techno scope Tecnica e Sport 2/06 Das Technikmagazin für Junge und Junggebliebene La rivista tecnica per giovani e per coloro che lo sono ancora

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1 techno scope 2/06 «Io pratico lo sport malgrado sono in carrozzella e non perché sono in carrozzella! In ciò mi aiuta la tecnica» Marcel Hug, sportivo disabile BASPO, Daniel Käsermann Tecnica e Sport Sommario di questo numero Nello sport i materiali giocano un ruolo importante Misura della potenza muscolare Registrazione dello sviluppo di movimenti Marcel Hug : sportivo disabile Cool and Clean Ricerca al servizio dei giochi olimpici Quando sentiamo parlare di «tecnica e sport», pensiamo subito alla barca a vela «Alinghi», alle automobili da corsa di formula 1 o alla costruzione degli sci, dei bob, delle racchette da tennis o all abbigliamento sportivo, in poche parole, a tecnologie che influenzano spesso in modo determinante i successi sportivi. Il lavoro di ricerca e sviluppo a favore di una minoranza di sportivi d élite torna utile per tutti. Però è solo lo sport di massa che finanzia il lavoro di sviluppo per lo sport di punta. Se per esempio al Politecnico federale di Zurigo (ETHZ) vengono sviluppati dei bastoni di hochey per i professionisti, presto li troveremo in vendita anche nei negozi sportivi per tutti. Anche le conoscenze acquisite durante lo sviluppo di auto da corsa vengono utilizzate più tardi nella produzione di automobili in serie. Strumenti di misura, che si basano sulle più moderne tecnologie, vengono prodotti e usati negli sport popolari come la corsa, il walking, gli sport acquatici, lo sci e lo skating. Essi usano i segnali satellitari del GPS per offrire informazioni precise: la velocità, lo spazio percorso, il dislivello superato e la posizione esatta in ogni istante. Spesso questi strumenti tecnici vengono sviluppati per gli sportivi di punta, ma poi vengono usati anche nello sport di massa, per esempio per migliorare strumenti di misura che aiutano a pianificare degli allenamenti sani ed efficaci. La tecnica entra quindi sempre di più nello sport per tutti e nel fitness. Nello sport amatoriale vengono usati cardiofrequenzimetri e altri strumenti di misura, come pure indumenti funzionali, Ski-Higtech, biciclette, skates inline, sedie a rotelle, racchette, bastoni e corde. Materiali particolarmente leggeri, solidi e resistenti alle intemperie vengono usati anche nella produzione di capi d abbigliamento per l uso quotidiano come giacche, scarpe e borse. La pianificazione degli allenamenti non è più pensabile senza l uso dell informatica. Ci sono delle software che permettono di determinare i fattori di potenza quali la forza muscolare, il sistema cardiacovascolare e il metabolismo, di pianificare allenamenti individuali, di sviluppare strategie d allenamento e infine di valutare i risultati ottenuti. Le soluzioni tecniche assumono un'importanza notevole nello sport per disabili. Gli attrezzi sportivi (per esempio la carrozzella da corsa, la bike a spinta manuale, la carrozzella per il basket, le protesi, ecc ) sono determinanti per la prestazione. Essi vengono continuamente ottimizzati e differenziati. Devono essere adattati con precisione al singolo sportivo ed alla sua disabilità particolare. Siccome la produzione di questi attrezzi per sportivi disabili è personalizzata e quindi molto costosa, e non verrà mai prodotta in massa, risulta difficile trovare persone responsabili della ricerca e dell industria disponibili a investire in questo ramo. Paul Odermatt, allenatore di sportivi disabili, ritiene che: «Ci sforziamo affinché la ricerca nello sport per disabili venga sviluppato, anche se si tratta di soluzioni per poche persone. I risultati influiscono di fatto sui prodotti che servono alle esigenze quotidiane di tutti i disabili e possono portare a nuove soluzioni anche per i non disabili». Das Technikmagazin für Junge und Junggebliebene La rivista tecnica per giovani e per coloro che lo sono ancora

