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1 LA CINEMATICA
La descrizione del movimento è accompagnata dall’uso di alcune variabili: posizione-velocità e accelerazione. Una simile descrizione che ignora le cause del movimento è la CINEMATICA. L’analisi del movimento si basa su definizioni dei DESCRITTORI DEL MOVIMENTOil movimento coinvolge il cambiamento di posizione di un corpo e può essere descritto in funzione alla dimensione della distanza, in funzione al rapporto tra lo spostamento e il tempo impiegato o in funzione alla variazione della velocità nel tempo (accelerazione). La posizione di un oggetto si riferisce alla sua ubicazione nello spazio relativa a qualche linea di riferimento, valore o asse. Il movimento è quando un oggetto subisce un cambiamento di posizione, il movimento non può essere ottenuto subito, è comparata la posizione dell’oggetto nell’istante di tempo considerato con la sua nuova posizione in un altro istante. Il movimento è un evento che avviene nello spazio e nel tempo. Nella descrizione di un oggetto che subisce uno spostamento l’elemento di riferimento è la dimensione spaziale, quindi la variazione di posizione del corpo. Alternativamente, se sono presi in considerazione gli elementi spaziali e temporali nel movimento è coinvolta la velocitàgrandezza vettoriale (xk possiede un’intensità e una direzione) che definisce la variazione di posizione rispetto al tempo. La velocità è la derivata della posizione rispetto al tempo: v=delta s/delta t [m/s]. il delta è la variazione di un parametro, s lo spazio e t il tempo. Abbiamo visto un grafico che ci spiega la variazione di posizione verticale di un oggetto in un intervallo di tempo di 3 secondi. La variazione è di 2 metri quindi il rapporto della variazione nella posizione è di 2 metri in 3 secondi cioè 2m/3s. QUINDI la velocità media di un oggetto che si sposta dalla posizione 1 alla 2 è di 0,67 m/s, se però cambiassimo la pendenza cosa succede? Che ci sarà una variazione tra le due variabili. La pendenza è uguale alla posizione iniziale meno la posizione finale fratto la variazione di posizione x l’intervallo in cui tale variazione avviene (delta tempo). La pendenza ci indicherà un’informazione sull’andamento di variazione di 1 variabile. Un altro grafico visto descrive la posizione di un oggetto in 5 intervalli. L’equazione vista prima quindi v=delta s/delta t [m/s] produce velocità di 0,75 nell’intervallo 1, 1,50 nell’intervallo 2 e così via. Una pendenza maggiore evidenzia una velocità maggiore, al contrario una pendenza verso il basso (dalla posizione 4 a 5) indica una velocità negativa. L’assenza di variazione (dalla posizione 3 a 4) rappresenta velocità 0. Ci sono diversi aspetti importanti: quando il segno del valore di velocità cambia la direzione del movimento subisce una variazione. Quando la direzione del movimento cambia, la relazione velocità-tempo attraversa lo 0. Siccome la velocità possiede intensità e direzione, la descrizione del movimento soltanto in termini di velocità non è sufficiente. Esempio: 100 METRI SPRINT un esempio della relazione tra posizione-velocità e accelerazione possiamo vederla dall’analisi di un soggetto che percorre 100 metri il + velocemente possibile. Qui lo spostamento (differenza tra posizione orizzontale tra partenza e arrivo) è di 100 metri. Per descrivere la cinematica della prestazione dobbiamo determinare la posizione dello sprinter ad intervalli utilizzando come marker l’articolazione dell’anca. Un sistema da utilizzare è una camera messa lateralmente. Il sistema misura lo spostamento in funzione del tempo. Ma lo spostamento è costante? Se fosse costante la forma del grafico posizione-tempo dovrebbe essere una linea retta. Ma non è rettilinea soprattutto nella fase iniziale. Partendo dalla velocità dobbiamo prima pensare ai cambiamenti durante i 100 metri. Osservando il grafico vediamo che la pendenza è minima nella fase di partenza, dopo incrementa fino a metà (50 metri) e poi rimane costante. Se utilizzassimo l’equazione: v= delta s/delta t [m/s] x ogni intervallo di tempo ci troviamo dei dati che dimostrano che quando la velocità cambia in un intervallo l’accelerazione sarà elevata, se invece non ci sono cambiamenti di velocità in un intervallo lo sprinter non accelera. 3 grafici: posizione-tempo: / velocità-tempo: /---٦ accelerazione-tempo: l’accelerazione è alta all’inizio e poi scende EQUAZIONE DEL MOTO Quando l’accelerazione è costante, il movimento può essere descritto con qualche semplice equazione. Queste equazioni possono essere usate per calcolare la velocità di un corpo o la distanza coperta da un oggetto dopo che ha subito una determinata accelerazione. Dalle definizioni di velocità e accelerazione. Possiamo derivare espressioni algebriche che coinvolgono: tempo (t), spazio (s), velocità (v) e accelerazione (a). In queste equazioni del moto, vi e vf si riferiscono rispettivamente alla velocità iniziale e finale; si e sf alla posizione iniziale e finale in ogni intervallo; e t indica la durata dell’intervallo. Poiché l’accelerazione è costante, il valore medio e istantaneo dell’accelerazione sono coincidenti. 1. La velocità finale è espressa in funzione di quella iniziale, dell’accelerazione e del tempo. Esempio: PALLA una palla mantenuta ad un’altezza di 1,23 metri, la lascio cadere e raggiunge il suolo dopo 0,5 secondi e la sua velocità media è di 2,46 m/s. La palla però non viaggia a velocità costante ma cambia in funzione al tempo, inizialmente è 0 ma poi il valore cresce. Il rapporto tra variazione di velocità e tempo definisce l’accelerazionecioè la derivata della velocità rispetto al tempo. L’accelerazione che la palla subisce è costante ed è misurata in m/s^2 : a=delta v/delta t [m/s^2 ]. Mentre la velocità può essere rappresentata dalla pendenza della relazione posizione-tempo, l’accelerazione può essere rappresentata come la pendenza della relazione velocità-tempo. Nel grafico vedremo una linea retta / l’accelerazione costante, la gravità produce accelerazione costante, la mancanza di gravità induce una zero accelerazione quindi velocità costante. SE UN OGGETTO ACCELERA, LA PENDENZA DELLA RELAZIONE VELOCITA’-TEMPO è DIVERSA DA 0, SE UN OGGETTO NON ACCELERA, LA PENDENZA DELLA RELAZIONE VELOCITA’-TEMPO SARA’ UGUALE A 0. ANALISI CINEMATICA (massa x accelerazione) Ogni volta che eseguiamo dei movimenti noi interagiamo con l’ambiente esterno e da questa interazione si producono degli effetti, la parte dx dell’equazione: f=m x a. costituisce l’effetto cinematico. Esempio: quando un pugile sferra un pugno emerge l’effetto cinematico prodotto da quella forza. L’analisi cinematica necessita di una strumentalizzazione. L’analisi cinematica è basata su una serie di dati posizione-tempo ottenuti con un sistema di registrazione, il filmato è costituito da una sequenza di fotogrammi, i sistemi sono dei sistemi optoelettronici