211service.com
Biomechaniczny problem pchnięcia kulą wreszcie rozwiązany
Jednym z dziwniejszych sportów olimpijskich jest pchnięcie kulą, w którym sportowiec rzuca metalową kulą wielkości grejpfruta tak daleko, jak to możliwe, wykonując dziwny ruch rzucający określony przez przepisy.
A teraz ciekawa zagadka biomechaniki: pod jakim kątem należy wystrzelić strzał, aby zmaksymalizować odległość rzutu?
Łatwo pomyśleć, że powinno to być 45 stopni i prosta analiza może to rzeczywiście sugerować. Ale pomiary akcji najlepszych putterów konsekwentnie pokazują je przy kącie zwolnienia między 37 a 38 stopni. Dlaczego płytsza trajektoria?
W latach 70. biomechanicy zdali sobie sprawę, że należy uwzględnić wysokość uwalniania, ponieważ zapewnia to, że trajektoria nie jest całkowicie symetryczna. Biorąc to pod uwagę, optymalny kąt wyzwolenia okazuje się wynosić 42 stopnie, bliżej zmierzonej wartości, ale wciąż jakieś 4 lub 5 stopni na zewnątrz. Od tego czasu nikt nie był w stanie dowiedzieć się, skąd bierze się różnica
Teraz Alexander Lenz z Politechniki w Dortmundzie i Florian Rappl z Uniwersytetu w Ratyzbonie w Niemczech mówią, że wiedzą, co się dzieje. Wskazują, że istnieje kilka innych efektów, które należy wziąć pod uwagę.
Po pierwsze, wysokość wypuszczenia to wysokość barku sportowca plus dodatkowy termin, który zależy od długości ramienia i jego kąta. Biorąc to pod uwagę, optymalny kąt uwalniania okazuje się być nawet o 1 stopień większy, co sprawia, że zagadka biomechaniczna staje się jeszcze bardziej dotkliwa.
Następnie Lenz i Rappl przyglądają się energii, jaką sportowcy mogą przekazać strzałowi, odpychając go pod kątem od barku. Można to podzielić na składniki kinetyczne i potencjalne. Potencjalny składnik jest związany z wysokością wystrzału nad ramieniem w momencie jego wypuszczenia.
Niemiecka para wskazuje, że równanie określające ostateczną odległość zależy od wysokości, ale także od kwadratu prędkości. Tak więc sportowiecowi lepiej jest przekazać więcej energii w formie kinetycznej niż potencjalnej. A to obniża optymalny kąt zwolnienia.
Wreszcie, Lenz i Rappl twierdzą, że od dawna wiadomo, że światowe rekordy w wyciskaniu na ławce są znacznie wyższe niż w wyciskaniu na ławce. Oznacza to, że sportowcy mają do dyspozycji większą moc, gdy kąt wypuszczenia wynosi 0 stopni w porównaniu z innymi kątami. Ten efekt oznacza również, że mniejszy kąt strzału może wysłać strzał dalej.
Łącząc to wszystko razem, Lenz i Rappl tworzą model oddania strzału, który przewiduje, że optymalny kąt wystrzelenia wynosi od 37 do 38 stopni, co prawie dokładnie odpowiada pomiarom najlepszych sportowców.
Zagadka rozwiązana!
Nr ref.: arxiv.org/abs/1007.3689 : Optymalny kąt wypuszczenia podczas pchnięcia kulą