2 Nello sport i materiali giocano un ruolo importante Scienziati dello studio dei materiali lavorano al controllo della struttura dei materiali fino a scala atomica (1/10`000`000 di millimetro ) in modo tale da creare dei materiali performanti che rispondano alle esigenze o ai bisogni della nostra società. Questa scienza tiene conto di aspetti tecnici, ambientali, economici e umani. Essa assume oggi un ruolo molto importante nell uso ottimale delle risorse nell ottica di uno sviluppo sostenibile. Alla scuola politecnica federale di Losanna (EPFL) Jan Anders Manson e il suo gruppo ricercano materiali che hanno una grande importanza per lo sport. Manson è cresciuto in Svezia, dove era attivo in parecchi sport (tennis, calcio e disco su ghiaccio). Quando comunicò ai suoi genitori di avere la possibilità di dedicarsi al tennis competitivo essi gli risposero: «Invece di diventare il miglior sportivo, potresti diventare lo sportivo con la migliore formazione!» Interfaccia tra lo sport e la tecnica Già da molto giovane oltre allo sport si interessava di materiali in quanto i suoi genitori erano attivi con grande passione nella propria ditta di materiali plastici. Manson è riuscito ad accomunare i suoi due interessi: lo sport e la scienza dei materiali. Dopo lo studio di ingegnere meccanico, assunse un posto di direttore della ricerca e dello sviluppo e poi divenne professore. Più tardi accettò con molto piacere il compito offertogli dalla scuola politecnica federale di Losanna (EPFL) di sviluppare un laboratorio di ricerca sui materiali compositi, che oggi si occupa di applicazioni nel campo dello sci, del tennis e della vela (progetto Alinghi). Malgrado da due anni sia vice presidente dell EPFL, egli resta sempre a stretto contatto con il suo gruppo di ricerca e i suoi eccezionali collaboratori sui quali può veramente contare. Per lungo tempo la ricerca si era prefissata di diminuire la massa dei materiali con un contemporaneo aumento della rigidità, per ottenere una trasmissione ideale del movimento. Tennis: materiali «intelligenti» Nella produzione di racchette da tennis vengono usate fibre speciali. Esse hanno proprietà fisiche molto particolari: raccolgono l energia meccanica ricevuta dalla pallina che le colpisce e la trasformano in meno di un millesimo di secondo in energia elettrica. La vibrazione viene quindi ammortizzata del 20%. Con questo impulso elettrico le fibre possono allungarsi o raccorciarsi producendo una resistenza attiva che imprime alla palla una potente accelerazione. Struttura a sandwich dello scafo Lo scafo dell Alinghi deve essere molto leggero e solido. Ciò viene ottenuto con piccole fibre di carbonio, un materiale usato anche nello spazio. Le fibre sono incollate a più strati molto fini, come un sandwich, oppure a forma esagonale come nidi d ape. L incollatura dei diversi strati rappresenta una delle fasi più delicate nella costruzione dello scafo. Una nuova dimensione: la sensazione che si aggiunge all ammortizzazione Nei tornei i migliori giocatori di tennis non giocano sempre con racchette dell ultima generazione, ma usano anche racchette costruite con una tecnologia di 10 anni fa, che magari sono più pesanti, ma che permettono una migliore sensibilità di gioco, cioè un miglior controllo. In questa ricerca si confrontano i valori dati dai sensori applicati al materiale con le sensazioni di gioco descritte dai giocatori. Ciò vuol dire che si rimette al centro l uomo. Anche i produttori di protesi e carrozzelle hanno lo stesso problema: combinazione ideale tra le sensazioni provate dallo sportivo e i fattori tecnici. Riconoscendo questi obiettivi, nel 2005 Manson lanciò all EPFL un grande progetto interdisciplinare «Sport e tecnica di riabilitazione». Diversi progetti di ricerca si occupano dei problemi della riabilitazione come pure dello sport di competizione: un progetto che accomuna sportivi, disabili e specialisti della riabilitazione. La motivazione per la quale si incontrano gli addetti al progetto Alinghi è la stessa per la quale si incontrano gli sportivi disabili o altri sportivi di punta. Tutti desiderano provare nuovi materiali, per ottenere al più presto risultati migliori. pagina 2