come lo smart. Una volta acquisiti i dati ci saranno degli algoritmi che consentono di calcolare la velocità e l’accelerazione. La maggior parte dei movimenti può essere misurata con frequenza da 50 a 250 frames al secondo. Se io ho 50 frames in 1 secondo, 2 punti consecutivi hanno un intervallo di 0,02 secondi. La velocità è determinata x ogni intervallo di posizione mentre l’accelerazione è misurata x ogni intervallo di velocità: velocità= alfa posizione/alfa tempo [m/s] accelerazione= alfa velocità/ alfa tempo [m/s^2 ] quindi il numero che esce x l’accelerazione sarà inferiore a quello della velocità. I sistemi di analisi cinematica consentono la misura di variazione di posizione di un marker in funzione del tempo e utilizzano le equazioni descritte x determinare la velocità. Esempio: ANALISI CINEMATICA DI UN OGGETTO che si sposta di 1 metro, raggiunge la posizione di 1 metro e poi torna nella posizione. Potrebbe essere una palla lanciata verso l’alto che raggiunge 1 metro e poi va al suolo e la riprendocatturo lo spostamento percorso dalla palla in funzione del tempo e x ogni intervallo di posizione catturo la velocità. In un grafico velocità/posizione e tempo vediamo che la velocità inizialmente è alta e poi scende e infine risale, l’accelerazione che inizialmente è bassa e poi sale e la posizione che è alta e poi decresce. Questa è un’analisi qualitativa perchè la descriviamo con un grafico. RELAZIONI GRAFICHE L’utilizzo delle relazioni grafiche consente di stimare il rapporto tra una variabile cinematica e il tempo analizzando semplicemente la forma del grafico. Esempio: variazioni angolari arto dx durante un gate (passo completo). Le variazioni riguardano la coscia, quando il soggetto flette la coscia in avanti l’angolo aumenta, quando invece stende la coscia l’angolo si riduce xk la coscia ruota indietro. La variazione angolare è stata calcolata con l’analisi cinematica ponendo i marker nell’arto inferiore (grande trocantere, 5° metatarso, condilo laterale e malleolo). Il sistema inoltre consente di calcolare l’angolo tra l’asse orizzontale e quello passante x il femore. Durante il passo inizialmente abbiamo una leggera flessione dove la coscia ruota leggermente in avanti e c’è un aumento dell’angolo subito dopo l’appoggio, completa la fase di spinta e poi ruota in avanti e raggiunge il picco. Poi ruota indietro la coscia xk tocca il suolo e poi torna nella fase di
spinta. Quindi inizialmente l’angolo aumenta e dopo diminuisce. La pendenza indica il valore della velocità, in quel caso c’è una pendenza negativa all’inizio, poi^2
positiva e poi torna negativa alla fine. La pendenza negativa associata ad un grafico posizione-tempo indica una velocità negativa e una pendenza positiva indica la velocità positiva. Quando c’è un’inversione di pendenza ci sono dei picchi, questi punti definiscono le velocità =0, se prolungassimo il valore di picco 0 vediamo che ci sarà un valore di velocità =0. Inversione di pendenza= inversione di movimento. Nel secondo grafico della veocità vediamo punti di massima e punti di minima, tra questi punti notiamo all’inizio che la pendenza è positiva quindi l’accelerazione è positiva (xk abbiamo detto chela pendenza associata ad un grafico velocità-tempo indica il valore dell’accelerazione), poi avremo una pendenza negativa quindi l’accelerazione è negativa e infine il contrario. I punti di massima e minima corrispondono a accelerazione=0 dove c’è l’inversione del verso di velocità. Abbiamo effettuato un’analisi qualitativa dove abbiamo derivato il vettore velocità (grafico velocità-tempo) da un grafico posizione-tempo e poi abbiamo derivato la variabile accelerazione-tempo a partire da un grafico velocità-tempo. Il picco dell’accelerazione c’è all’inizio e poi diminuisce ma il soggetto accelera sempre ma quando scende sotto allo zero significa che la velocità è negativa. Fin quando è diversa da 0 la velocità cambia sempre. MOVIMENTO LINEARE E ANGOLARE Nel movimento umano noi abbiamo sia un movimento lineare sia un movimento angolare, quindi dobbiamo cercare di comprendere le relazioni che esistono tra le variabili della cinematica lineare e quelle della cinematica angolare. Il movimento lineare si riferisce allo spostamento nello spazio di tutte le parti di un corpo, inversamente quando le parti del corpo non subiscono il medesimo spostamento il movimento è detto angolare (sprint). la combinazione tra movimento lineare detta traslazione e movimento angolare detta rotazione è detto movimento planare. Quando faccio una descrizione su un singolo piano questa descrizione è chiamata planare. Diagramma angolo-angolo Per capire meglio abbiamo fatto l'esempio di moto angolare con variazione reciproca di due angoli durante un movimento di stacco di un pesista, avremo 10 fotogrammi. Dobbiamo capire come la relazione tra due angoli riesca ad evidenziare i movimenti più significativi che compie rispetto ad un piano. Dei marker posizionati sull atleta ci fanno vedere le variazioni angolari del ginocchio-tronco e caviglia-coscia. il diagramma angolo angolo ha la funzione di catturare gli schemi neuromuscolari , il primo angolo e posteriore (ginocchio) ed è relativo, e il secondo è anteriore (tronco) ed è assoluto. la telecamera è posta lateralmente perché dobbiamo catturare i movimenti più significativi EI marker sono sei. Anche nella seconda immagine abbiamo due angoli , uno relativo e uno assoluto ma entrambi anteriori. Angolo ginocchio-angolo tronco: [ ٦ / Angolo caviglia-angolo coscia: ٦ / Relazione tra movimento lineare e movimento angolare La relazione la strutturiamo sempre sulle tre variabili : spostamento , velocità, accelerazione. Cerchiamo di capire la relazione con un movimento semplice: l'angolo del braccio. Sei il mio braccio esegue una rotazione verso l'alto quindi lo elevo, l'estremità del mio dito compie uno spostamento verso l'alto e questo spostamento è lineare e va a descrivere una traiettoria curvilinea. Nel passare da una posizione uno alla posizione due c'è un angolo teta ed è uno spostamento angolare. La relazione tra tra S e teta è che lo spostamento lineare dipende dalla variazione angolare teta ma anche dal braccio (R). S Aumenta quando aumenta R. nello spostamento l'estremità finale del mio dito si sposta con una certa velocità lineare e con una certa velocità angolare. La velocità angolare sarà data dalla variazione dell'angolo teta sul tempo, mentre la velocità lineare sarà data dalla velocità angolare per il braccio (R ). Esempioperché la ginnasta che è più alta realizza movimenti che sembrano più veloci? perché la velocità periferiche di atlete più alte realizzano
movimenti con velocità periferiche più ampie. la relazione esiste anche tra accelerazione lineare e angolare, l'accelerazione lineare è data da √❑R alfa^2 x Rw^2 ,
