1.7 Fase di Volo e Moto Angolare

Lo studio dei corpi in volo fornisce un interessante piattaforma di investigazione del movimento. La corsa comprende azioni angolari ma anche fasi di volo. Pertanto tutti i coaches che hanno a che fare con la corsa dovrebbero conoscere le cause e gli effetti di questi fenomeni.
Flight Path (traiettoria di volo)
Le Leggi della Biomeccanica determinano le azioni e le strategie che puoi osservare durante il volo, per cui il CoM di un oggetto in volo traccerà un percorso caratterizzato da una curva parabolica. Questo percorso è influenzato dalle velocità orizzontali e verticali del CoM al momento del decollo.
Mentre il percorso, una volta in volo, è relativamente inalterabile e predeterminato, in alcuni casi una forza esterna come il vento può produrre una qualche influenza sulla parabola. È molto difficile alterare significativamente la curva parabolica, ma cambiamenti nella posizione del corpo possono cambiare la posizione del CoM all’interno del sistema corpo stesso.

Movimento Angolare e Moto
La maggior parte dei movimenti osservati nello sport, in un certo senso, sono angolari in natura, poiché il corpo umano da un punto di vista meccanico è costituito di un sistema di leve capaci soltanto di compiere movimenti rotazionali.
Nella corsa, per esempio, il movimento delle braccia, delle gambe e di vari assi sono rotatori in natura. Questi lavorano insieme per produrre un’azione lineare, sebbene la combinazione di moto lineare e angolare dia origine ad un moto generale.
Puoi misurare il Moto Angolare definendo il cambiamento nella posizione del corpo che ruota e dalla misura dell’angolo che esso ha spazzato. Per esempio, un ginnasta che effettua un giro completo mediante una completa rivoluzione intorno alla sbarra avrà ruotato di 360°.

Terminologia Angolare
Il Moto Angolare ha una specifica terminologia che aiuta a descrivere e definire le cause e gli effetti del moto osservato:

  • Spostamento Angolare: si riferisce alla misura dell’angolo che il corpo ha spazzato ed è misurato in unità di misure circolari come gradi e radianti. Lo spostamento del corpo o dell’oggetto corrisponde allo Spostamento Angolare misurato.
  • Velocità Angolare: è definita come lo Spostamento Angolare per unità di tempo. Le unità di misura più comuni sono i Gradi/Secondo oppure radianti/minuto.
  • Accelerazione Angolare: rappresenta il cambiamento della Velocità Angolare nel tempo. Questa è spesso misurata in radianti su secondo al quadrato (rad/s2). 

Le analoghe Leggi del Moto di Newton per il Moto Angolare
Ogni principio lineare ha il suo analogo corrispondente rotazionale:
I Legge: un corpo che ruota continuerà a ruotare intorno al proprio asse con Momento costante, a meno che non intervenga una coppia esterna o una forza eccentrica a modificarne il suo stato.
II Legge: la velocità di cambiamento del Momento Angolare di un corpo è proporzionale alla coppia che lo causa ed ha la stessa direzione della coppia.
III Legge. Per ogni coppia che è esercitata da un corpo su un altro c’è una coppia uguale e contraria esercitata da quest’ultimo sul primo.
Inerzia Rotatoria
Corpi e sistemi che ruotano possiedono inerzia, proprio come accade nel caso lineare. Per esempio, le pale di un grande ventilatore elettrico continuano a ruotare per un po’, anche dopo che esso è stato spento come risultato dell’inerzia rotazionale posseduta dalle pale. Le pale di un ventilatore più piccolo si fermeranno prima, dopo che il ventilatore sarà stato spento, perché il sistema esibisce un raggio più piccolo e non possiede molta inerzia rotazionale.
Come stabilito dalla Legge di Inerzia, sai che gli oggetti tendono a muoversi lungo un percorso lineare, a meno che non agiscano su di essi forze esterne. Così, se osservi un lanciatore di martello in azione, noterai che l’atleta deve applicare continuamente una forza per poter far sì che esso si muova lungo una traiettoria circolare.
Ci sono due maggiori forze che lavorano in questo caso:

