: 
skok z wysokości 2200 m.; opóźnienie 30 sek.  
Wyliczenie:
pierwsze 10 sek. = 340 m
pozostałe 20 sek. = 20 x 50 = 1000 m
2 sek. dolicza się na czas otwierania się spadochronu = 100 m
Razem: utrata wysokości = 1440 m
2200 m - 1440 m = 760 m
Skoczek zawiśnie na otwartym spadochronie na wysokości 760 m. 
ZNIESIENIE LINIOWE
Po otwarciu spadochronu skoczek przemieszcza się dzięki ruchom powietrza, jak i właściwościom lotnym spadochronu. Aby określić miejsce zrzutu musimy wyliczyć drogę, jaką skoczek przebędzie w poziomie od momentu otwarcia spadochronu. Drogę tę wyliczmy na podstawie zniesienia liniowego, którym jest odcinek łączący rzut punktu, nad którym skoczek otworzył spadochron z punktem zetknięcia się skoczka z ziemią (miejscem lądowania), (rysunek_zniesienie).
Zniesienie liniowe określa się wzorem:
L= H podzielone przez Vop razy Vśr
gdzie:
L - zniesienie liniowe
H - wysokość otwarcia spadochronu
Vop - prędkość opadania
Vśr - prędkość średnia wiatru
Przykład:
Skoczek wyskoczył z wysokości 2000m, zawisł na otwartym spadochronie na wysokości 850m.
Średni wiatr wynosił 4 m/s, a prędkość opadania wynosiła 5 m/s:
L = 850 m : 5 m/s x 4 m/s = 680 m
Zniesienie liniowe określa również odległość, jaką musi przebyd samolot lecąc pod wiatr przez punkt lądowania do punktu zrzutu. Zniesienie liniowe wylicza się matematycznie (powyżej),graficznie (sposób zbyt skomplikowany, nie jest stosowany) oraz za pomocą sondy.
Sonda wyrzucana jest z wysokości 600 m nad celem (miejscem lądowania, np. krzyżem na lotnisku). Odległośd między miejscem lądowania sondy, a krzyżem (cel) jest zniesieniem. Nalot samolotu ze skoczkami następuje przez miejsce lądowania sondy i miejsce planowanego lądowania skoczków. Przy skokach z opóźnionym otwarciem skoczek porusza się za samolotem i w czasie 10 s pokona w poziomie odległość ok. 200 m.
A - miejsce lądowania sondy
O - miejsce lądowania skoczków
B - miejsce wyskoku skoczków
Odległośd między punktem O i A to zniesienie liniowe (rysunek_1). Aby skoczkowie wylądowali w celu, muszą opuścić samolot w punkcie B (odległość między B i O równa jest zniesieniu liniowemu).
W przypadku, gdy samolot zboczy z kursu i sonda spadnie z boku, należy przeprowadzić następujące wyliczenia (rysunek_2):
A - miejsce zrzutu sondy
B - miejsce lądowania sondy
C - miejsce zrzutu skoczków
O - miejsce lądowania
Odcinek AB to zniesienie liniowe. Nad punktem A sonda została zrzucona i wylądowała w punkcie B. Po zbudowaniu równoległoboku wiemy, że skoczkowie opuszczą samolot nad punktem C, aby wylądowad w celu (O).
Przy zrzucie sondy należy pamiętać, aby określić orientacyjny kierunek wiatru. Sondą może być spadochronik o prędkości opadania 5 m/s, może być to sonda papierowa (taśma z bibuły).
Zniesienie liniowe można obliczyć również na podstawie wykonanego skoku przez doświadczonego skoczka.
OKREŚLENIE PUNKTU ZRZUTU NA PODSTAWIE KOMUNIKATU METEO
W przypadku wykonywania skoków z wysokosci 4000 m. normą jest, że punkt zrzutu ustalany jest z pilotem, przed startem, na podstawie analizy komunikatu meteo.
W tym przypadku trzeba brać pod uwagę nie tylko warunki meteo, ale i też ilość osób opuszczajacych pokład samolotu, wielkość grup i zadań jakie mają do wykonania.
Ponieważ nigdy nie było żadnych opracowań na ten temat, metodą prób i błędów, ustalono na Strefie SkyDive Warszawa, nastepujące zasady określenia punktu zrzutu, oczywiscie podczas wyrzutu "pod wiatr":
  • przy sile wiatru 0 m/s - teoretycznie punkt zrzutu może być w każdym punkcie, jednak dobrze jest, by mieścił się on w promieniu 500 m od punktu lądowania;
  • przy sile wiatru do 3 m/s - punkt zrzutu ustalony jest nad punktem lądowania;
  • przy sile wiatru do 5 m/s - punkt zrzutu ustalony jest w odległosci 0,3 mili za punktem lądowania;
  • przy sile wiatru do 8 m/s - punkt zrzutu ustalony jest w odległości 1,0 mili za punktem lądowania;
  • przy sile wiatru do 10 m/s - punkt zrzutu ustalony jest w odległości 1,5 mili za punktem lądowania;

Sterowanie spadochronem szybującym
Czasza spadochronu szybującego zbudowana jest z dwóch powłok o różnej przepuszczalności powietrza, połączonych przegrodami tworzącymi otwarte komory (ilość ich jest różna w zależności od typu) wypełniane napływającym powietrzem. Powoduje to tworzenie półsztywnego skrzydła. Usztywniony płat, wytwarza siłę nośną, która jest uzależniona od kąta ustawienia powierzchni czaszy. Regulowanie prędkości postępowej odbywa się za pomocą linek sterowniczych. Przy pełnym zahamowaniu prędkość opadania rośnie, siła nośna zmniejsza się, co umożliwia skoczkowi prawie pionowe schodzenie do celu. Dalsze ściągnięcie linek sterowniczych powoduje tzw. przeciągnięcie. Czasza traci swoje właściwości nośne, staje się niestabilna, silnie wzrasta prędkość opadania. Przeciągnięcie spadochronu szybującego jest bardzo niebezpieczne przy lądowaniu. Dlatego też, skoczek ma za zadanie przy każdym skoku, przeciągnąć spadochron na bezpiecznej wysokości, aby zapamiętać do jakiego momentu może ściągnąć linki sterownicze, żeby nie przeciągnąć spadochronu.
Spadochrony szybujące posiadają dużą prędkość postępową (9-13 m/s). Manewrowanie tego typu spadochronem wymaga dużych umiejętności. Aby ułatwić pracę na „latającym skrzydle” i pomóc w określeniu drogi do celu, wyliczono w zależności od siły wiatru, odległość od punktu lądowania (na trawersie i na prostej) oraz wysokość:

Odległość na trawersie punktu lądowania

V wiatru w m/s

odległość w m

0

70

1

60

2

50

3

40

4

30

5

20

6

10

7

0

Odległość na prostej do punktu lądowania

V wiatru w m/s

odległość w m

0

175

1

150

2

125

3

100

4

75

5

50

6

25

7

0