L'accelerazione angolare è data da w su delta T. la variazione di intensità è R X alfa. R x w^2 è la variazione di direzione. nel moto rotatorio se la rotazione è costante l'accelerazione periferica perde un termine , perché se io muovo a velocità costante l'accelerazione angolare sarà uguale a zero quindi Alfa uguale a zero e R x alfa se ne va mentre rimane la variazione di direzione. Quindi l'accelerazione lineare dipende anche dall' accelerazione angolare e dalla velocità angolare punto quando l'accelerazione angolare diventa zero la relazione si riduce a: a=Rw^2. A cioè accelerazione lineare. ACCELERAZIONE E ATTIVITA’ MUSCOLARE primo esempioaccelerazione centripeta o radiale: due sprinter che stanno correndo su un campo di atletica fatto a corsie devono mantenere un accelerazione periferica. SE I 2 sprinter hanno la stessa velocità periferica chi deve produrre più accelerazione per mantenere la stessa velocità periferica? quello che sta nella corsia più vicina al centro o quello che sta nella corsia più lontana dal centro? quello interno , perché ha il raggio più piccolo quindi per mantenere la stessa velocità deve produrre più accelerazione. A= v^2 /R [w/s^2 ] secondo esempioNel secondo esempio partiamo dall accelerazione periferica però la esprimiamo con r x w^2 (omega) e l'esempio si basa su due lanciatori del martello, un soggetto ha la corda di 1 m, l'altro ha la corda di 0,75. chi produce più accelerazione centripeta? la produce quello con la corda di 1 m a causa del raggio maggiore. A=r x w^2 [m x s-2]. Terzo esempiomette in relazione l' accelerazione con l'attività muscolare , sappiamo che si produce accelerazione quando c'è forza , se c'è forza c'è accelerazione e l'attività muscolare quantifica la capacità di forza che un muscolo può produrre. l'attività elettromiografica è un'attività di superficie deriva da tutti i potenziali d azione che si sviluppano nel muscolo e questi potenziali che si sviluppano vanno a quantificare il reclutamento delle unità motorie. Maggiore è il reclutamento e maggiore saranno i potenziali d'azione che si sviluppano nel muscolo. Per evidenziare la relazione tra accelerazione e forza si prende in esempio un momento di estensione-flessione del gomito rispetto a un piano orizzontale passante per l'articolazione scapolo omerale e viene misurata la variazione angolo gomito tempo. La sequenza di muscoli coinvolti e: tricipite brachiale, brachioradiale , bicipite brachiale. Le telecamere sono poste in alto. Ci sono due tipi di elettromiografie: quelle di profondità (aghi e registrano i potenziali d azione per capire se ci sono dei processi neurodegenerativi) quelli di superficie (per comprendere l'effettuazione e strategie messe in atto). ANALISI CINEMATICA DELLA LOCOMOZIONE La locomozione umana coinvolge sequenza alternate in cui il corpo è sostenuto prima da un arto , a contatto con il suolo e poi dall'altro. Questa sequenza ciclica è complessa perché ci sono processi neuro muscolari coinvolti. IL PASSO e l'unità di base ed è un ciclo completo che si sviluppa dalla fase finale di spinta al suolo (To) alla fase successiva dello stesso piede (to). e composto da due parti : la prima che va dal momento finale della spinta (fase di contatto) al successivo momento dell'altro piede. finisco la spinta e vado alla fase di contatto di un arto. all'interno di un passo abbiamo quattro eventi, due per ogni arto: due fasi di volo e due di contatto. Gli eventi di volo avvengono tra gli eventi di To e Fs(contatto). mentre gli eventi di contatto avvengono tra gli eventi di Fs e quelli di To. modalità passo ci sono due modalità , la marcia o la corsa. La distinzione è legata alla percentuale della fase di contatto al suolo in ogni ciclo completo del passo. Durante la marcia almeno un piede è sempre al suolo e per un breve periodo , per ogni ciclo, entrambi i piedi sono a contatto con il suolo. quindi nella marcia la sequenza è: singolo o doppio appoggio. Nella corsa invece la sequenza e: appoggio non appoggio. Adattabilità del passo in funzione della velocità ci sono diverse condizioni: la corsa e la marcia. Ma abbiamo anche tre frequenze. Abbiamo descritto un grafico durata-velocità e abbiamo notato come le frequenze cambiano. Nel grafico che abbiamo descritto possiamo vedere che con l' aumentare della velocità di corsa cambia la modalita durante la marcia a velocità bassa. quando la frequenza di passo e bassa Con l' aumentare della velocità si riduce la durata mentre con l' aumentare della velocità diminuisce la durata. Anche nella corsa c'è un' adattabilità più elevata quando c'è l' aumento della velocità e quando la frequenza è bassa. Le due variabili che entrano in gioco nel passo sono l' ampiezza e la frequenza e sono modificate in funzione alla velocità. quando la velocità aumenta
METODI GRAFICI^4 La tecnica coinvolge la manipolazione delle forze rappresentate come frecce (vettori), dove la loro lunghezza indica l’intensità della forza e
l’orientamento della freccia rappresenta la direzione. Una caratteristica dei vettori, molto utile in questa procedura, è che essi possono slittare lungo la loro linea di azione e possedere ancora lo stesso effetto. La tecnica richiede: • La misurazione precisa della lunghezza della freccia; • Una scala dove la lunghezza del vettore (cm) è convertita in forza (N). esempio : nel grafico che abbiamo visto la direzione e l’intensità esercitata dalla porzione sternale (Fm1s) e clavicolare (Fm1c) del muscolo grande pettorale. La componente clavicolare esercita una forza di 224 N e la sua direzione è di 0,55 rad rispetto all’asse orizzontale, mentre la componente sternale ha un’intensità di 251 N e agisce 0,35 rad sotto all’asse orizzontale. Il processo di analisi grafica, per determinare la risultante, include l’aggiunta della punta alla coda facendo scivolare o l’uno o l’altro vettore lungo la linea di azione (figura 4.1 b) e congiungendo successivamente la punta di un vettore alla coda dell’altro vettore (figura 4.1 c). L’intensità della forza risultante è ottenuta misurando la lunghezza della freccia (3 cm) e convertendo questa misura in newton (400 N) con la scala indicata. La direzione è ottenuta misurando l’angolo con un goniometro. La forza risultante (Fm), quindi, ha un’intensità di 400 N e una direzione di 0,1 rad sopra l’asse orizzontale. La procedura opposta consiste nella scomposizione grafica della risultante in due componenti. Questa procedura (figura 4.2) necessita la costruzione di un parallelogramma, dove la risultante rappresenta la diagonale, e i lati, l’intensità e la direzione delle componenti. In molti casi, specialmente nella forza muscolare, il parallelogramma diventa un rettangolo, quindi permette di identificare le due componenti che sono orientate ad angolo retto (1,57 rad) tra di loro. Nell’analisi della forza muscolare, le componenti perpendicolari si riferiscono alla componente normale e tangenziale. La componente normale costituisce la quota di forza