1.4 Termini e Concetti Biomeccanici

Obiettivo di questo paragrafo è quello di estendere la conoscenza del range di concetti legati alla Biomeccanica e capire come questi siano collegati e come influenzino il movimento.

Gravità

Tutti i movimenti degli atleti sono influenzati dalla gravità…nessuno può sfuggirle!!!

La Gravità è un concetto che si riferisce all’accelerazione che la Terra, grazie ad una forza diretta verso il basso, genera su un oggetto vicino o a contatto con la sua superficie e di valore pari a 9,82 m/s2. In sostanza la Gravità è una forza centripeta; tutti i corpi i corpi si muovono verso il centro della Terra per effetto di una forza proporzionale alla loro massa. Sebbene la Gravità venga considerata pressoché costante, ci sono molte sottili differenze nella spinta che la Terra esercita in diversi posti del pianeta stesso: la Legge della Gravitazione Universale spiega questo fenomeno.

In linguaggio moderno la legge della Gravitazione Universale afferma quanto segue:

Ogni punto materiale attrae ogni altro singolo punto di materiale con una forza che punta lungo la linea di intersezione di entrambi i punti. La forza è proporzionale al prodotto delle due masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra loro.

legge della Gravitazione Universale

dove:

  • F è l’intensità della forza tra le masse,
  • G è la costante di gravitazione universale,
  • m1 è la prima massa,
  • m2 è la seconda massa,
  • r è la distanza tra i centri delle masse.

Considerando le unità di misura SI, F è misurata in Newton (N), m1 e m2 in chilogrammi (kg), r in metri (m), e la costante G è approssimativamente uguale a 6,674 x 10-11 N m2 kg−2. Il valore della costante G è stato accuratamente determinato dai risultati dell’esperimento di Cavendish condotto dallo scienziato britannico Henry Cavendish nel 1798, anche se non fu proprio Cavendish a calcolare il valore numerico di G. Questo esperimento fu anche la prima verifica della teoria della gravitazione di Newton tra masse in laboratorio. Ebbe luogo 111 anni dopo la pubblicazione dei Principia di Newton e 71 anni dopo la sua morte, quindi nessuno dei calcoli di Newton poteva utilizzare il valore di G; egli poteva soltanto calcolare il valore di una forza rispetto ad un’altra.

In eventi dove un atleta è in volo, come la fase di volo del salto in lungo o nello Ski Jumping (come esempio estremo), il percorso aereo dell’atleta è determinato dall’effetto risultante dalla combinazione delle forze orizzontali e verticali al momento del decollo. Una volta in volo, la Gravità poi esercita una forza verso il basso sul Centro di Massa dell’atleta che agisce sulla curva parabolica del volo (Moto del Proiettile). Le azioni compiute in volo possono soltanto essere d’aiuto per bilanciare e correggere la postura per l’atterraggio. Queste azioni, infatti, non possono alterare la curva parabolica.

Questo meccanismo di azione-reazione mette nuovamente in risalto il perché la conoscenza dei rapporti causa e effetto sia così importante. Se stai osservando un percorso errato di volo e ordini all’atleta di cambiare le cose in volo nel tentativo di migliorarlo, ne rimarrai frustrato poiché la radice del percorso è da ricercare nella fase di decollo. 

La Massa

La Massa è la quantità di sostanza o materia che un corpo possiede. Rappresenta anche la misura della resistenza all’accelerazione (resistenza al cambiamento dello stato di moto) che un oggetto oppone quando è applicata una forza.

Poiché la massa negli atleti è relativamente costante, il solo metodo disponibile che abbiamo di accelerare o decelerare una data massa è incrementare (o migliorare) la forza espressa dall’atleta.

Il Peso invece è correlato alla massa, ma non è la stessa cosa. Il Peso in verità si riferisce alla Forza di Gravità che viene applicata ad un corpo (che è direttamente correlato alla sua massa). Pensa ad un astronauta nello spazio: rimossi gli effetti della Gravità, il suo Peso cambia, ma la sua massa rimane sempre la stessa.

