Matematycy tworzą zupełnie nowe nurkowanie z 5 skrętami i 1,5 salta

Sport olimpijski, jakim jest nurkowanie, łączy atletykę i zwinność z mocą, gracją i precyzją. Nurkowania są oceniane na podstawie startu, lotu i wejścia do wody. Ale ostateczny wynik jest następnie mnożony przez stopień trudności nurkowania. Tak więc proste nurkowanie, doskonale wykonane, często daje mniej punktów niż trudne nurkowanie, które jest częściowo nieudane.

Z tego powodu nurkowania stają się coraz bardziej złożone. Na Igrzyskach Olimpijskich w Pekinie w 2008 r. najbardziej złożone nurkowanie miało stopień trudności 3,8; był to salto odwrócone 2½ z 2½ zakrętami. Dziś najtrudniejszym nurkowaniem jest salto odwrócone 4½ w pozycji szczupaka ocenione na 4,8. Trudniejsze nurkowania przewiduje FINA, światowy organ zarządzający sportem.

Dlatego nurkowie nieustannie szukają sposobów na poprawę. I to rodzi interesujące pytanie – ile salta i skrętów można połączyć podczas nurkowania na 10 metrów?

Dzisiaj otrzymujemy swego rodzaju odpowiedź dzięki pracy Williama Tonga i Holgera Dullina z Uniwersytetu w Sydney w Australii, którzy zbudowali matematyczny model sposobu, w jaki ludzkie ciało może skręcać się i obracać w powietrzu. Wykorzystali to, aby zaproponować zupełnie nową sekwencję zmian kształtu ciała, która może przekształcić czysty ruch salto w czysty ruch skrętny i z powrotem.

Ta sekwencja ruchów pozwala ciału skręcać się szybciej niż kiedykolwiek wcześniej. Tong i Dullin twierdzą, że dzięki tej nowej technice możliwe jest wykonywanie nurkowań o wcześniej niespotykanej złożoności.

Aby pochwalić się swoim podejściem, zaprojektowali nurkowanie, którego nigdy wcześniej nie próbowano, składające się z 1,5 salta z pięcioma skrętami. Nazywają to nurkowaniem 513XD (zgodnie z kodem klasyfikacji nurkowania FINA) i mówią, że uważają, że będzie to osiągalne w najbliższej przyszłości.

Najpierw trochę tła. Prawa fizyki ostatecznie ograniczają, jak labiryntowe może być nurkowanie. Najważniejszym ograniczeniem jest grawitacja, która określa, jak długo nurek może spędzić w powietrzu przed uderzeniem w wodę. Upadek z 10-metrowej platformy zajmuje 1,43 sekundy, czas, który można wydłużyć do około 1,6 sekundy przy dobrym skoku.

Ograniczona jest również liczba salt i zwrotów akcji, które można wykonać w tym czasie. Zasady nurkowania zapobiegają skręcaniu się nurków podczas skoku. Zamiast tego, skręcanie można osiągnąć jedynie poprzez przekształcenie salta w powietrzu poprzez zmianę kształtu ciała.

Ilość momentu pędu dostępnego dla nurka jest stała podczas lotu i nie może być zmieniona w powietrzu. Tak więc wielkość momentu pędu, jaki nurek generuje podczas startu, jest kluczowa, bo decyduje o tym, ile skrętów i salt będzie możliwych.

Nurkowie mogą przekształcać salta w skręty, poruszając ramionami podczas ich obracania. Rozpoczynając z uniesionymi obydwoma rękami, opuszczenie jednej ręki powoduje skręcenie ciała, a ponowne podniesienie zatrzymuje ruch skręcający. Szybkość, z jaką poruszają się ramiona, określa prędkość skrętu. Zgrabne ruchy wytwarzają więcej impulsów i prowadzą do szybszych skrętów, umożliwiając nurkowi dalsze skręcanie podczas upadku.

Nowy ruch Tonga i Dullina wykorzystuje dłuższą sekwencję ruchów ramion, aby wygenerować jeszcze bardziej skręcający ruch. Nurek wykonujący salto zaczyna z wyciągniętymi obydwoma rękami i opuszcza lewą rękę na bok, jak poprzednio.

Ale następny wniosek jest zupełnie nowy. Następnie nurek unosi lewą rękę, jednocześnie opuszczając prawą rękę. Zwiększa to szybkość skręcania. Następnie nurek unosi prawą rękę, jednocześnie opuszczając lewą. Na koniec nurek unosi lewą rękę tak, aby obie znalazły się ponownie nad głową, co zatrzymuje ruch skręcający i kończy nurkowanie. Oczywiście wszystko to musi się zdarzyć, gdy nurek wykonuje salto przez 1½ obrotu.

Dullin i Tong używają biomatematycznego modelu ciała, aby zasymulować, jak to wszystko może mieć miejsce. W szczególności obliczają, ile czasu zajmuje wykonanie pięciu skrętów i 1½ salta i pokazują, że można to zrobić w 1,8 sekundy, zakładając, że nurek generuje jedynie umiarkowane poziomy momentu pędu podczas startu.

To dłużej niż nurkowie w powietrzu. Ale para twierdzi, że istnieją różne sposoby na osiągnięcie zysków. Oczywistym sposobem jest zwiększenie ilości momentu pędu podczas startu. Ponadto nurek spędza znaczną ilość czasu — 0,4 sekundy — z rękami i nogami wyprostowanymi, aby wykonać pełne 1½ salta. Można to zmniejszyć, przyjmując pozycję schowaną lub szpiczastą (chociaż ich model nie jest jeszcze w stanie uwzględnić tych pozycji).

Te zmiany powinny być osiągalne dla nurka światowej klasy, mówią Dullin i Tong. To prowadzi nas do wniosku, że sportowcy z prawdziwego świata mogą w zasadzie wykonać nurkowanie 513XD.

Mówią, że to zrewolucjonizowałoby sport nurkowania, gdyby było ono z powodzeniem wykonywane na zawodach. Nurkowanie, które jest teoretycznie zaprojektowane przy użyciu modelu matematycznego, toruje drogę do innych zmian, ponieważ model zaczyna uwzględniać inne zmiany kształtu ciała, takie jak zakładki i szczupaki.

Oczywiście żaden nurek nie próbował jeszcze nurkowania 513XD. Symulując nurkowanie 513XD mamy nadzieję zapewnić trenerom i sportowcom wgląd i motywację, aby pewnego dnia nurkowanie mogło zostać wykonane podczas zawodów, mówią Dullin i Tong.

Praca ma zastosowanie również w innych sportach, takich jak narciarstwo podniebne i snowboard. Ponadto konwersja z czystego salta do czystego skrętu (i vice versa) ma zastosowanie w manewrowości kosmicznej, gdzie czas w powietrzu nie jest czynnikiem, mówi zespół.

To ciekawa praca, która wykorzystuje modelowanie matematyczne i zasady inżynierii do zmiany charakteru sportu. A jeśli jacyś nurkowie mają ochotę na 513XD, daj nam znać. Chętnie obejrzymy film z twoich prób.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1612.06455 : Nowe kręte salto — 513XD

ukryć