3 Misuratore dell accelerazione acceltec Se ti si dice che per uno sportivo è importante conoscersi non sarai sorpreso. L allenatore è li per aiutarlo. Il lavoro comune si basa su ciò che si vede, ma anche su alcune misurazioni. Sulla base di ricerche scientifiche è stato sviluppato un sistema di misurazione sotto forma di una semplice, pratica e poco ingombrante «scatoletta» multifunzionale. E un risultato della ricerca in biomeccanica (scienza che studia in particolare il movimento degli esseri umani) e serve a conoscere meglio la fisiologia dello sforzo. Aiuta sia lo sportivo di competizione sia gli specialisti di medicina rieducativi. Misurazione dell altezza del salto Misuratore dell accelerazione acceltec Come funziona questo strumento? Ogni movimento della scatoletta, o della persona alla quale è applicata, produce all interno del sensore una deformazione di un filo molto sottile. Questa deformazione risulta direttamente proporzionale all accelerazione. A dipendenza del movimento vengono eseguite tra 100 e 500 misurazioni al secondo. L accelerazione, dedotta dalla deformazione, e il tempo forniscono molte informazioni. Applicando le leggi elementari della fisica si possono calcolare la forza dell atleta, la sua velocità e la sua potenza sviluppata durante tutto il movimento. I numerosi test possono essere registrati nella memoria, trasmessi al computer il quale con una software di analisi, può stabilire un programma d allenamento o di rieducazione. Il sensore può anche essere fissato alla macchina per la muscolazione di un centro fitness. In questo caso misura il movimento del peso, misura che indirettamente permette di segnalare la potenza dei muscoli sollecitati. Questo apparecchio è un partner importante per lo sportivo di competizione, del suo allenatore, del fisioterapista come pure del medico curante nel caso di ferimenti. Deformazione (dovuta al movimento) misurata dal sensore accelerazione del sensore e quindi di colui che lo porta velocità(v) altezza P = F x v forza (F) sviluppata dal portatore potenza (P) Misuratore dell accelerazione Materiale necessario: un vasetto di marmellata vuoto con coperchio olio un pezzo di sagex (deve galleggiare sull olio) un filo molto sottile un disco di plastica di dimensione uguale alla base del coperchio (tagliato per esempio da una mappetta) nel quale avrai praticato due fori per fissare il filo Preparazione Riempi il vasetto con olio. Fissa un capo del filo al pezzo di sagex e l altro capo nei due fori al centro del disco di plastica. Il filo deve essere un po più breve della distanza tra il coperchio e il fondo del vasetto. Inserisci il disco sul fondo del coperchio. Chiudi il vasetto e capovolgilo. Il tuo accelerometro è ora pronto per l uso. pagina 3

4 La pagina interattiva Prova le tue conoscenze, le tue attitudini e le tue capacità! SMS & WIN! Concorso Fai corrispondere le velocità giuste ai numeri da 1 a 4 e invia le quattro lettere nell ordine giusto al numero telefonico Termine per l invio: 31 agosto Primato di velocità in bicicletta (2001) 2 Velocità di una pallina da tennis al momento del lancio (1998) 3 Velocità di una freccia al momento del lancio 4 Velocità di una pallina da golf al momento del lancio A 270 km/h B 300 km/h C 129,6 km/h D 239,7 km/h Lo sapevi? Dietro la chiglia e il timone di uno scafo si formano dei vortici frenanti. E il motivo per il quale i costruttori calcolano al computer le linee di flusso ideali. Le riflessioni che hanno portato alla modellizazione della forma delle linee di flusso dell acqua attorno allo scafo dell Alinghi sono le stesse che hanno portato al calcolo del flusso sanguigno nelle arterie. Il movimento del pezzo di sagex, quando acceleri o quando freni da una misura qualitativa dell accelerazione. La direzione dello spostamento è anche la direzione dell accelerazione. Il pezzo di sagex non reagisce quindi alla velocità con la quale lo muovi, ma bensì alla variazione di velocità. Ciò vale sia per gli aumenti di velocità che per i rallentamenti. Prova a ruotare attorno a te stesso e osserva l