Pagaliau išspręsta biomechaninė rutulio stūmimo problema

Viena iš keistesnių olimpinių sporto šakų yra rutulio stūmimas – rungtis, kurioje sportininkas, keistu taisyklėse numatytu metimo judesiu, kiek įmanoma numeta greipfruto dydžio metalinį rutulį.

Dabar čia yra įdomus biomechanikos galvosūkis: kokiu kampu reikia paleisti šūvį, kad būtų maksimaliai padidintas metimo atstumas?

Nesunku manyti, kad tai turėtų būti 45 laipsniai, o paprasta analizė iš tikrųjų gali tai parodyti. Tačiau geriausių stūmikų veikimo matavimai nuolat rodo, kad atleidimo kampas yra nuo 37 iki 38 laipsnių. Kodėl seklesnė trajektorija?

Aštuntajame dešimtmetyje biomechanikai suprato, kad reikia įtraukti išleidimo aukštį, nes tai užtikrina, kad trajektorija nėra gana simetriška. Kai į tai atsižvelgiama, optimalus atleidimo kampas yra 42 laipsniai, arčiau išmatuotos vertės, bet vis tiek yra 4 ar 5 laipsniai. Nuo to laiko niekas negalėjo suprasti, kur atsiranda skirtumas

Dabar Aleksandras Lenzas iš Dortmundo technikos universiteto ir Florianas Rapplas iš Regensburgo universiteto Vokietijoje sako žinantys, kas vyksta. Jie nurodo, kad reikia atsižvelgti į keletą kitų padarinių.

Pirma, atleidimo aukštis yra sportininko peties aukštis ir papildomas terminas, priklausantis nuo rankos ilgio ir jos kampo. Atsižvelgus į tai, optimalus atleidimo kampas yra iki 1 laipsnio didesnis, todėl biomechaninis galvosūkis tampa dar aštresnis.

Toliau Lenzas ir Rappl žiūri į energiją, kurią sportininkai gali suteikti šūviui, kai stumia jį kampu nuo peties. Tai gali būti suskirstyta į kinetinius ir potencialius komponentus. Galimas komponentas yra susijęs su šūvio aukščiu virš peties, kai jis atleidžiamas.

Vokiečių pora pabrėžia, kad lygtis, nustatanti galutinį atstumą, priklauso nuo aukščio, bet ir nuo greičio kvadratu. Taigi sportininkui geriau perduoti daugiau energijos kinetinės nei potencialios formos. Ir tai sumažina optimalų atleidimo kampą.

Galiausiai, Lenzas ir Rappl teigia, kad jau seniai žinoma, kad pasaulio rekordai spaudimo suoloje yra žymiai aukštesni nei trūkčiojimų. Tai reiškia, kad sportininkai turi didesnę galią, kai atleidimo kampas yra 0 laipsnių, palyginti su kitais kampais. Šis efektas taip pat reiškia, kad mažesnis atleidimo kampas gali nukreipti kadrą toliau.

Sudėjus visa tai, Lenzas ir Rappl sukuria rutulio stūmimo modelį, kuris numato, kad optimalus atleidimo kampas yra nuo 37 iki 38 laipsnių, o tai beveik tiksliai atitinka geriausių sportininkų išmatavimus.

Dėlionė išspręsta!

Nuoroda: arxiv.org/abs/1007.3689 : Optimalus atleidimo kampas rutulio stūmimo metu

paslėpti