muscolare che agisce perpendicolarmente alla lunghezza dell’osso e quindi produce la rotazione del segmento corporeo. Essa tende a trascinare il segmento, su cui è applicata, nella sua direzione, facendolo ruotare attorno all’asse dell’articolazione. Nell’analisi del movimento è l’unica parte utile della forza iniziale agente sul segmento (per quanto concerne il moto del segmento rispetto all’articolazione), che genera il momento di rotazione. La componente tangenziale rappresenta la quota della forza muscolare diretta lungo l’asse del segmento osseo. Quando è diretta verso l’asse articolare, è, per convenzione, positiva e quindi contribuisce alla stabilizzazione dell’articolazione. Diretta nel senso opposto è considerata negativa e tende a separare le superfici di contatto dell’articolazione. METODI ANALITICI Composizione e risoluzione possono essere ottenute usando l’analisi trigonometrica. Il vantaggio di tale metodica, rispetto alla tecnica grafica, consiste nel maggior grado di precisione della misurazione. Ipotizzando che la forza risultante abbia un’intensità di 450 N e la sua linea di azione sia di 0, rad (17,2°) rispetto all’asse dell’omero, possiamo calcolare l’intensità delle componenti. Innanzitutto ricostruiamo il parallelogramma e poi usando i dati trigonometrici calcoliamo la Fm1n e la Fm1t. Quindi la componente normale ha un’intensità di 133 N e la componente tangenziale di 430 N. entrambi i valori sembrano validi poiché: la risultante rappresenta la diagonale del parallelogramma, quindi dovrebbe possedere il valore più elevato; l’angolo di trazione nella maggior parte dei muscoli è piuttosto piccolo e quindi gran parte della forza risultante è generata nella direzione tangenziale. L’angolo di trazione del muscolo è formato dalla linea di trazione e dalla porzione dell’asse meccanico compresa fra il punto di applicazione e il fulcro. La scomposizione vettoriale di una forza è funzione dell’angolo di applicazione. Nel caso di forze muscolari dipende dall’angolo di trazione. Esso cambia in funzione della posizione dell’articolazione e pertanto cambieranno anche le componenti tangenziali e normali. All’aumentare dell’angolo incrementa la componente tangenziale o di rotazione. L’angolo di trazione nella maggior parte dei muscoli è minore dell’angolo retto e tale rimane durante tutto l’arco del movimento. Durante il movimento di segmenti anatomici si manifesta un interessante effetto combinato dell’azione muscolare; vale a dire: • esecuzione del movimento; • contributo alla stabilizzazione. Nel caso si determini un angolo di trazione superiore di 90°, la componente tangenziale ha valore negativo e tende a creare la diastasi dell’articolazione. L’evenienza non è molto comune e comunque si generano modeste componenti tangenziali. Normalmente l’angolo è < 45° e pertanto, la componente tangenziale (stabilizzante) della forza muscolare tende a prevalere su quella normale. Alcuni muscoli sono molto specializzati nell’azione stabilizzante senza contributi efficaci alla rotazione. Ad esempio, durante una sospensione alla spalliera si avrebbe la possibilità di lussazione delle articolazioni scapolo-omerale e sternoclavicolare, se il fenomeno non fosse compensato dalle azioni dei muscoli coracobrachiale e succlavio. Viceversa, in condizioni fisiologiche molti muscoli generano un angolo di trazione troppo piccolo per generare rotazione. In tal senso, diversi espedienti anatomici intervengono a modificare la fisiologia articolare: • condili del femore e della tibia nel muscolo gracile; • rotula del quadricipite; • malleolo per il lungo peroneo. Le forze coinvolte nel movimento sono: FORZE DOVUTA ALLA MASSA DEL CORPO: forza peso : Si misura con la bilancia , è importante quando si eseguono movimenti contro gravità. la troviamo in tutte le discipline che si svolgono sulla superficie terrestre contro gravità. la forza peso può inibire la spinta del soggetto verso l'alto. Deve essere tenuta sotto controllo perché molte discipline hanno un limite di peso. Quando noi siamo in una posizione eretta la forza peso la misuriamo con la bilancia ma risente della forza di gravità, in questo caso noi assumiamo la massa del corpo uguale alla forza peso. sei il soggetto assume una posizione di mezzo squat fa più fatica a mantenere la posizione perché c'è il tork resistente. nella posizione eretta la forza peso si applica sul centro di massa ed è diretta verso il basso e cade davanti al corpo e tende a sbilanciare il corpo in avanti , a questa forza peso si oppone la forza uguale o contraria prodotta dal tricipite surale e dal gastrocnemio che riportano il corpo nella posizione verticale. La forza peso non cambia se assumiamo posizioni diverse, quello che cambia è che essa produce una forza di reazione del suolo che è diretta verso l'alto e cambia ovviamente in base alla posizione e al braccio di leva. La forza di reazione è uguale opposta alla forza peso ed è determinata anche dalla forza muscolare che non è uguale a zero nella posizione eretta. Quando si va verso il basso il corpo accelera verso il basso e l'intensità della forza peso e la stessa ma la forza di reazione diminuisce , quando il soggetto arriva la posizione e inizia poi la spinta la forza di reazione cresce. La forza peso ci spiega perché molti record si svolgono a quote elevate, perché interviene la forza di gravità quindi essa diminuisce e diminuisce la forza atmosferica. Riducendo la gravità si agevola la performance dell'atleta. forza inerziale : deriva dal principio di inerzia di newton, facciamo l’esempio del lanciatore di martello. La forza inerziale è definita anche effetto di moto dipendente xk dipende dall’inerzia della massa di un oggetto. Non è ambientale. Quando il lanciatore esegue un lancio deve fare 5 giri e inizia a ruotare producendo una forza di trazione che contribuisce alla rotazione e poi una forza centripeta che si crea tra il lanciatore e il peso. Quando il lanciatore gira, mano a mano il moto del martello incrementa e dopo aver fatto i giri il martello viene lanciato. La velocità di rilascio con la quale il martello inizia la fase di volo è di 21 m/s e l’atleta x avere questa velocità esercita una forza di trazione di 45 newton circa x tutta la durata dell’evento, mentre la forza centripeta (esercitata dal lanciatore che determina la traiettoria curvilinea) è di circa 2,8 kilonewton. Il soggetto nella fase finale di lancio deve tenere questa forza fino al rilascio. Se lui diminuisce questa forza centripeta prima di lasciare il martello che succede? La forza inerziale si esercita sul soggetto e la forza che esercita il lanciatore avrebbe l’effetto su di esso e verrebbe trascinato e sbalzato fuori dalla pedana se non dovesse lasciare il martello nella fase finale. FORZE DOVUTE ALL'AMBIENTE: forza di reazione del suolo : La misuriamo attraverso delle pedane e deriva dal principio di azione