Comuni unità di misura per la massa sono il Kilogrammo, il grammo, la libbra. L’unità di misura utilizzata per la forza è il Newton (N). 

Centro di Massa

Il Centro di Massa (CoM) di un oggetto è il punto in cui è concentrata tutta la sua distribuzione di massa.

I corpi rigidi hanno un punto fisso per la sua collocazione. Gli esseri umani, in virtù della loro capacità di distorcere e contorcere il proprio corpo, non hanno una fissata collocazione del CoM. È persino possibile per gli esseri umani che il CoM possa trovarsi al di fuori del corpo. Per gli atleti del salto con asta e del salto in alto ci sono istanti in cui il CoM è completamente fuori dal corpo per effetto delle contorsioni effettuate.

Inerzia

Come sottolineato in precedenza l’Inerzia si riferisce alla tendenza di un corpo o di un oggetto a continuare ciò che ha cominciato. Maggiore è la massa di un corpo e maggiore sarà l’Inerzia, ossia la resistenza al cambiamento. Una volta che comincia a muoversi, un oggetto tende a continuare a muoversi in linea retta.

Questo è un importante concetto negli sports, poiché un atleta con massa maggiore avrà una maggiore resistenza a cambiare il suo moto e, quindi, avrà bisogno di una maggiore forza rispetto a un atleta con massa minore (rapporto Potenza/Peso). È conseguenza immediata dunque che un eccesso di grasso corporeo è altamente indesiderato negli sport di velocità, perché rappresenta un contributo alla massa che deve muoversi, ma non un contributo alla forza o alla produzione di energia.

Per quanto riguarda invece l’Inerzia rotazionale essa è influenzata non solo dalla massa ma anche dalla distribuzione che essa assume attorno all’asse di rotazione. Ma di questo avrai maggiori delucidazioni quando affronteremo il discorso sul movimento angolare.

Forza

La Forza è definita come qualsiasi interazione che se incontrastata può modificare lo stato di moto di un corpo. Le forze possono:

  • far muovere un corpo che è fermo;
  • rallentare o fermare un corpo che è in movimento;
  • accelerare un corpo che è già in movimento.

In tutti gli eventi sportivi il timing e la direzione del punto di applicazione della forza sono componenti critiche. Se c’è da muovere noi stessi o un attrezzo, postura ed equilibrio incidono su questa abilità.

Una postura non consona e un difetto d’equilibrio spesso conducono alla produzione di forze che generano una distorsione all’interno del corpo responsabile di forze dissipative che incidono sulla risultante.

Se la forza non è diretta correttamente, il corpo deve spesso tollerare carichi maggiori con un conseguente maggiore rischio di infortunio.

Attrito

L’Attrito è un tipo di forza che si evidenzia quando un corpo si muove sulla superficie di un altro corpo. Viene descritta come una forza che si oppone e impedisce il moto del corpo in questione. Il motivo per cui gli sciatori utilizzano una cera per sci è proprio quello di minimizzare l’attrito.

Postura Sportiva

La Postura Sportiva si riferisce alla posizione assunta dal corpo di un atleta quando è fermo in piedi o si muove. La postura ideale dovrebbe essere appropriata, efficiente ed economica per il raggiungimento dell’obiettivo. La Postura Sportiva desiderata permette il funzionamento ottimale di respirazione, circolazione, digestione, attivazione nervosa e movimenti cinematici.

Molti giovani, che sono cresciuti a stretto contatto con gli smart phones, potrebbero aver bisogno di essere rieducati verso una corretta postura. Posture ipercifotiche non determinano eccellenza atletica. Una postura ipercifotica implica una catena anteriore molto corta e l’upper back arrotondato.

Tale situazione può non essere dovuta necessariamente ad una ipercifosi patologica, ma potrebbe essere dovuta ad una postura acquisita per una lunga esposizione, che ha in qualche modo alterato le lunghezze originarie del tessuto miofasciale.

