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Biomeccanica del

movimento sportivo

lezione 10

Ing. C. Giorgi

Lezione 10

Energia

Lavoro

Potenza

Applicazioni pratiche

I termini della teoria dell’allenamento

Biomeccanica del movimento sportivo

Energia

Potenziale, dovuta alla quota posseduta dall’atleta /

attrezzo; E = m g h

Cinetica (di traslazione), dovuta alla velocità

posseduta; E = ½ m v2

Cinetica (di rotazione), dovuta alla velocità angolare

posseduta; E = ½ I 2


E’ definita di solito come la capacità di compiere lavoro.

In ambito biomeccanico interessano essenzialmente tre forme

di energia:

Energia


Ha le dimensioni L2MT-2 e si misura in Joule (o in Kcal)

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

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

Lavoro


Anche in questo caso esiste una analogia tra moti traslatori e

rotatori.

L = F s

L = M

Ha le dimensioni L2MT-2 e si misura in Joule (o in Kcal)

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

calore

Energia spesa contro

resistenze passive

esterne

calore Energia cinetica e potenziale

globale dell’atleta/attrezzo

Energia spesa all’esterno

contro forze conservative

Energia spesa contro

resistenze passive

interne

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 L2MT-3 e si misura in Watt (o in Kcal/h)

Applicazioni pratiche


I concetti sopra espressi hanno delle implicazioni immediate

nella programmazione degli allenamenti, alcune delle quali

sottovalutate in ambito sportivo.

Esempio 1


Ciclismo. Che differenza c’è tra uno scalatore e un cronoman ?

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

Esempio 1


Il cronoman, invece, deve vincere essenzialmente la resistenza

aerodinamica

F = ½ cx S v2

W = ½ cx S v3

Esempio 2


Nuoto. Spingendo al massimo l’atleta fa una vasca in 30”.

A quale andatura è al 90% del carico?

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 cx S v3

Esempio 2


Riportando in grafico velocità/potenza la formula, si ottiene

una curva di questo tipo:

W = ½ cx S v3

v

W 100%

100%

90%

96%

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 31”.25

W = ½ cx S v3

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?

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 v2 D

Il termine ½ S D è costante

Esempio 3


Pertanto, il lavoro compiuto in un rettilineo è pari a:

L = k v2 = 1600 k

Quello richiesto per un giro completo è il doppio :

Ltot = 2 k v2 = 3200 k

Esempio 3


Consideriamo adesso il caso di presenza di vento.

Nel rettilineo controvento l’atleta trova aria che si muove a

40+10 = 50 Km/h;

Nel rettilineo opposto l’atleta trova aria che si muove a

40-10 = 30 Km/h.

Esempio 3


Il lavoro totale è dato da quello fatto controvento + quello fatto

a favore di vento:

L’ = k v1

2 + k v22 = 2500 k + 900 k = 3400 k

Rispetto al caso precedente

c’è un incremento di 200 k,

cioè del 6% circa

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)

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.

Risposta al problema del

carpiato


A corpo teso il momento angolare e

l’energia cinetica di rotazione sono:

Iteso iniz

E1 = Iteso iniz2 / 2


carpiato


A corpo carpiato momento angolare

ed energia cinetica valgono:

Icarp carp = Iteso iniz

E2 = Icarp carp2 / 2 =

Iteso iniz carp / 2


carpiato


Il rapporto tra le due energie è:

E2 / E1 = carp / teso

E2 / E1 > 1

C’è più energia. E’ stata prodotta

dal lavoro delle forze centripete.

Verrà dissipata nel ritorno a corpo

teso.

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.


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.

Biomeccanica del

movimento sportivo

fine lezione 10

Ing. C. Giorgi

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