15 agosto 2014

La rotazione nelle tecniche in volo

capire con l’aiuto della Fisica come eseguire al meglio una tecnica in volo in rotazione

Quando in fisica si esegue lo studio delle forze, sappiamo che non è necessario applicare le forze ad ogni singola particella che compone il corpo, è sufficiente applicare le forze al baricentro (centro di massa). La posizione del Centro di Massa si calcola eseguendo l’integrale delle posizioni di tutti i punti del corpo in cui si trova una massa diviso l’integrale di ogni singola massa che compone il corpo. La posizione del Centro di Massa nei segmenti corporei (e la relativa distanza dalle estremità) è la presente:
centro di massa segmenti corporei Il peso dei segmenti corporei in percentuale rispetto al peso totale del corpo è il presente:
Testa 7%
Parte superiore del braccio 3,6
Avambraccio 2,2%
Mano 0,7
Tronco 43%
Coscia 11,4%
Stinco 5,3%
Piede 1,8%

Raggruppando i valori in quattro macroaree, la distribuzione è la seguente:
Testa 7%
Braccio 6,5%
Tronco 43%
Gamba 18,5%

Possiamo definire “Momento Meccanico” di una Forza rispetto ad un punto o asse di rotazione l’analogo rotazionale della Forza
M = F vettor r
M = Momento Meccanico
(vettore) = moltiplicazione per la funzione “sin” (angolo formato tra F ed r; è massima quando l’angolo è 90° (sin 90° = 1)
r = raggio (distanza del punto di applicazione della forza dal centro di rotazione)

 

Momento meccanico

Nel caso di una Forza che agisce obliqua su un punto di un corpo rigido in rotazione, è solamente la componente perpendicolare al raggio di rotazione ad avere effetto.
La componente di forza che agisce sul corpo in rotazione è quella che imprime la spinta e si trova con la formula

F = (F Sin α ) r
F = Forza totale x sin angolo compreso tra la forza ed il raggio di rotazione

componente utile forza di rotazione

E’ evidente che maggiore è la distanza tra il punto ed il centro o asse di rotazione e maggiore è il Momento Meccanico generato. Pertanto, maggiore è la distanza dal punto o asse di rotazione, maggiore è la Forza necessaria per contrastare il Momento Meccanico:
se il corpo è fermo, ci vuole più forza per metterlo in movimento mentre se il corpo è in movimento, ci vuole più forza per fermarlo. Abbiamo visto che in un corpo rigido in rotazione attorno ad un asse (come nel caso di una gamba che esegue un calcio circolare volante), maggiore è la distanza del baricentro di un arto dall’asse di rotazione, maggiore è la forza richiesta ai muscoli per metterlo in movimento o fermarlo, inoltre maggiore è la massa, maggiore è la forza necessaria per tenerlo in movimento o fermare la rotazione; pertanto la massa e la distanza dall’asse di rotazione (raggio) sono determinanti per stabilire quanta forza occorre per eseguire (o variare, o fermare) la rotazione.
Un corpo in movimento è dotato di Energia Cinetica, frutto di una forza che genera uno spostamento

E = F x S = m x a x s

Sapendo che v = radice quadrata 2as
Allora s = v al quadrato/2a
Quindi E = m x a x v al quadrato/2a
E = 1/2m v al quadrato

Nel caso di un corpo rigido in rotazione, la velocità periferica è uguale alla velocità angolare per il raggio

V = w x r

Pertanto l’Energia Cinetica di un corpo in rotazione è
E = 1/2 m w al quadrato r al quadrato

Confrontando l’energia cinetica nel moto traslatorio e rotatorio
E = 1/2 m v al quadrato E = 1/2 m w al quadrato r al quadrato
Riconosciamo identiche le formule se I = m r al quadrato
I è il Momento di Inerzia di un corpo rigido in rotazione ed è la resistenza da vincere per imprimere il movimento

Il Momento di Inerzia aumenta quindi (e di molto) con l’allontanamento dall’asse di rotazione

salto girando 2

I = m r al quadrato

L’inerzia della gamba tesa che ruota durante un calcio circolare eseguito perfettamente da un atleta di 70 kg è
I = 70 kg x 0,185 x (0,35)al quadrato = 1,58 kg m al quadrato
Raddoppiando la distanza della gamba dal corpo, diventa quadrupla

Per calcolare il momento di Inerzia di una gamba piegata, bisogna calcolare la distanza tra il Centro di Massa della coscia e il corpo (asse di rotazione) e la forza peso della gamba

salto girando 1

I = m x r al quadrato

Massa della coscia sollevata:
11,4% del corpo x 70 kg x distanza della gamba piegata dal corpo: 15 cm circa (0,15 m)
M = 0,114 x 70 x 0,15 = 1,2 kg x metro al quadrato.

Per sollevare una gamba tesa e farla ruotare in aria attorno al corpo bisogna vincere un Momento di Inerzia del 50% maggiore rispetto ad una gamba piegata

Gamba tesa: 1,8 kg m al quadrato
Gamba piegata: 1,2 kg m al quadrato
Entrambe: 3 kg m al quadrato

Oggi non è più possibile caricare un calcio volante in rotazione tenendo la gamba sinistra piegata, in quanto la forza impressa per vincere l’inerzia sarebbe insufficiente per poter compiere un giro e mezzo (o due giri) in aria

Tenendo tesa verso terra la gamba sinistra, l’unica inerzia da vincere è quella rappresentata dalla gamba destra; pertanto per ruotare maggiormente, è necessario tenere la gamba sinistra protesa verso il basso senza raccoglierla al petto durante la rotazione

salto girando gamba tesa

Concludendo: l’evoluzione del wushu, con rotazioni fino a 720°, ha portato ad eseguire i calci volanti in rotazione mantenendo la gamba sinistra verso il basso (e le braccia vicino al corpo) per diminuire l’inerzia

In caso contrario, non c’è tempo per eseguire 2 rotazioni prima di atterrare