Dlaczego to fizyka, a nie biomechanika determinuje dokładność rzucania przez człowieka?

Oto proste pytanie. Wyobraź sobie, że wrzucasz piłkę do kosza. Czy lepiej jest używać rzutu przedramiennego czy pod pachami?

Okazuje się, że pytanie to było zaskakująco trudne zarówno dla fizyków, jak i biomechaników. Dziś jednak Madhusudhan Venkadesan i Lakshminarayanan Mahadevan z Laboratorium Matematyki Stosowanej Uniwersytetu Harvarda rzucają dodatkowe światło na ten problem.

Trudność tkwi w złożoności problemu. Ramię, bark i nadgarstek tworzą wieloprzegubowy system, który pozwala na dużą liczbę wariantów stylu rzucania. Ponadto parametry związane z rzucaniem są trudne do porównania. Na przykład 5-procentowy błąd w kącie rzutu nie łączy się łatwo z 5-procentowym błędem w szybkości rzutu, ponieważ wartości te mają różne wymiary. To jak porównywanie jabłek i bananów.

Venkadesan i Mahadevan mają dobry sposób na obejście tej zagadki. Po pierwsze, biorą pod uwagę tylko najprostszy model rzucania: ramię składające się z dźwigni obracającej się na ramieniu, która może rzucać zarówno pod pachą, jak i przed ramieniem. Rzuty te można opisać dwoma parametrami: prędkością kątową wymachu i kątem wypuszczenia ramienia. Po drugie, wprowadzają naturalną skalę długości, zwaną długością ramienia, i wykorzystują ją do bezwymiarowej analizy kąta startu i prędkości.

W ten sposób mają prosty model, w którym można łatwo porównać błędy w parametrach uruchamiania.

To, co znajdują, jest dość ciekawe.

Każdy rzut będzie miał małe błędy w kącie i prędkości startu. Pytanie, które zadają Venkadesan i Mahadevan, brzmi, jak różne trajektorie wzmacniają te błędy po uruchomieniu.

Najbardziej interesującym wynikiem jest to, że istnieje wyraźny kompromis między szybkością a celnością: wolniejsze rzuty są lepsze. Zgadza się to z doświadczeniem większości ludzi w rzucaniu, a także z górą danych pomiarowych, które już istnieją na ten temat. Jednak do tej pory konsensus jest taki, że wolniejsze rzuty są dokładniejsze ze względu na ograniczenia naszego ciała. Myślenie jest takie, że praca mięśni jest głośniejsza przy wyższych siłach, a to zmniejsza celność szybszych rzutów.

Tak więc wynik Venkadesana i Mahadevana będzie zaskoczeniem, ponieważ kompromis między dokładnością a szybkością wynika całkowicie ze sposobu, w jaki trajektoria wzmacnia błędy – nie wchodzi w to zachowanie mięśni. Wynik pochodzi wyłącznie z fizyki, a nie z biologii.

Venkadesan i Mahadevan mają jeszcze jeden ciekawy wynik, który polega na tym, że jeśli chodzi o szybsze rzuty, akcja overarm jest wyraźnie dokładniejsza. Będzie to również współgrało z doświadczeniem wielu ludzi, ale znowu ma to niewiele wspólnego z biomechaniką. Wynik wynika wyłącznie ze sposobu, w jaki różne trajektorie wzmacniają błędy.

Prace oferują pewne potencjalnie satysfakcjonujące możliwości dla naukowców zajmujących się sportem, aby zbadać dokładność rzutów w bardziej złożonych modelach, które lepiej odwzorowują mechanikę ludzkiego rzutu. To będzie interesujące do obejrzenia.

W międzyczasie Venkadesan i Mahadevan sugerują, że ogólna preferencja ludzi do rzucania przez ramię może nie być przypadkowa. Podnoszą intrygującą możliwość, że powodem, dla którego jesteśmy tak dobrzy w rzucaniu przez ramię w porównaniu z innymi zwierzętami, jest to, że proces ewolucji dobrał kształt naszego ciała, aby jak najlepiej wykorzystać związaną z nim fizykę. Uważa się, że lepsi rzucający tworzą lepszych myśliwych, którzy mają większe szanse na przeżycie. Dobry pomysł!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1008.1442 : Optymalne strategie rzucania celnego

ukryć