accelerometro. Premi: 3 orologi sportivi SWATCH (orologio Swatch Speed Game, a quarzo, funzione di cronometro, cassa in materiale sintetico, braccialetto di cuoio, impermeabile fino a 3 atm, garanzia di 2 anni ). Vincitori del concorso Technoscope 01/06 Premio principale: Apparecchio di misura delle distanze Leica a Vito Difonzo, Zürich-Altstätten Dal 2. all 11. Premio: Carta giornaliera FFS: Sulser André, Mels, Corentin Poyet, Neuenburg; Jannic Müller, Susten; Jannic Schüpach, Delémont ; Xavier Metreiller, La Chaux-de-Fonds; Urs Stucki, Nidau; Marc Zimmermann, Richterswil; Peter Scherrer, St. Gallen; Dominik Allemann, Dällikon; Francesco da Silva, Les Breuleux Internet: Giochi con sport in carrozzella Carrozzella da corsa: Unihockey: Basketball: Hockey-Goalie: Lancio del giavellotto: Rugby: Bevuto abbastanza? Il team di ricerca «Aqua 06» dell ETH ha usato la maratona Zurigo 2006 per un grosso progetto di ricerca. Su 180 concorrenti hanno misurato come varia l economia dell acqua. «Un buon rifornimento d acqua durante la maratona porta a una buona prestazione e diminuisce il rischio di conseguenze negative sull organismo dovute a una cattiva economia d acqua» si trova scritto sul sito Quanto bisogna bere nello sport può determinarlo ognuno: basta salire sulla bilancia prima e dopo e confrontare. Tanti kg si sono persi, tanti litri d acqua vanno bevuti per compensare l acqua persa sudando. Solo dopo una prestazione di alcune ore non è più trascurabile il consumo di idrati di carbonio ( al massimo g) e di grassi ( al massimo g per ora). Biomeccanica La biomeccanica dello sport descrive e spiega il movimento sportivo servendosi di concetti, di metodi e di leggi della meccanica. Il compito della biomeccanica dello sport è quello di occuparsi delle questioni derivanti dal movimento dell apparecchio locomotore e degli arti superiori. Essa risponde alle domande sollevate dagli sport di competizione ( per esempio l ottimizzazione dello svolgimento sequenziale dei movimenti ) o dagli sport popolari ( per esempio effetti sulla salute delle attività sportive ). Esistono diversi procedimenti di misura che registrano direttamente o indirettamente grandezze fisiche, per esempio l accelerazione, la pressione, la forza, l impulso, il momento di rotazione, il momento angolare, il lavoro, l energia, la potenza. In materia si distinguono i procedimenti di misura elettronici, meccanici e ottici. Caratteristiche biomeccaniche: cinetiche: cammino percorso, velocità, accelerazione, angolo temporali: tempo, frequenza dinamiche: massa, forza, quantità di moto, momento d inerzia, momento di una forza, momento angolare Sito internet interessante sulla biomeccanica (in tedesco): Indovinello L oggetto misterioso: Di che cosa si tratta? pagina 4

5 Un giorno nella vita di Marcel Hug «Io voglio essere rispettato come sportivo e non essere ammirato come disabile!» Questa affermazione di Marcel Hug riassume bene il suo impegno. Marcel Hug ha cominciato a gareggiare all età di 10 anni nel 1996 in una gara in carrozzella per juniori. Con una vittoria ha posto la prima pietra per la sua carriera sportiva. Negli anni successivi ha partecipato a più gare sia negli juniori sia negli attivi, in patria e all estero. Negli anni dal 2001 al 2004 è stato nei quadri svizzeri di atletica in carrozzella e dal 2005 fa parte della nazionale svizzera. La sua più grande ambizione sarebbe una vittoria ai giochi paralimpici. «Spero anche di riuscire una volta di dedicarmi per un certo tempo esclusivamente al mio sport e di diventare professionista». Paralympics Atene : bronzo negli 800m (con primato mondiale) e 1500m!! Per intanto il ventenne Marcel Hug non è ancora a questo punto. Sta seguendo un apprendistato commerciale sportivo a Lucerna che gli permette di conciliare la formazione, l allenamento e le gare. Al momento sta seguendo un pratico nel centro per paraplegici a Nottwil, dove anche si allena. Abita con suo fratello in un appartamento a Lucerna. Suo fratello lavora come ortopedista. Al mattino c è sempre una partenza veloce: sotto la doccia, vestirsi, mangiare e