reazione, in questo caso ci interessa questa forza perché nel movimento va a descrivere una risposta fornita dalle superfici di appoggio , quando realizziamo un movimento esso si realizza sulla superficie e la risposta della superficie deriva dall'azione prodotta durante il movimento. La forza di reazione al suolo deriva dalla legge di Newton e costituisce la forza di reazione del suolo all' accelerazione di tutti i segmenti corporei , la pedana funziona come la scala per la misurazione del peso ma la differenza è che la pedana di forza può misurare la reazione del suolo nelle tre componenti trasversale orizzontale e verticale. La pedana di forza riesce a misurare la forza di reazione con una distorsione minima del segnale , nel grafico fatto abbiamo visto la sincronizzazione di diversi componenti : cinetiche (forza e forza di reazione al suolo registrate durante un salto sulla pedana) cinematiche (posizione, velocità, accelerazione). questo soggetto esegue un salto ed è stato messo un marker laterale , è stata analizzata una tabella posizione tempo e adesso esegue un cauter Jump cioè contromovimento, spinta poi ci sarà un picco e poi torna giù. Durante il movimento posso monitorare sia la variazione del centro di massa si ha la forza di reazione. Nella fase iniziale la forza diminuisce rispetto alla forza peso e la forza peso aumenta e risulta massima quando c'è un contro movimento del soggetto. La forza tende a diminuire quando il soggetto va verso l'alto e diventa zero quando è
in volo. Forse accelerazione hanno lo stesso andamento e le Lega la seconda legge della dinamica dove la forza è uguale alla massa per l'accelerazione. La massa^5
è costante e all'aumentare della forza aumenta l'accelerazione. quando il soggetto stacca l'unica forza che agisce la forza di gravità che produce un'accelerazione di -9,81 infatti lui sta che poi decelera. infine la velocità, che è stata calcolata dalla variazione dello spostamento del corpo in funzione al tempo, raggiunge il picco Subito dopo il salto , quando stacca. Poi decresce man mano che lui va verso l'alto per effetto della forza di gravità e raggiunge lo zero quindi la velocità prima aumenta e poi diminuisce. Esempio : nella marcia nella corsa noi descriviamo la fase di contatto e vediamo il profilo forza tempo (forza di reazione), Questa forza nella corsa ha un valore doppio della forza di reazione della marcia perché questa forza di reazione è data dal corpo del soggetto che è in una posizione più elevata e quando contatti il suolo c'è un' intensità maggiore. Nella marcia l'intensità è la metà e la forma cambia perché troviamo due picchi nel grafico e uno corrisponde all' appoggio del tallone , poi c'è la fase di rullata e poi la spinta. Quando la forza di reazione differisce dalla forza peso il sistema subisce un accelerazione verticale. Componenti della forza di reazione medio laterale (intensità piccola , si determina durante il contatto E riflette movimenti durante la fase di contatto del suolo ), Trasversale (deriva dalla posizione del corpo rispetto al punto, quando il soggetto contatta al suolo la gamba e posta anteriormente al centro di massa quindi la forza di reazione a una direzione verso dietro). verticale (unica direzione e quella che si oppone la caduta in basso del centro di massa ci sarà una contrazione eccentrica e poi concentrica. CENTRO DI PRESSIONE lo studio del centro di pressione si fa con delle solette nella scarpa, queste solette hanno dei trasduttori di pressione. Abbiamo visto dei fotogrammi e abbiamo evidenziato durante la marcia o la corsa il piede. Il piede quando tocca il suolo a pressione nella parte posteriore e poi si trasferisce nella parte mediana per arrivare nella parte anteriore che sarebbe la fase di spinta. E una variazione di distribuzione delle pressioni sul piede durante la fase di contatto al suolo. La distribuzione della forza e misurata in Pascal EI fattori che influenzano le variazioni di pressione includono sia le caratteristiche strutturali del piede sia alcune componenti del movimento. Alcuni soggetti contatto nel suolo in maniera diversa, alcuni runners per esempio contattano il suolo con la parte posteriore e dopo si porta nella parte anteriore. Nei corridori con contatto mediano la localizzazione iniziale del centro di pressione avviene nel bordo laterale. Viceversa nei corridoi che prendono contatto con la parte posteriore il centro di pressione si sposta nella parte posteriore. comunque in entrambi i casi il centro di pressione nella fase successiva se esposta nella parte centrale per finire sotto la luce quando il piede nella fase di spinta. forza di attrito : Questa forza l' analizziamo solo per l'interazione scarpa suolo. Noi abbiamo visto una reazione vincolare nella fase di contatto del suolo, il soggetto contatto al suolo e nel momento in cui lo contatta abbiamo diverse forse che agiscono. la reazione vincolare c'è perché si stabilisce una reazione vincolare sul piano orizzontale trasversale verticale. Nella direzione verticale abbiamo la forza peso ed essa produce una forza di reazione del suolo che dipende dalla forza peso e anche dalla forza che il soggetto produce cioè la forza di spinta. Quando il soggetto contatta il suolo abbiamo la forza di pressione e il soggetto tende a spingere. A questa spinta corrisponde una forza di attrito che aumenta all'aumentare della forza di pressione esempio la mano sul tavolo. L'attrito può essere statico o dinamico , quando la forza di spinta aumenta, aumenta la forza di attrito e avrò un valore massimo di attrito statico e dopo se la forza di spinta aumenta ulteriormente avrò un attrito dinamico. (statico il salto) (dinamico la superficie). L'attrito statico lo vediamo nella corsa mentre l'attrito dinamico nel pattinaggio. La forza peso condiziona la forza di attrito perché aumentando la forza peso ci sarà un attrito maggiore. L'attrito massimale è dato da Mou, che è il coefficiente di attrito che tiene conto delle superfici, per la forza di reazione del suolo che a sua volta dipenderà dalla forza peso del soggetto. La forza di attrito dipendere a due componenti della forza di reazione del suolo: la forza di reazione ha tre componenti una verticale, orizzontale e trasversale e la forza di attrito ne ha due orizzontale e trasversale Infatti l'attrito piano trasversale ed è dato dall intersezione tra componenti orizzontali e trasversali. se non ci fosse l'attrito non ci sarebbe la locomozione, maggiore forza di spinta e maggiore sarà la forza di attrito che avrà direzione apposta. resistenza dei fluidi : E una forza dovuta all'ambiente. Esempio : lo sciatore sul trampolino. quando esso è in fase di volo subisce una resistenza cioè quella dell'aria , l'effetto dell'aria sul corpo dell'atleta produce una resistenza dei fluidi in questo caso è una resistenza aerodinamica. Questa forza si applica sul centro di massa dell'atleta