Perché la fisica e non la biomeccanica determina la precisione del lancio umano?

Ecco una domanda semplice. Immagina di lanciare una palla in un cestino. Ti conviene usare un tiro sopra o sotto le ascelle?

Si scopre che questa domanda è stata sorprendentemente difficile da affrontare sia per i fisici che per i biomeccanici. Oggi, tuttavia, Madhusudhan Venkadesan e Lakshminarayanan Mahadevan dell'Applied Math Lab dell'Università di Harvard, gettano ulteriore luce sul problema.

La difficoltà sta nella complessità del problema. Il braccio, la spalla e il polso costituiscono un sistema articolato che consente un gran numero di variazioni nello stile di lancio. Inoltre, i parametri coinvolti nel lancio sono difficili da confrontare. Ad esempio, un errore del 5% nell'angolo di lancio non si somma facilmente a un errore del 5% nella velocità di lancio perché queste quantità hanno dimensioni diverse. È come confrontare mele e banane.

Venkadesan e Mahadevan hanno un modo chiaro per aggirare questo enigma. In primo luogo, considerano solo il tipo più semplice di modello di lancio: un braccio costituito da una leva imperniata alla spalla che può lanciare sia sotto il braccio che sopra il braccio. Questi lanci possono essere descritti da due parametri: la velocità angolare dell'oscillazione e l'angolo del braccio al rilascio. In secondo luogo, introducono una scala di lunghezza naturale, chiamata lunghezza del braccio, e la usano per rendere adimensionale la loro analisi dell'angolo di lancio e della velocità.

In questo modo, hanno un modello semplice in cui gli errori nei parametri di avvio possono essere facilmente confrontati.

Quello che trovano è un po' curioso.

Qualsiasi lancio avrà piccoli errori nell'angolo di lancio e nella velocità. La domanda che si pongono Venkadesan e Mahadevan è come traiettorie diverse amplificano questi errori dopo il lancio.

Il risultato più interessante è che c'è un chiaro compromesso tra velocità e precisione: i lanci più lenti sono migliori. Ciò sarà d'accordo con l'esperienza di lancio della maggior parte delle persone e anche con la montagna di dati misurati che esiste già su questo argomento. Tuttavia, il consenso fino ad ora è che i tiri più lenti sono più precisi a causa delle limitazioni del nostro corpo. Il pensiero è che le prestazioni dei muscoli sono più rumorose a forze più elevate e questo è ciò che riduce la precisione dei lanci più veloci.

Quindi il risultato di Venkadesan e Mahadevan sarà una sorpresa perché il compromesso tra precisione e velocità deriva interamente dal modo in cui la traiettoria amplifica gli errori: il comportamento muscolare non c'entra. Il risultato è puramente dalla fisica piuttosto che dalla biologia.

Venkadesan e Mahadevan hanno un altro risultato interessante: quando si tratta di lanci più veloci, l'azione dell'overarm è chiaramente più accurata. Ciò sarà anche in sintonia con l'esperienza di molte persone, ma ancora una volta ha poco a che fare con la biomeccanica. Il risultato è puramente dal modo in cui diverse traiettorie amplificano gli errori.

Il lavoro offre alcune strade potenzialmente gratificanti per gli scienziati sportivi per studiare l'accuratezza del lancio in modelli più complessi che riproducono meglio la meccanica dell'azione di lancio umana. Sarà interessante da guardare.

Nel frattempo, Venkadesan e Mahadevan suggeriscono che la preferenza generale dell'essere umano per il lancio del braccio potrebbe non essere casuale. Sollevano l'intrigante possibilità che il motivo per cui siamo così bravi a lanciare le braccia rispetto ad altri animali, è che il processo di evoluzione ha selezionato la forma del nostro corpo per sfruttare al meglio la fisica coinvolta. L'idea è che lanciatori migliori siano cacciatori migliori che hanno maggiori probabilità di sopravvivere. Buona idea!

Rif: arxiv.org/abs/1008.1442 : Strategie ottimali per lanciare con precisione

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