  1. La Forza Centripeta che tira verso l’interno.
  2. La Forza Centrifuga uguale che tira verso l’esterno.

Queste due forze si riferiscono anche a fattori come le accelerazioni assiali e tangenziali.
Rotazione e Massa
Un altro fattore che controlla l’inerzia rotazionale di un sistema è la massa del sistema stesso e la sua distribuzione. Maggiore è la massa posseduta da un oggetto, maggiore sarà l’inerzia rotazionale. Ancora, quanto più la massa è distribuita lontano dall’asse o dal centro di rotazione, maggiore sarà l’inerzia rotazionale. Queste sono le due ragioni per cui i lanciatori di martello e disco cercano di portare l’attrezzo il più lontano possibile dal loro corpo attraverso la rotazione. Allontanando l’attrezzo dall’asse di rotazione cresce l’inerzia rotazionale del sistema, poiché aumenta il raggio e la distribuzione di massa verso l’esterno.
L’influenza dell’inerzia rotazionale è di grande importanza nella progettazione degli attrezzi, che vengono utilizzati negli sports di battuta. Per esempio, i tests eseguiti in laboratorio dall’industria sulle mazze da baseball richiedono che il Momento d’Inerzia di una mazza da baseball sia misurato con riferimento ad un centro di rotazione presente sul manico; specificamente a 6 inches (circa 15cm) dal pomello finale della mazza.
Assi di Rotazione e Moto Angolare
La premessa che la rotazione avvenga attorno ad un asse (noto anche come fulcro o centro di rotazione) rappresenta un punto chiave per ogni tipo di rotazione e ci saranno delle leve attaccate a quest’asse.
Un asse è un indivisibile linea retta che attraversa un corpo che ruota. Ogni cosa che ruota, sia al suolo che in aria, ruota almeno intorno ad un asse e quindi possiede un Moto Rotatorio.
La rotazione può avvenire attorno a 3 assi indipendenti:
Asse Longitudinale (verticale): quest’asse corre dall’alto verso il basso, facendo sì che la rotazione avvenga intorno alla lunghezza del corpo; un pattinatore sul ghiaccio, che ruota sul posto, sta ruotando intorno a quest’asse.
Asse Trasverso (orizzontale): quest’asse corre orizzontalmente da sinistra a desta, permettendo che la rotazione si realizzi a metà del corpo da parte a parte. Una capriola in avanti o all’indietro si realizza attorno a quest’asse.
Asse Antero Posteriore (frontale): quest’asse corre dalla parte frontale a quella posteriore del corpo, consentendo rotazioni laterali, come si nota quando un atleta realizza una ruota.
 Sistemi di Leve e rotazione
Perché avvenga una rotazione, è necessario che ci siano un asse di rotazione e una leva. Quando una forza viene applicata su una leva, se essa è maggiore della corrispondente Inerzia Angolare (resistenza al cambiamento), allora si realizza il moto angolare.
I Sistemi di Leve sono costituiti da un Braccio di Leva e un asse o un fulcro. Il braccio di leva si divide poi in braccio di sforzo e braccio di resistenza, che variano in lunghezza a seconda della distanza dal fulcro del carico e della forza applicati:

per calcolare quanta forza ci voglia per far partire la rotazione intorno al fulcro, devi conoscere la distanza tra l’asse e il punto in cui è applicata la forza (Braccio della Forza). Inoltre, hai bisogno di sapere quale forza contraria oppone la resistenza (Braccio di Resistenza, rappresentato dalla distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della resistenza).
Nel corpo umano, un esempio di funzionamento di leva è rappresentato da un bicipite che esegue un curl. Questo movimento è controllato da muscoli, ossa e articolazioni che, lavorando insieme, creano un sistema di leva, per vincere la resistenza esercitata dal manubrio. Il sistema di leva, in questo esempio, possiede i seguenti elementi:

  1. Asse (Fulcro) – gomito
  2. Forza – contrazione del bicipite
  3. Resistenza – manubrio

Nella fase di sollevamento del curl il bicipite sta cercando di applicare la forza per sollevare il manubrio, ma il peso del manubrio più il peso del braccio dell’atleta stanno fornendo una resistenza verso il basso.
Ora immagina un atleta con un avambraccio più lungo. Il braccio di resistenza diventa più lungo e, pertanto, egli deve sforzarsi di più dal punto di vista muscolare, in quanto deve applicare maggiore forza. Un atleta con un avambraccio più corto ha un minore braccio di resistenza e, pertanto, impiega uno sforzo minore per sollevare il carico.
Quando consideri un movimento diverso, un atleta con braccia più lunghe può invece essere avvantaggiato: per esempio, un discobolo con braccia più lunghe è avvantaggiato nel lancio, poiché braccia più lunghe implicano una maggiore velocità delle sue mani su un arco maggiore di movimento quando il braccio è roteato (dato per certo, però, che abbia almeno la forza necessaria per vincere la minima resistenza).
Questo principio spiega perché puoi osservare alcuni corpi che si compattano in certi sport: gli atleti stanno utilizzando i principi biomeccanici per trarre vantaggio. Ginnasti d’élite generalmente hanno arti corti (leve corte) e hanno un alto rapporto Potenza /Peso per minimizzare la resistenza fornita dai loro stessi corpi. I discoboli hanno un enorme “apertura alare”, poiché il loro lungo braccio di leva permette di accelerare il disco attorno ad un arco maggiore, generando così una velocità angolare più alta. 
Classi di Leve
Ci sono 3 tipologie di leva. Vengono classificate secondo la disposizione di:

  1. Fulcro o Asse (Centro di Rotazione)
  2. Forza prodotta
  3. Resistenza da vincere

Nello sport, le leve sono organizzate per aumentare la forza o la velocità. Nel movimento umano le articolazioni fungono da fulcro, il tessuto molle che si attacca alle ossa produce la forza e/o la resistenza al movimento.
Leva di Primo Genere.
Il fulcro o l’asse è collocato tra resistenza e forza. I bracci di forza e resistenza possono essere uguali in lunghezza.
Se il braccio di forza è più lungo del braccio di resistenza, la forza in uscita sarà maggiore. Se il braccio di forza è più corto del braccio di resistenza, osserverai maggiori velocità e range di movimento, ma la forza sarà compromessa.

 Leva di Secondo Genere.
Forza e Resistenza sono dallo stesso lato rispetto al fulcro o asse.
Il braccio di forza è sempre più lungo del braccio di resistenza. Questo tipo di leva è orientata più verso la forza che verso la velocità ed il range di movimento. Per esempio, il gastrocnemio e il soleo (muscoli del polpaccio) agiscono come una leva di secondo genere, quando si realizza una flessione plantare.

Leva di Terzo Genere.
Rappresenta il più comune sistema di leva usato nello sport. Fulcro e resistenza sono alle estremità e la forza tra i due (es. Bicep curl).


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