e ci sono due componenti della forza causata dalle correnti dell'aria: corrente orizzontale e corrente verticale. queste due componenti sono sempre presenti quando c'è un movimento sulla superficie terrestre e possono però variare in base alla posizione che assume il soggetto. La componente orizzontale e quella che ci interessa di più: Ff= KAV^2 K è la costante, a è l'area della proiezione del corpo. ora dobbiamo ridurre al minimo la resistenza dell'aria, come? con il dispendio energetico dell' 8%. in alcuni casi per ridurre si mette in atto l'effetto scia che consiste nel disporsi dietro, in maniera tale che gli atleti posti dietro ad altri atleti eliminano l' 80% del costo energetico e non incontrano la resistenza dell'aria. esempio effetto aria nei 100 m sprint: con un vento contrario di 3 m al secondo il tempo nei 100 m dovrebbe incrementare d 0,26 secondi, al contrario dovrebbe decrescere d 0,34 secondi. VELOCITÀ LIMITE Il volo del paracadutista ha molte curiosità, quando parliamo della velocità limite facciamo riferimento al paracadutista. durante un lancio Può arrivare a 250 km/h e perché? nel momento in cui si lancia la velocità aumenta finché la forza dovuta alla resistenza dell'aria non eguaglia la forza peso dovuta alla gravità. quindi inizialmente c'è un'accelerazione che porta a un incremento della velocità di ricaduta del paracadutista fino a quando non si definisce un certo equilibrio Determinato dall' uguaglianza delle due forze(forza peso e resistenza aria). per definire l'intensità della velocità limite si fa questa formula: Fw=Ff e si determina questa condizione quando la forza peso è uguale contraria a quella aerodinamica. dalle equazioni dei fluidiFw=KAV^2 possiamo determinare la velocità limite V=
√❑ Fw
KA
dove Fw è la forza peso, K la costante che definisce le caratteristiche tra fluido e oggetto e A è l’area di proiezione. Questa velocità può essere incrementata o ridotta: incrementata se aumenta la forza peso o riduco l'area di proiezione o K. se il soggetto si dispone a posizione tuffo aumenta la velocità limite. con il paracadute l'area di produzione aumenta e la velocità diminuisce. interazione fluido corpo abbiamo visto che la resistenza dei fluidi a due componenti , ora vediamo un esempio dove osserviamo un oggetto immerso nel fluido che in questo caso è l’aria: le linee di corrente più vicino all'oggetto costituiscono lo stato limite ed allo studio di queste linee di corrente possiamo identificare due fattori principali che contribuiscono a determinare la resistenza aerodinamica dell oggetto: la velocità delle linee di corrente e l'estensione del disturbo sul pavimento relativo alle linee. le linee di corrente possono avere un andamento fluido turbolento perché non trovando la superficie non mantengono la lineaità, la turbolenza determina un gradiente di pressione: nella parte anteriore dell oggetto c'è una massima pressione mentre nella parte posteriore c’è una pressione minima. per ridurre le turbolenze la pressione aerodinamica si usano determinati caschi o abbigliamenti particolari. la componente orizzontale dipende dall' attrito aerodinamico e dalla pressione aerodinamica. in una figura che abbiamo visto dove troviamo un oggetto piatto sotto e sopra convesso troveremo un angolo di proiezione (che è quello sulla sinistra) che determina la PORTANZA che può andare verso l'alto e consente di elevare l'oggetto o di abbassarlo virgola in questo caso le linee di corrente sopra avranno più velocità perché c'è maggior strada da fare , sotto ci sarà meno velocità. Maggiore è la velocità, minore è la pressione e viceversa. questo angolo induce un effetto ascinsionale che porterà l'oggetto verso l'alto (esempio le ali dell'aeroplano). la portanza è un concetto importante quando abbiamo un Moto rotatorio. in questo caso dobbiamo capire questa forza che va a cambiare la traiettoria. Quando un corpo viene lanciato e imprimo un moto rotatorio in senso antiorario ci saranno due linee di corrente opposte e lo spin della palla devia la traiettoria perché si realizza la forza Magnus cioè la portanza. A dx le linee di corrente hanno una velocità più bassa perché hanno un verso opposto rspetto allo spin della palla e quindi la velocità è più bassa perché c'è maggiore attrito aerodinamico: maggiore attrito minore velocità e maggiore pressione. Dal lato opposto abbiamo le linee di corrente che hanno lo stesso verso della direzione della palla quindi maggiore velocità ma minore pressione secondo il principio di bernulli. E questo determina una forza che tende a spingere la palla verso sinistra. Il cambio di traiettorie importante perché chi riceve la palla non riesce a determinarlo. Con la mano è più facile fare uno spin con il piede e difficile e si ha il piede piccolo ci riesci di più. Durante la lezione abbiamo disegnato una palla e il suo senso di rotazione, inoltre abbiamo messo a destra una corrente a bassa velocità EA sinistra una corrente ad alta velocità che hanno direzioni opposte alla palla , questo è il principio bernulli.
nella regione plastica incrementerà la lunghezza fisiologica del tendine e favorirà escursioni articolari più ampie. La relazione forza-lunghezza di tendini e^7
legamenti varia sia tra i tipi di tessuti sia tra le diverse strutture nello stesso tipo di tessuto. Molte di queste differenze sono dovute alla variazione in lunghezza e sezione trasversa. Infatti, la stiffness di due legamenti, aventi la stessa lunghezza, varia in base alle differenze di sezione trasversa; un legamento con una sezione trasversa doppia dell’altro ha una stiffness di due volte maggiore. Inversamente, la stiffness di due legamenti aventi la stessa sezione trasversa, varia in base alle differenze in lunghezza; un legamento di lunghezza doppia dell’altro ha una stiffness della metà. Di conseguenza, la comparazione delle proprietà elastiche di tendini e legamenti in diverse condizioni e tra i soggetti è basta su valori normalizzati espressi dalla relazione tensione-deformazione che abbiamo visto nel grafico. La tensione (Pa) rappresenta la forza applicata per unità di area del tessuto (N/m2 ), mentre la deformazione indica la variazione percentuale della lunghezza del tessuto ( ∆" " x 100). Tensione e deformazione caratterizzato la capacità intrinseca di forza e di estensione di tendini e legamenti. La pendenza della regione elastica in una relazione tensione-deformazione è quantificata dal modulo di elasticità (E) ed è definita dal rapporto tra forza tensile (σ) e deformazione (ε). Proprietà tendini Come indicato nella procedura di normalizzazione (tensione-deformazione), i tendini differiscono in spessore e lunghezza. Il principale determinante di queste differenze appare essere l’intensità del carico subita dal tendine, ciò è evidente se ad esempio si compara le relazione tensione- deformazione di due tendini che differiscono in dimensione.