via in automobile. La sua carrozzella la sistema da solo nell automobile, il breve spostamento fino al posto di guida lo supera con le stampelle. La sua automobile è equipaggiata con il cosiddetto gas a mano. La mattina lavora come apprendista commerciale, il pomeriggio e spesso anche alla sera si allena o si incontra con il suo allenatore Peter Odermatt. Marcel Hug si interessa alla tecnica :» Una carrozzella da corsa è costruita in modo completamente diverso rispetto a una carrozzella normale. E leggera, ha tre ruote, dispone di un timone davanti. Le ruote a disco e il sedile vengono adattate Biografia Paul Odermatt avec Marcel Hug individualmente. Gli sportivi in carrozzella non afferrano le ruote per farle girare, ma le battono. E il motivo per il quale hanno dei guanti confezionati appositamente.» Marcel Hug collauda volentieri nuovi materiali. Per esempio spalma sui guanti una massa calda che poi solidifica assumendo la forma giusta. In più monta un pezzo di un copertone di gokart in modo tale che battendo sulla ruota non scivoli, ciò che può capitare anche ad atleti allenati quando piove. Autodisciplina e buona motivazione sono indispensabili per ottenere i successi di Marcel Hug, che afferma «Il successo ti mette le ali, come pure il dialogo con altri atleti». Egli ammira molto il suo allenatore: «Anch io più tardi desidero diventare un allenatore per trasmettere agli altri le mie esperienze. La mia visione è che lo sport in carrozzella diventi più popolare e venga riconosciuto come una disciplina olimpica ufficiale.» Sito web di Marcel Hug : Sport in carrozzella Svizzera: nasce a Frauenfeld TG scuola elementare a Pfyn e Müllheim scuola per sportivi TG, Kreuzlingen dal 2004 apprendistato commerciale per sportivi alla scuola Frei a Lucerna I 5 successi sportivi principali Paralimpics Atene 2004: medaglia di bronzo negli 800 m e nei 1500 m Campionati europei a Espoo/FIN 05: campione europeo negli 800m, 1500m, 5000m e 10000m Campionati mondiali juniori Stoke Mandeville/GB 2005: triplo campione mondiale e primato europeo sugli 800m Detentore del primato svizzero dei 100 m, 200 m e 400 m AHA Chi ha vinto? La lituana Tamilla o la russa Simona? Esse passano il traguardo con lo stesso tempo al millesimo di secondo ( sec). Questa misura estremamente precisa la puoi vedere nella foto sotto (fotofinish). Il quarto di finale nello sprint donne ai giochi olimpici di Atene nel 2004 ha dovuto essere ripetuto, per decidere chi poteva proseguire alle semifinali. Nel ciclismo i tempi vengono misurati e ritenuti fino ai millesimi di secondo. Per potersi rendere conto di che valori si tratta: con una velocità di 60 km/h in 1/1000 di secondo vengono percorsi 1,6 cm! Anche nello sci alpino, possono essere misurati i millesimi di secondo, ma per regolamento vengono ritenuti solo i centesimi di secondo. E per questo motivo che l inverno scorso il super gigante di Hafjel è stato vinto ex-equo da tre sciatrici, il loro tempo in centesimi era uguale. Con una velocità di 100 km/h in 0.01 secondi vengono percorsi 28 cm. Nell atletica leggera vengono calcolati solo i centesimi di secondo. Nello sprint sui 100 m con una velocità di 10 m/s un atleta in 0.01 sec percorre 10 cm. pagina 5

6 I triatleti cercano l andatura ideale Con il nuovo sistema di misura SRM(SchobererRadMesstechnik, i triatleti* della nazionale svizzera hanno registrato, sulla tratta in bicicletta dei campionati mondiali 2006 a Losanna e i giochi olimpici 2008 a Pechino, la potenza sviluppata. Il sistema fornisce oltre ai dati abituali, come la velocità, la distanza e la frequenza cardiaca anche la potenza sviluppata in watt. Questo sistema permette di registrare i cambiamenti di ritmo che si verificano durante le salite, i tratti piani e le discese. Questi dati permettono di comporre dei piani d allenamento personalizzati, in quanto segnalano all atleta dove ha ancora dei deficit. *le gare di triatlon prevedono il nuoto, il ciclismo e la corsa, una dopo l altra senza pause Cool and clean «cool and clean» è un programma di Swiss Olympic, dell Ufficio federale dello sport