Misure di forza su atleti che saltano sul trampolino

Poichè Dewesoft ha molta esperienza nei crash test automobilistici, abbiamo pensato che potesse essere interessante confrontare le forze che agiscono su l'atleta che salta su trampolini di diverse dimensioni con le forze a cui è sottoposto il corpo umano durante un incidente automobilistico. Oltre alla curiosità, il nostro obiettivo era anche quello di vedere se tali salti potessero essere (troppo) pericolosi per gli atleti.

Guarda tu stesso in questo video - Misura della forza effettiva sul corpo dell'acrobata mentre salta su un trampolino - DD Squad x Dewesoft:

Salto sul Trampolino

I trampolini sono strumenti abbastanza semplici progettati per la ginnastica o per uso ricreativo. Un trampolino è costituito da un pezzo di tessuto teso e resistente ancorato tramite molle a spirale all'interno di un telaio in acciaio. Il tessuto utilizzato per saltare su e giù non è di per sé elastico; l'elasticità è data dalle molle che immagazzinano l'energia potenziale dovuta al salto.

Ecco come agiscono le molle - secondo due leggi fondamentali della fisica:

• Legge di elasticità di Robert Hooke: la forza necessaria per estendere una molla è proporzionale alla lunghezza dell'estensione.

• Terza legge del moto di Isaac Newton: per ogni azione c'è una reazione uguale e contraria. Quando salti giù sul trampolino, le molle spingono indietro con una reazione uguale e contraria - rimbalzi in aria.

Il salto sul trampolino è uno sport nato nel 1936 quando il ginnasta americano George Nissen ha sviluppato il trampolino moderno. I primi campionati americani ufficiali si sono svolti nel 1954 e, 10 anni dopo in Inghilterra, si è svolto il primo campionato del mondo. Lo stesso anno i funzionari dei paesi partecipanti formarono l'Associazione internazionale del trampolino. Dal 2000, la ginnastica sul trampolino fa parte del programma delle Olimpiadi.

Trampolini

Abbiamo deciso di confrontare le misure di forza ottenute su tre diversi trampolini:

• Trampolino Mini
  I mini-trampolini sono trampolini con un tappetino di rimbalzo che ha un diametro inferiore a 1 metro ed è sollevato di circa 30 centimetri da terra.

• Trampolino Olimpionico
  I trampolini olimpici sono spesso indicati come lunghi 17 piedi e larghi 10 piedi. Tuttavia, il trampolino di dimensioni ufficiali è definito nel sistema metrico ed è esattamente 5 m di lunghezza x 3 m di larghezza x 1,15 m di altezza, ovvero 16,5682 piedi x 9,54724 piedi x 3,78937 piedi.

• Trampolino Supernova
  Questi trampolini hanno tappetini più grandi con un numero di molle inferiore. Ciò assicura che ci sia meno tensione nel materassino e quindi non è necessaria molta forza per ottenere un forte rimbalzo. La dimensione di questo trampolino permette a più saltatori di interagire e unire le forze sul tappeto.

I Dunking Devils

La scelta degli atleti per il salto con il trampolino è inevitabilmente ricaduta sui Dunking Devils  - la DD Squad - un gruppo sloveno di acrobati di fama mondiale che gioca a pallacanestro acrobatica con i trampolini. Da Lubiana, nel 2004, è iniziata la loro strada verso il successo. Tutto è nato quando, un gruppo di 4 amici appassionati di tuffi acrobatici, ha deciso di condividere con il mondo il proprio amore per il trampolino acrobatico.

Nel corso degli anni, il gruppo è cresciuto fino ad includere più di 70 acrobati, 25 dei quali sono atleti professionisti. Oltre ad essere stati per ben due volte campioni del mondo nelle schiacciate acrobatiche, detengono anche due titoli del Guinness World Record: uno per la schiacciata frontale più alta e il secondo per la schiacciata più lunga da un trampolino.

Setup di Misura

Sebbene l'applicazione sia unica, la misura in sé non è nulla di nuovo o straordinario. Il problema è stato scegliere un corretto setup di misura che fosse leggero e di piccole dimensioni, in grado di misurare le forze che agiscono sul corpo dell'atleta.

Dopo aver valutato una serie di opzioni per la configurazione di misura, abbiamo deciso di dotare gli acrobati di uno zaino contenente tutta l'attrezzatura di misura necessaria. È stato utilizzato un piccolo zainetto all’interno del quale è stato posizionato un tablet a cui era collegato il sensore DS-IMU1 e l'antenna GPS.

Il sistema di navigazione inerziale DS-IMU1 misura la posizione GPS, l'altezza, il rollio-beccheggio-imbardata e le forze di accelerazione. L'antenna GPS fornisce il segnale GPS necessario per una buona precisione. L'antenna GPS è collegata al dispositivo IMU, a sua volta collegato al PC tramite cavo USB. I dati vengono memorizzati direttamente sul tablet utilizzando il software di acquisizione dati DewesoftX.

La DS-IMU1 di Dewesoft è una combinazione di più sensori: giroscopio, accelerometro, magnetometro, sensore di pressione e un ricevitore GNSS ad alta velocità. Associato a sofisticati algoritmi, fornisce posizione, velocità, accelerazione e orientamento precisi anche nelle condizioni più impegnative.

Prima dell'inizio della misura, abbiamo allineato l'asse del sensore e impostato l'accesso tramite  desktop remoto al tablet in modo da poter osservare i dati acquisiti durante la misura.

Misure

Sebbene sia molto difficile paragonare la gioia di saltare su un mini-trampolino a quella che dà il trampolino supernova, le nostre previsioni sono state in qualche modo confermate. Tieni presente che la forza g di 1G è pari all’accelerazione gravitazionale sulla Terra - 9,8 m/s².

Sul trampolino mini la forza del salto ha raggiunto 6,9G sull'asse x e 8G sull'asse Z - le forze g combinate al decollo sono equivalenti a quelle di un'auto che si schianta contro un muro a 25 km/h.

Sul trampolino olimpionico c'è solo l'asse Z. Al salto più alto sono state raggiunte forze di 8,4G, paragonabili ad un'auto che si schianta contro il muro a 20 km/h.

Sul trampolino supernova, le forze dei corpi di più acrobati possono essere trasferite a chi salta: è progettato per raggiungere altezze molto elevate. Le forze maggiori sono state raggiunte lungo l'asse x, poiché il saltatore rimbalza sulla schiena e qui è stata raggiunta una forza di 14,6 G, che è la stessa forza che si genera in un incidente d'auto a 30 km/h.

Conclusioni

Come descritto nel video, c'era una varietà di forze G che agivano sul corpo dell'atleta a seconda delle dimensioni del trampolino. Le forze variavano da 6 a 14 G, paragonabile a un incidente d'auto a 25-30 km/h. Siamo rimasti sorpresi di vedere l'elevata intensità delle forze che agiscono contro gli atleti.

Per quanto riguarda l'aspetto del pericolo abbiamo concluso che, sebbene le forze G siano piuttosto elevate e inaspettate, saltare sul trampolino è sicuro poiché la forza di decelerazione è molto inferiore rispetto quella di un incidente automobilistico, proprio a causa della sua superficie di impatto flessibile.

Allora, che ne dici, maggiore è la forza, maggiore è il divertimento? Probabilmente è giusto dirlo in questo caso; le dimensioni non contano dopotutto: saltare su un trampolino è comunque divertente.