ELASTICITA’ E RENDIMENTO ENERGETICO : Il ciclo allungamento-accorciamento (stretch-shorten cycle; SSC) è un elemento naturale della funzione muscolare in
molte attività sportive (corsa, salti, lanci, ecc.). Il ciclo SSC è definito come una sequenza di una azione eccentrica immediatamente seguita da una azione concentrica. È ampiamente riconosciuto in letteratura che se un muscolo attivato è allungato prima che si accorci, la prestazione durante la fase concentrica aumenta. Un simile comportamento meccanico è il risultato del riutilizzo di energia elastica in precedenza immagazzinata nelle strutture degli elementi elastici seriali (principalmente nel tendine e aponeurosi). Tali informazioni denotano che la prestazione nelle attività sportive che coinvolgono il SSC è influenzata non solo dalla forza e della potenza della componente contrattile del muscolo ma anche dalle proprietà elastiche del tendine. Studi condotti da Bosco (1987) evidenziarono una correlazione negativa significativa (figura 5.8) tra la capacità di usare l’energia durante l’esecuzione di balzi (salti continui del tipo CMJ) e l’economia di corsa (a bassa velocità sul nastro trasportatore) misurata mediante il consumo di ossigeno. Pertanto le proprietà elastiche degli elementi seriali (principalmente quelle del tendine) influenzano non solo il comportamento meccanico ma anche il rendimento energetico e quindi l’economia di corsa. Studi del 1999 hanno osservato che un tendine più elastico influenza positivamente la prestazione nei salti verticali del tipo CMJ, viceversa un tendine meno accondiscendente sembra inibire l’effetto del pre-stiramento. In questo studio le proprietà elastiche del tendine sono state determinate dalla pendenza della relazione tra la forza muscolare sviluppata durante estensioni del ginocchio in condizioni isometriche (leg-extension) e la variazione di lunghezza del tendine e dell’aponeurosi del muscolo vasto laterale. I valori medi della stiffness, calcolata in vivo (143,8 ± 28,3 N/mm), concordano con quelli ottenuti da esperimenti condotti in vitro ed evidenziano un’ampia variabilità individuale, probabilmente dovuta a differenze di dimensione dei materiali esaminati. In tal senso, per fare comparazioni più accurate, la relazione tra la forza muscolare (Fm) e la variazione di lunghezza del tendine e dell’aponeurosi (figura 5.9) dovrebbe essere convertita in una relazione tensione/deformazione. Sebbene la stiffness tenda a incrementare in modo curvilineo in funzione della percentuale di forza massimale prodotta (% MVC, contrazione volontaria massimale), al di sopra del 50% della MVC le variazioni della stiffness non sono significative, suggerendo la probabile influenza delle proprietà elastiche del tendine sul comportamento meccanico del muscolo in contrazioni che sviluppano fino al 50% della forza massimale isometrica. Nello studio di Kubo e coll. (1999) i soggetti sono stati suddivisi in base alla loro stiffness, in elastici (compliant< 143,8 N/mm) e rigidi (stiff> 143,8 N/mm). La modificazione delle strutture elastiche seriali (passive) in funzione della forza prodotta, durante contrazioni isometriche prossime al valore massimale (MVC) (figura 5.11), tende a essere maggiore nel gruppo elastico rispetto al gruppo rigido con un valore medio di stiffness rispettivamente di 118±13, N/mm e di 167,1±15,6 N/mm. Nonostante che nei due gruppi, non sia stata evidenziata una differenza significativa nel salti verticali, eseguiti con e senza pre- stiramento (SJ, CMJ), l’entità del pre-stiramento è maggiore nel gruppo elastico (13,8±5,9%) rispetto al gruppo rigido (7,6±2,9%). Inoltre, la stiffness è inversamente correlata con la differenza percentuale rilevata nelle due modalità di salto. Sulla base della correlazione negativa tra la stiffness ed entità del pre- stiramento, le proprietà elastiche del tendine del vasto laterale spiegano il 21% della varianza nell’aumento del prestiramento. In sintesi, la capacità di immagazzinare e riutilizzare l’energia elastica, particolarmente nelle attività che prevedono il ciclo allungamento-accorciamento, sembra essere associata principalmente alle proprietà elastiche del tendine e in misura minore alle caratteristiche elastiche della parte contrattile del muscolo. FORZA IDROSTATICA E la forza che si ha quando si immerge un oggetto in un fluido e subisce una forza verso l'alto. È l’intensità è = al peso del fluido spostato dall’oggetto. E descritta da arkymede. La forza idrostatica è calcolata dal prodotto del volume dell' oggetto per il peso specifico del fluido , il peso specifico si riferisce al peso di un volume standard di un fluido. Fb= Vo x Y [N]. Quando una persona galleggia 20 ° e sposta 0,064 m^3 di acqua subisce una forza idrostatica di 628 Newton punto quando facciamo il morto l'intensità della forza idrostatica è uguale al peso corporeo. Hanno le stesse intensità ma versi opposti. LE LEGGI DI NEWTON NEL MOVIMENTO elaborò la relazione tra forza e moto e fornì tre principi conosciuti come le leggi del moto: 1. La legge dell’inerzia; 2. La legge dell’accelerazione;3. La legge dell’azione-reazione. L’INERZIA Ogni corpo mantiene il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme fino a quando forze esterne non agiranno su di esso. Più semplicemente, una forza è necessaria per fermare, iniziare o alterare il moto. Questo principio è facilmente dimostrato dagli astronauti quando eseguono delle manovre in condizioni di microgravità. In un ambiente gravitazionale, poiché diverse forze agiscono continuamente sui corpi, una variazione del moto avviene soltanto quando accade uno squilibrio netto delle forze in gioco. In una simile condizione, il termine corpo piò riferirsi al corpo umano, a parti di esso (tronco, mano, coscia, ecc.) o anche a qualche oggetto. Per apprezzare pienamente le implicazioni di questa legge, dobbiamo comprendere il significato del termine inerzia. Il concetto d’inerzia è riferito alla difficoltà di alterare la velocità di un oggetto. La massa, espressa in grammi (g), è una misura della quantità di materia costituente l’oggetto ed è una misura quantitativa dell’inerzia. Alterare il moto di un oggetto avente maggiore massa è più difficile e l’oggetto con più massa è descritto come avente più inerzia. Poiché il moto è descritto in termini di velocità, l’inerzia di un oggetto è una proprietà della materia che si manifesta solo quando il corpo è stato accelerato e quindi, la sua velocità ha subito una variazione. Secondo il principio d’inerzia, un corpo in movimento manterrà il suo moto uniforme (velocità costante). Questo significa che la tendenza di un oggetto è quella a viaggiare in una linea retta. La traiettoria di un proiettile sarà rettilinea se non sarà influenzato da forze, come ad esempio la gravità e la resistenza dell’aria. Nel moto uniforme la velocità è costante, sia in intensità sia in direzione, mentre quando un oggetto viaggia lungo una traiettoria curvilinea, una forza dovrebbe essere presente. Questa forza impedisce all’oggetto di seguire la sua naturale tendenza a viaggiare in una traiettoria rettilinea. Nella figura 4.3 ciò può essere dimostrato considerando il moto di una palla in due istanti di tempo. La lunghezza della freccia (intensità del vettore) è la stessa nelle due posizioni, poiché la palla sta viaggiando a velocità costante, mentre la direzione è differente. Il cambiamento di direzione può essere causato soltanto dalla presenza di una forza. La forza diretta all’interno che provoca un cambiamento nella direzione, ma non nell’intensità della velocità durante il moto angolare è conosciuta come la forza centripeta. LA LEGGE DELL’ACCELERAZIONE La variazione della quantità di moto è proporzionale alla forza applicata e si determina nella direzione in cui la forza agisce. La quantità di moto (G) posseduta da un corpo è definita dal prodotto della massa (m) per la velocità (v). Un fondista con una massa di 60 kg che corre alla velocità di 8 m/s possiede una quantità di moto di 480 kg•m/s quindi: G=mv [kg x m/s]. La variazione della quantità di moto: delta G/delta T= delta (mv)/ delta t. Nell’analisi del movimento la variazione della massa può essere trascurata (m = costante); quindi secondo la legge dell’accelerazione, la forza applicata (F) è proporzionata alla variazione della quantità di moto.
