I matematici creano un'immersione completamente nuova con 5 colpi di scena e 1,5 capriole

Lo sport olimpico della subacquea combina atletismo e agilità con potenza, grazia e precisione. Le immersioni vengono valutate in base al decollo, al volo e all'ingresso in acqua. Ma il punteggio finale viene poi moltiplicato per il grado di difficoltà dell'immersione. Quindi un'immersione semplice eseguita alla perfezione spesso ha un punteggio inferiore a un'immersione difficile che è in parte fallita.

Per questo motivo le immersioni sono diventate sempre più complesse. Alle Olimpiadi di Pechino del 2008, l'immersione più complessa aveva un grado di difficoltà di 3,8; questo era un salto mortale inverso di 2½ con 2½ colpi di scena. Oggi l'immersione più difficile è una capriola al contrario di 4½ in posizione di picca con un punteggio di 4,8. I tuffi più difficili sono previsti dalla FINA, l'organo di governo mondiale dello sport.

Quindi i subacquei sono costantemente alla ricerca di modi per migliorare. E questo solleva una domanda interessante: quante capriole e colpi di scena possono essere combinati in un'immersione di 10 metri?

Oggi riceviamo una sorta di risposta grazie al lavoro di William Tong e Holger Dullin dell'Università di Sydney, in Australia, che hanno costruito un modello matematico del modo in cui il corpo umano può ruotare e ruotare nell'aria. Hanno usato questo per proporre una sequenza completamente nuova di cambiamenti della forma del corpo che possono convertire il puro movimento di capriola in puro movimento di torsione e ritorno.

Questa sequenza di movimenti consente al corpo di ruotare più velocemente che mai. Tong e Dullin affermano che con questa nuova tecnica è possibile eseguire immersioni di complessità mai vista prima.

Per mostrare il loro approccio, hanno progettato un'immersione mai tentata prima composta da 1,5 capriole con cinque colpi di scena. Lo chiamano immersione 513XD (seguendo il codice di classificazione delle immersioni della FINA) e affermano che pensano che sarà realizzabile nel prossimo futuro.

Prima un po' di background. Le leggi della fisica alla fine limitano quanto possa essere labirintica un'immersione. Il limite più significativo è la gravità, che determina quanto tempo un subacqueo può trascorrere in aria prima di colpire l'acqua. Da una piattaforma di 10 metri, ci vogliono 1,43 secondi per cadere, un tempo che può essere aumentato a circa 1,6 secondi con un buon salto.

Anche il numero di capriole e colpi di scena che possono essere completati in questo periodo è limitato. Le regole di immersione impediscono ai subacquei di torcersi mentre saltano. Invece, la torsione può essere ottenuta solo convertendo il movimento di capriola a mezz'aria cambiando la forma del corpo.

La quantità di momento angolare a disposizione del subacqueo è costante durante il volo e non può essere modificata a mezz'aria. Quindi la quantità di momento angolare che il subacqueo genera durante il decollo è cruciale, perché determina anche quante torsioni e capriole saranno possibili.

I subacquei possono convertire le capriole in colpi di scena muovendo le braccia mentre ruotano. Partendo con entrambe le braccia sollevate, portare un braccio in basso fa torcere il corpo mentre sollevandolo di nuovo si interrompe il movimento di torsione. La velocità con cui si muovono le braccia determina la velocità della torsione. I movimenti rapidi creano più impulso e quindi portano a torsioni più veloci, consentendo al subacqueo di ruotare ulteriormente durante la caduta.

La nuova mossa di Tong e Dullin utilizza una sequenza più lunga di movimenti del braccio per generare ancora più torsioni. Il tuffatore inizia con entrambe le braccia tese e lascia cadere il braccio sinistro di lato, come prima.

Ma la prossima mozione è completamente nuova. Il subacqueo poi alza il braccio sinistro e allo stesso tempo abbassa il braccio destro. Ciò aumenta la velocità di torsione. Successivamente, il subacqueo alza il braccio destro e allo stesso tempo abbassa il sinistro. Infine, il subacqueo alza il braccio sinistro in modo che entrambi siano di nuovo sopra la testa e questo interrompe il movimento di torsione e termina l'immersione. Ovviamente tutto questo deve avvenire mentre il subacqueo esegue una capriola di 1 giro e mezzo.

Dullin e Tong usano un modello biomatematico del corpo per simulare come tutto questo può avvenire. In particolare, calcolano quanto tempo ci vuole per fare cinque torsioni e 1½ capriole e mostrano che può essere fatto in 1,8 secondi, supponendo che il subacqueo generi solo livelli moderati di momento angolare durante il decollo.

Questo è più lungo di quanto i subacquei abbiano nell'aria. Ma la coppia dice che ci sono vari modi per fare guadagni. Un modo ovvio è aumentare la quantità di momento angolare durante il decollo. Inoltre, il subacqueo trascorre una notevole quantità di tempo, 0,4 secondi, con le braccia e le gambe distese per completare 1½ capriole. Questo potrebbe essere ridotto prendendo una posizione nascosta o picchettata (sebbene il loro modello non sia ancora in grado di incorporare queste posizioni).

Questi cambiamenti dovrebbero essere realizzabili per un subacqueo di livello mondiale, dicono Dullin e Tong. Questo ci porta a concludere che gli atleti del mondo reale possono in linea di principio eseguire l'immersione 513XD.

Questo rivoluzionerebbe lo sport delle immersioni se praticato con successo in competizione, dicono. Un'immersione teoricamente progettata utilizzando un modello matematico apre la strada ad altri cambiamenti poiché il modello inizia a incorporare altri cambiamenti della forma del corpo come pieghe e picche.

Naturalmente, nessun subacqueo ha ancora tentato l'immersione con il 513XD. Simulando l'immersione 513XD speriamo di fornire agli allenatori e agli atleti informazioni e motivazione in modo che l'immersione possa un giorno essere eseguita in competizione, affermano Dullin e Tong.

Il lavoro ha applicazioni anche in altri sport, come lo sci aereo e lo snowboard. Inoltre, la conversione da pura capriola a pura torsione (e viceversa) ha applicazioni nella manovrabilità spaziale in cui il tempo in volo non è un fattore, afferma il team.

Questo è un lavoro interessante che utilizza modelli matematici e principi ingegneristici per cambiare la natura dello sport. E se qualche subacqueo ha voglia di provare il 513XD, faccelo sapere. Ci piacerebbe vedere un video dei tuoi tentativi.

Rif: arxiv.org/abs/1612.06455 : Una nuova capriola tortuosa: 513XD

nascondere