In sostanza possiamo dire che la postura individuale è il prodotto di genetica, ambiente, insegnamento e immagine di sé. Fattori addizionali, che influenzano la postura, includono l’allenamento: per esempio, gli atleti che lavorano il core e l’addome attraverso un allenamento basato su molte ore di flessione a settimana, trascurano i 3 gradi di libertà, esasperano l’accorciamento e la tensione della catena anteriore, di conseguenza influenzano negativamente la postura.

 Stabilità

La Stabilità atletica è la capacità di essere stabili, di mantenere saldamente una posizione. Strettamente collegato alla stabilità è il termine equilibrio, ossia la capacità di controllare la posizione del corpo senza effettuare movimenti contro la gravità.

Affinché un corpo possa ritenersi in equilibrio è necessario che la risultante delle forze che agisce su di esso sia zero.

La Stabilità di un atleta dipende da:

  • Base d’appoggio;
  • Altezza del CoM;
  • Distanza orizzontale tra CoM ed estremità girevole;

I lottatori di Sumo allargano la loro base d’appoggio e abbassano il loro CoM per incrementare la Stabilità. 

Il corpo umano e l’Equilibrio

Il corpo umano può essere considerato come un pendolo rovesciato: questo; sostanzialmente significa che il CoM si trova al di sopra del centro di rotazione. Un normale pendolo pendente verso il basso risulta molto stabile, mentre lo stesso meccanismo, ma rovesciato, diventa l’esatto opposto e cioè altamente instabile. Deve essere continuamente esercitato un equilibrio attivo per mantenere il sistema verticale.

Lo stesso concetto si applica al movimento umano – per questo per rimanere in stazione eretta devi continuamente attuare degli aggiustamenti attivi, sia che tu sia fermo o che ti stia muovendo. Il corpo fa questo usando diversi sensori chiamati Propriocettori, il cui ruolo è quello di monitorare l’equilibrio, il movimento e la stabilità. Il tuo corpo è, infatti, un complesso sistema a molla con leve e molle (tutte relative ai tessuti molli) che agiscono in modo sincronizzato, congiuntamente con feedbacks neurali, per promuovere un efficace postura. La stabilizzazione si realizza mediante questa matrice di sistemi di comunicazione dinamici; quindi osservare il movimento attraverso il classico punto di vista del sistema di leve limita ampiamente lo scopo. 

Azioni Statiche e Dinamiche

Il senso comune ti porta ad utilizzare il termine dinamica ogni volta che il movimento è evidente. Il termine Statica lo utilizzi ogni qual volta che il tuo corpo o una parte di esso stabilizza o è in assenza di movimento.

La maggior parte dei movimenti che vengono realizzati in ambito sportivo sono una combinazione di eventi sia statici che dinamici. La regola vuole che forze di medesima intensità, che agiscono in direzioni opposte, si annullino e, pertanto, la situazione che ne deriva è di tipo statico. Quando forze opposte non si fanno equilibrio, allora viene fuori il movimento con tutte le sue implicazioni dinamiche. 

Forze di reazione al suolo (Ground Reaction Forces)

Come risultato dell’attrazione tra oggetti che hanno massa, gli atleti in posizione eretta sulla superficie terrestre ricevono una spinta verso l’alto con una forza pari a quella della loro massa esercita verso il suolo. Più massa hanno, maggiore è la spinta.

Simultaneamente sono attratti verso il centro della Terra: sulla superficie della Terra queste forze di spinta e di tirata si annullano a vicenda essendo uguali. Questa forza di ritorno in spinta che riceve un atleta, quando impatta, al suolo è denominata Forza di Reazione al Suolo.

Le forze di reazione al suolo sono responsabili degli spostamenti nella corsa, nel salto e in alcuni casi anche nel lancio. 

Forze Eccentrica

Una forza caratterizzata dal fatto che la linea d’azione non passa attraverso il centro di massa del corpo su cui agisce, è denominata forza eccentrica.

La forza eccentrica genera un momento rotazionale sul sistema e normalmente riduce la forza efficace. Un saltatore con l’asta che si lancia in alto per superare una barra orizzontale è un esempio di come un atleta sperimenti forze decentrate. 