e dell Ufficio federale della sanità pubblica. «cool and clean» si prefigge di avvicinare i giovani sportivi in Svizzera ad uno sport corretto e pulito. Anche il tuo gruppo può aderire a «cool and clean». Vi partecipano già 6500 giovani di età compresa tra i 10 e i 20 anni e numerosi atleti di punta. Aderire a «cool and clean» significa rispettare le sue 5 regole prima, durante e dopo la pratica sportiva, assumere la responsabilità per se e per il proprio gruppo e approfittare delle offerte attrattive di «cool and clean». Ricerca alle olimpiadi La squadra nazionale svizzera di disco su ghiaccio ai giochi olimpici di Torino è arrivata fino ai quarti di finale. Due giocatori, Vauclair e Jeannin, hanno colto l occasione per sottoporre il nuovo bastone ad alta tecnologia «Icelab Pro 1.4.2» a un test di resistenza ad alto livello. Durante una stagione un giocatore rompe fino a 50 bastoni. Spesso un occasione per segnare una rete viene persa perché al momento buono il bastone si rompe. Su proposta della ditta giurassiana Busch, un dottorando del politecnico federale di Zurigo e appassionato mountainbiker, Michael Sauter ha studiato un bastone con un anima di schiuma PVC e un rivestimento in fibra di carbonio. Il bastone è stato ottimizzato per le specifiche forze alle quali è sottoposto durante le partite. La misura avviene mediante strisce che misurano le tensioni e minitelecamere ad alta velocità. Questi materiali rendono il bastone più leggero, più elastico e malgrado ciò più robusto, tutte caratteristiche già note dalle biciclette a fibre di carbonio. Questi bastoni entreranno prossimamente nel commercio per circa 300 franchi, prezzo assolutamente concorrenziale. Uno studente del politecnico al computer, sullo sfondo Julien Vauclair Incontro di domenica 2 luglio al Tennis Club Stade a Losanna Nell ambito dei giorni delle porte aperte il Tennis Club Stade offre numerose attrazioni. Allo stand comune della SATW e della EPFL potrete scoprire gli sviluppi tecnologici nel tennis. E se avete fortuna all incontro potrete vedere un esibizione con Stanislas Wawrinka, compatibilmente con i suoi impegni a Wimbledon. Altre informazioni: Soluzione dell indovinello di pagina 4 Si trattava di un dettaglio della ruota di una carrozzella durante la corsa. La registrazione dello sviluppo sequenziale di movimenti Grazie alla moderna tecnologia video anche l invisibile può diventare visibile. Con ciò è possibile un confronto diretto. Immagini digitali mostrano lo stesso atleta o due atleti, i cui movimenti sono stati registrati in tempi diversi, sovrapposte e poi montate in un unica videosequenza. In questo modo gli atleti e gli allenatori possono analizzare tranquillamente le sequenze dei movimenti e studiare strategie per ottenere miglioramenti. Anche la televisione usa questa tecnologia per mostrare, ad esempio, in quale passaggio di una gara di sci un corridore ha creato la differenza. sequenze di movimenti vengono registrati e analizzati. Immagini Dartfish Sport e tecnica su Internet organizzazione mantello delle federazioni sportive svizzere: informazioni sulle scuole per sportivi e sull apprendistato di sportivo professionista, pianificazione di una carriera come sportivo. sito dell Ufficio federale dello sport a Macolin: sport a scuola, mediateca dello sport nuova banca dati sui medicamenti ammessi e non ammessi, informazioni sui controlli. sito della fondazione Promozione Salute Svizzera. Permette di calcolare il proprio indice di massa corporea informazioni sul nuovo curricolo di studio «Scienze motorie e sport» al politecnico di Zurigo Ringraziamo: Impressum Indirizzo di contatto redaktion.technoscope@satw.ch Concetto e redazione Regula Zellweger, Collaborazione redazionale Elisabeth McGarrity, SATW, Brig Giovanni Zamboni, SATW, Lugano Responsabile scientifico di questo numero Giovanni Zamboni, SATW, Lugano Composizione VISUM visuelle umrisse gmbh, Bern, Stampa Egger AG, Frutigen Abbonamenti e ordinazione di copie info@satw.ch Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften Postfach, 8023 Zürich Telefon Fax pagina 6