Biomeccanica del movimento sportivo lezione 10

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1 Biomeccanica del movimento sportivo lezione 10 Ing. C. Giorgi

2 Lezione 10 Energia Lavoro Potenza Applicazioni pratiche I termini della teoria dell allenamento

3 Energia E definita di solito come la capacità di compiere lavoro. In ambito biomeccanico interessano essenzialmente tre forme di energia: Potenziale, dovuta alla quota posseduta dall atleta / attrezzo; E = m g h Cinetica (di traslazione), dovuta alla velocità posseduta; E = ½ m v 2 Cinetica (di rotazione), dovuta alla velocità angolare posseduta; E = ½ I 2

4 Energia L energia (meccanica) totale di un corpo soggetto a forze esterne conservative ed in assenza di movimento reciproco tra le parti che lo costituiscono è costante Ha le dimensioni L 2 MT -2 e si misura in Joule (o in Kcal)

5 Lavoro E una misura di quanto lontano una forza sposta il proprio punto di applicazione nella direzione della forza stessa. L = F s L = m g h L = 0

6 Lavoro Anche in questo caso esiste una analogia tra moti traslatori e rotatori. L = F s L = M Ha le dimensioni L 2 MT -2 e si misura in Joule (o in Kcal)

7 Lavoro/Energia Il lavoro (meccanico) è il modo in cui le forze fanno passare energia da una forma all altra. In tutti i gesti sportivi possiamo applicare uno schema di questo genere. Energia chimica Energia cinetica dei segmenti corporei Energia spesa contro resistenze passive esterne Energia spesa contro resistenze passive interne Energia spesa all esterno contro forze conservative calore Energia cinetica e potenziale globale dell atleta/attrezzo calore

8 Potenza E una misura di quanto rapidamente una forza sposta il proprio punto di applicazione nella direzione della forza stessa. W = F v W = M Ha le dimensioni L 2 MT -3 e si misura in Watt (o in Kcal/h)

9 Applicazioni pratiche I concetti sopra espressi hanno delle implicazioni immediate nella programmazione degli allenamenti, alcune delle quali sottovalutate in ambito sportivo.

10 Esempio 1 Ciclismo. Che differenza c è tra uno scalatore e un cronoman?

11 Esempio 1 Lo scalatore deve vincere essenzialmente la componente della forza peso nella direzione della salita F = m g sen W = m g sen v

12 Esempio 1 Il cronoman, invece, deve vincere essenzialmente la resistenza aerodinamica F = ½ c x S v 2 W = ½ c x S v 3

13 Esempio 2 Nuoto. Spingendo al massimo l atleta fa una vasca in 30. A quale andatura è al 90% del carico?

14 Esempio 2 La misura dell impegno (interno) dell atleta, almeno negli esercizi aerobici, è data dalla frequenza cardiaca, che è in relazione lineare con la potenza meccanica resa all esterno. Negli esercizi effettuati prevalentemente contro azioni fluidodinamiche, la potenza è data da (vedi esempio 1): W = ½ c x S v 3

15 Esempio 2 Riportando in grafico velocità/potenza la formula, si ottiene una curva di questo tipo: W = ½ c x S v 3 100% 90% W 96% 100% v

16 Esempio 2 Per questo, il 90% del carico corrisponde a circa il 96% (!!) della velocità. Il tempo di percorrenza della vasca deve essere di circa W = ½ c x S v 3

17 Esempio 3 Ciclismo. Sto facendo allenamento su un circuito chiuso. L andatura di riferimento è 40 Km/h. Se soffia un vento a 10 Km/h, il carico di allenamento rimane lo stesso o cambia?

18 Esempio 3 Consideriamo prima il caso di assenza di vento e ignoriamo, per semplicità, le curve. Calcoliamo il lavoro fatto contro la resistenza aerodinamica in un rettilineo: L = F D L = ½ S v 2 D Il termine ½ S D è costante

19 Esempio 3 Pertanto, il lavoro compiuto in un rettilineo è pari a: L = k v 2 = 1600 k Quello richiesto per un giro completo è il doppio : L tot = 2 k v 2 = 3200 k

20 Esempio 3 Consideriamo adesso il caso di presenza di vento. Nel rettilineo controvento l atleta trova aria che si muove a = 50 Km/h; Nel rettilineo opposto l atleta trova aria che si muove a = 30 Km/h.

21 Esempio 3 Il lavoro totale è dato da quello fatto controvento + quello fatto a favore di vento: L = k v k v 2 2 = 2500 k k = 3400 k Rispetto al caso precedente c è un incremento di 200 k, cioè del 6% circa

22 I termini della teoria dell allenamento Alcuni dei termini usati in teoria dell allenamento hanno una corrispondenza con termini differenti della biomeccanica: Forza massima Forza veloce Forza resistente Forza (F) Potenza (W) Lavoro/energia (L, E)

23 Risposta al problema dell uscita dalle parallele Nell istante iniziale l atleta possiede solo energia potenziale. Al vertice della parabola possiede energia cinetica di traslazione (orizzontale) e cinetica di rotazione, oltre a quella potenziale. La quota deve essere un po più bassa.

24 Risposta al problema del carpiato A corpo teso il momento angolare e l energia cinetica di rotazione sono: I teso iniz E 1 = I teso iniz 2 / 2

25 Risposta al problema del carpiato A corpo carpiato momento angolare ed energia cinetica valgono: I carp carp = I teso iniz E 2 = I carp carp 2 / 2 = I teso iniz carp / 2

26 Risposta al problema del carpiato Il rapporto tra le due energie è: E 2 / E 1 = carp / E 2 / E 1 > 1 teso C è più energia. E stata prodotta dal lavoro delle forze centripete. Verrà dissipata nel ritorno a corpo teso.

27 Risposta al problema dell entrata in acqua Nella percorrenza sott acqua la resistenza idrodinamica è la sola azione frenante. In quella in superficie la resistenza idrodinamica è inferiore (meno superficie maestra), ma c è la resistenza dovuta alla formazione dell onda.

28 Risposta al problema del tiro della pallanuoto Il pallone parte con la stessa velocità e l azione frenante dell aria è la stessa. Tuttavia, il pallone bagnato ha più massa (quella dell acqua trascinata), quindi più inerzia. La stessa azione frenante lo rallenta di meno.

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