Lavoro ed Energia Meccanica

Nello sport il Lavoro è definito come la capacità di superare una resistenza. Dal punto di vista scientifico il Lavoro è descritto come una forza applicata ad un corpo perché questo possa coprire una distanza o raggiungere uno specifico obiettivo.

Lavoro = Forza x Distanza

Un atleta genera Lavoro quando comincia a muoversi. La capacità di compiere questo lavoro e generalmente viene definita col termine Energia.

L’Energia Meccanica è l’energia collegata o ad un oggetto in movimento o ad un oggetto fermo.  Pertanto, a seconda dei casi si parla di:

  • Energia Cinetica,
  • Energia Potenziale.

L’Energia Cinetica è l’energia in movimento: è la capacità di un oggetto di generare lavoro come risultato del movimento.

L’Energia Cinetica è legata alla Quantità di Moto. Persone e oggetti posseggono entrambe.

L’Energia Potenziale è l’energia immagazzinata oppure l’energia creata dalla posizione assunta dal corpo nello spazio e/o in condizioni di quiete. 

Energia Elastica

Un muscolo o una serie di muscoli sono capaci di generare una forza maggiore quando sono allungati immediatamente prima di cominciare a contrarsi. Questo allungamento produce Energia Elastica e questo tipo di contrazione è associata al ciclo stretch shortening del muscolo.

Il ciclo allungamento – accorciamento coinvolge non solo il sistema muscolare ma anche il tessuto connettivo con strutture come la fascia, i tendini e i legamenti. Esso utilizza anche specifici organelli che si trovano all’interno di queste strutture e che coinvolgono il Sistema Nervoso Centrale e la matrice di collagene. Gli atleti più abili usano schemi biomeccanici che inducono produzione di energia elastica attraverso l’utilizzo di questo allungamento riflesso.

Negli sport, che includono rotazioni, viene utilizzato il termine torsione, per descrivere una situazione di pre-allungamento in relazione a dati obiettivi ed atleti. Una misura non calza per tutto e non sempre torcere di più è meglio. Timing ed efficienza dettano l’utilizzo di grandezza e vincoli di tempo.

Potenza

La Potenza è Forza x Tempo oppure la velocità con cui viene eseguito il Lavoro. Negli sport è importante non solo comprendere quanto lavoro è stato fatto, ma anche quanto tempo è stato impiegato per realizzarlo. Molti movimenti atletici richiedono grande complessità in una piccolissima unità di Tempo; come ad esempio il tempo di contatto al suolo nella fase di massima velocità negli sprint.

Un punto chiave per i coaches è comprendere che lo sviluppo della forza negli atleti deve considerare gli indici di Potenza: la velocità con cui viene compiuto lavoro è spesse volte la chiave più limitante della performance piuttosto che il potenziale dell’atleta di applicare forza. Migliorare la forza di fascia alta non necessariamente migliora l’applicazione di velocità associata a tale forza.

I Powerlifter possono riuscire a produrre una forza elevatissima, ma il tempo richiesto per farlo richiede un insieme di abilità molto diverse da quelle necessarie ad eseguire un salto verticale esplosivo. La relazione Forza –Velocità rappresentata nel diagramma sottostante da un’idea di quanto detto sopra.

 Impulso e Quantità di Moto

Un cambiamento di velocità in un atleta non dipende soltanto dalle forze applicate, ma anche dal tempo in cui esse sono applicate: si tratta della definizione di Impulso, che può essere ulteriormente definita come cambiamento della Quantità di moto prodotta su un corpo.

In molti eventi il limite talvolta è rappresentato proprio da quanto tempo si ha a disposizione per applicare queste forze, come si nota nelle attività di sprint e di salto. Aumentare il tempo di applicazione di queste forze in tali situazioni è contro producente. Ci sono anche fattori unici di Impulso per ogni componente del movimento. È un errore credere che un minore tempo di applicazione si traduca con un più efficace Impulso. L’insieme delle abilità, le capacità, i requisiti dell’evento e le azioni precedenti dettano l’Impulso efficace.

La Quantità di Moto è un termine comune usato negli sports e si riferisce alla massa di un corpo in movimento.


Per tornare alla tua Bacheca clicca qui

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *