La fisica può essere applicata al pattinaggio artistico?

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La fisica del pattinaggio artistico. Le evoluzioni sul ghiaccio dei campioni di pattinaggio sono governate da numerose leggi della fisica. Un’esperta di scienza dello sport ha “smontato” il salto di una pattinatrice e ne ha analizzato le componenti essenziali.

La pattinatrice americana Alexandra Pauline Cohen si esibisce in uno spettacolare split jump.|WIKIMEDIA COMMONS
La pattinatrice americana Alexandra Pauline Cohen si esibisce in uno spettacolare split jump.|WIKIMEDIA COMMONS
Per diventare campioni di pattinaggio su ghiaccio ci vuole… una fisica bestiale. Toe loop, flip, axel e tutte le altre figure sono infatti il prodotto di anni di allenamento del pattinatore ma anche di ben precise leggi della fisica: ogni salto, per non concludersi in un atterraggio rovinoso, deve mantenere un perfetto equilibrio tra velocità, distanza, numero delle rotazioni in aria, posizione dell’atleta e una miriade di altre variabili.
Clicca sulla foto per far partire l'animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Clicca sulla foto per far partire l’animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Deborah King, docente di scienza dello sport presso l’Itacha College, ha provato a smontare il salto di una pattinatrice, quello del filmato qui sopra, nelle sue componenti fondamentali (clicca sulle immagini per far visualizzare i video)

IL DECOLLO

Clicca sulla foto per far partire l'animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Clicca sulla foto per far partire l’animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN

Quando la pattinatrice si prepara per il salto costruisce un momento angolare, una grandezza fisica vettoriale che può essere vista come il potenziale di rotazione di un corpo.

Il valore di questo potenziale è influenzato da diversi fattori: la posizione di partenza dell’atleta, i suoi movimenti in fase di decollo, la forza che imprime contro il ghiaccio al momento dello stacco.

Dal punto di vista pratico, il pattinatore deve quindi spingere verso il basso per guadagnare in velocità verticale, ma anche lateralmente per poter guadagnare il momento angolare e iniziare a girare su se stesso.

IL SALTO

Clicca sulla foto per far partire l'animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Clicca sulla foto per far partire l’animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Ma fino a che altezza riesce a saltare un pattinatore? La King stima che l’altezza media del salto di un pattinatore artistico sia di 35 cm per le donne e 45cm per gli uomini.

La dinamica del salto dipende però da un delicato compromesso: salti molto alti richiedono una grande potenza e quindi una grande massa muscolare, cioè un maggior peso dell’atleta. Ma più un atleta è pesante minore sarà, a parità di altre condizioni, la sua velocità di rotazione.

LA ROTAZIONE

Clicca sulla foto per far partire l'animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Clicca sulla foto per far partire l’animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Una volta che ha spiccato il volo, l’atleta non può più incidere sul suo momento angolare. Può però modificare il momento d’inerzia, cioè la resistenza all’accelerazione o decelerazione della rotazione.

Può per esempio raccogliersi su se stesso per diminuire il momento d’inerzia e aumentare la velocità di rotazione, oppure può rallentare allargando le braccia verso l’esterno.

L’ATTERRAGGIO

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Clicca sulla foto per far partire l’animazione. | NSF/SCIENCE360/NBC LEARN
Un buon atterraggio è la parte più difficile dell’esercizio. Secondo alcune stime un pattinatore, al termine di un salto, impatta sul ghiaccio con una forza tra 5 e 8 volte il proprio peso. Un atleta di 70 kg ne scarica a quindi a terra fino a 480. Quasi mezza tonnellata.

Tutta questa energia viene dissipata in una frazione di secondo, ed esercita una grande forza sul corpo dell’atleta. Nella stessa frazione di secondo il pattinatore smette di girare su stesso: «È come arrivare a uno stop a 70 km/h e frenare di colpo» spiega la King.

Come fa a perdere quasi instantaneamente tutta la velocità di rotazione? Tutta “colpa” delle lame dei pattini, che essendo rigide eliminano la flessibilità di piedi, ginocchia e caviglie.

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