IL PRINCIPIO DELL’AZIONE-REAZIONE^8 Il principio di azione-reazione stabilisce che a ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria. Esso implica che
l’effetto esercitato da un corpo su un altro è neutralizzato dall’effetto che il secondo ha esercitato sul primo. Questa interazione tra i copri è descritta da una forza, che ha un effetto su entrambi i corpi. In altri termini, i due corpi interagiscono simultaneamente. Ad esempio, possiamo considerare il tiro in sospensione di un cestista. Durante la fase di spinta il soggetto esercita una forza sul suolo ed esso risponde simultaneamente con una forza di reazione sul soggetto. Il principio di azione-reazione indica che le forze tra il cestista e il suolo sono equivalenti in intensità ma opposte nel verso. La conseguenza di questa interazione, definita dalla legge di accelerazione (F = ma), è che ogni corpo subisce un’accelerazione che dipende dalla propria massa. Se la forza media fosse di 1,5 N e la persona avesse una massa di 75 kg, l’accelerazione subita dal soggetto sarebbe di 20 m/s2. Anche il suolo subirebbe un’accelerazione, ma essendo la massa della terra molto elevata l’accelerazione sarebbe impercettibile. IL DIAGRAMMA DI CORPO LIBERO Poiché il movimento umano è influenzato da molte variabili, i biomeccanici allo scopo di ridurre la complessità dell’analisi, hanno proposto un diagramma di corpo libero. Un diagramma di corpo libero definisce l’estensione dell’analisi e identifica le forze efficaci coinvolte nell’azione. Esso è generalmente disegnato come una figura schematica costituita da un complesso di coordinate con le forze indicate da frecce. Il processo di identificazione di un sistema appropriato, che varia in base al tipo di analisi da compiere, costituisce l’argomento di maggiore difficoltà nell’analisi del movimento umano. Per introdurre questa tecnica grafica, dobbiamo esaminare differenti diagrammi e considerare il modo in cui sia possibile definire un sistema base per l’analisi del movimento umano. Le forze effettive che possono essere incluse nel diagramma saranno definite nei dettagli in seguito. In generale, quando un sistema è in equilibrio e il diagramma include soltanto due forze, esse potrebbero essere uguali, opposte e complanari. Quando un diagramma include tre o più forze essere dovrebbero essere concorrenti, in altre parole le forze potrebbero esercitare un effetto sbilanciato sul sistema. Riguardo al primo caso, supponiamo di voler determinare l’intensità e la direzione della forza di reazione subita da un corridore (figura 4.4a). Secondo la legge dell’accelerazione, quando un soggetto esercita una spinta su suolo, esso risponde con una spinta della stessa intensità ma diretta in senso contrario; in tal caso l’obiettivo dell’analisi è determinare l’entità della reazione. La prima fase consiste nello specificare e disegnare il sistema rappresentato dal corpo del soggetto (figura 4.4b). nella fase successiva sono identificate tutte le forze esterne che agiscono sul sistema con frecce di lunghezza (intensità) e direzione corretta e rappresentate appropriatamente in forma grafica (figura 4.4c). Le forze mostrate in figura 4.4 rappresentano: la resistenza dell’aria (Fa), la forza peso (Fw) e la reazione del suolo (Fg). In sintesi, le forze includono il peso del sistema e le forze che derivano dal contatto con l’ambiente (forza di reazione del suolo e resistenza dell’aria). Il diagramma evidenzia soltanto le forze che agiscono sul sistema e non quelle all’interno del sistema. Un altro esempio di definizione del diagramma può derivare da un sollevatore di pesi che, dopo mesi di allenamento, è affetto da dolori nella regione lombare della colonna. Un’appropriata analisi dovrebbe includere la determinazione della forza esercitata dai muscoli che, estendono la colonna vertebrale e l’articolazione dell’anca durante il movimento. L’obiettivo dell’analisi consiste nel calcolare la forza muscolare, quindi dobbiamo definire il diagramma di corpo libero per identificarne l’effetto; l’esempio preso in esame include il taglio figurativo dell’articolazione intervertebrale L5-S1, in tal modo che il sistema possa includere sia la parte del sollevatore sopra l’articolazione (con il bilanciere), sia la parte del sollevatore al di sotto della stessa. Nella fase successiva sono illustrate tutte le interazioni, disegnati i vettori delle forze (frecce) tra il sistema (tronco del sollevatore e bilanciere) e l’ambiente. Innanzitutto, la forza più rilevante sul sistema è quella dovuta alla gravità, ossia il peso del bilanciere (Fwb) e il tronco del pesista (Fwu). La direzione dei vettori delle forze è sempre verticale e verso il basso. Secondariamente, poiché esaminiamo un’articolazione, dobbiamo mostrare sul diagramma sia la risultante della forza muscolare (Fm), sia la reazione articolare (Fj). La forza di reazione articolare (Fj) rappresenta la risposta di segmenti adiacenti alle forze esercitate dal sistema. Sebbene la direzione di Fm sia ragionevolmente rettilinea, poiché si oppone alla rotazione prodotta dal carico, la direzione di Fj generalmente non è costituita ed è arbitrariamente disegnata come una forza di compressione che agisce sull’articolazione. Affinchè il sistema mantenga una condizione di equilibrio, la forza diretta verso destra dovrebbe essere bilanciata da quella diretta verso sinistra; la forza diretta verso l’alto controbilanciate da quella verso il basso; la forza che produce la rotazione in senso orario dalla forza che causa rotazione in senso antiorario. In sintesi, le forze sono concorrenti. In questo diagramma, un’altra forza rilevante è la forza dovuta alla pressione nella cavità addominale (intraaddominale, Fi); forza sinergica nel determinare l’estensione dell’anca. Tale riflesso controllato della forza funziona da meccanismo protettivo ed ha un ruolo efficace nelle attività di sollevamento. Queste cinque forze (Fwb, Fwu, Fj, Fm, Fi) rappresentano le maggiori interazioni tra il sistema e l’ambiente. Un diagramma appropriato è mostrato in figura 4.6c. Una volta che il diagramma di corpo libero è stato disegnato correttamente, è possibile applicare direttamente la legge dell’accelerazione. Da questo esempio si dovrebbe comprendere perché è necessario disegnare un diagramma e come realizzarlo. Lo scopo di un diagramma è stabilire le condizioni di un’analisi. Due fasi sono necessarie: • definire il sistema di cui si ha bisogno per effettuare l’analisi (definire una figura schematica). Generalmente nella prima fase si concentrano le maggiori difficoltà;• identificare tutte le modalità di interazione del sistema con l’ambiente. Le interazioni sono incluse nel diagramma di corpo libero e rappresentate da vettori (frecce).
