Ovog mjeseca u Pyeongchangu elitni timovi stručnjaka za fiziku i znanost o materijalima iz cijelog svijeta oduševit će nas sjajnim prikazima milosti i snage. Ove stručnjake obično nazivamo sportašima. Gimnastičari pokazuju svoje suptilno razumijevanje gravitacije i zamaha. Plivači i ronioci svladaju dinamiku tekućine i površinsku napetost. Skijaši iskorištavaju svoje znanje o trenju i hidrologiji, a lugeri guraju svoje aerodinamičke kockice do krajnjih granica. Na kraju krajeva, olimpijci razumiju znanost na visceralnoj razini na načine koje većina nas ne zna.
Povezani sadržaj
- Kratka povijest ženskog figurnog klizanja
- Prve klizaljke nisu bile za skokove i trzaje - bile su za prelijetanje
Jedno od najboljih mjesta za istraživanje ove raznolike fizičke sile je klizanje u figuri. Svaki zaokret, zaokret i skok klizača počinje ravnotežom. A ravnoteža se oslanja na to da možete zadržati svoje središte mase - što, kao što i ime kaže, je središte mjesta na kojem se nalazi masa predmeta - izravno preko dodirne točke s ledom. Za izrazito simetričan objekt poput kruga ili sfere, to je u mrtvoj sredini. Za gustu, grublji oblik ljudskog tijela, središte mase varira od osobe do osobe, ali ima tendenciju da bude malo ispod pupka. Klizaljkama, okretajima, uzlijetanjima i slijetanjima, klizač mora držati svoje središte mase nogom na ledu - ili riskirati da padne.
U klizalištu nije važno samo središte mase. I inercijski trenutak, mjera raspodjele te mase u odnosu na težište, također donosi razliku. Kad klizač izvrši zasljepljujuću rotaciju, oni kontroliraju svoju brzinu rotacije povlačenjem ruku kako bi smanjili inerciju i ubrzali rotaciju ili ih širili kako bi smanjili moment inercije i sporo okretanje.
Ljudi koji više vole fiziku na manje klizavoj površini, mogu se vrtjeti u uredskoj stolici s ispruženim rukama: povucite za ruke, a brzina centrifuge se povećava. To povećanje je zbog načela nazvanog očuvanje zamaha. Viši inercijski moment odgovara manjoj rotacijskoj brzini, a donji inercijski moment odgovara većoj brzini rotacije.
Japanski klizač Miki Ando, koji je ovdje prikazan na Zimskim olimpijskim igrama 2010. u Vancouveru u Kanadi, jedina je žena koja je uspješno izvela četveronožni Salchow. (ZUMA Press, Inc. / Alamy) Ali koliko god lijepi bili okreti, skokovi bi mogli biti najljepši primjeri iz udžbenika fizike u klizanju na ledu. Klizači stupaju i plove kroz gracioznu paraboličku krivulju, vrteći se dok idu. Taj kompromis između energije koja se koristi za jedrenje i predenje je ono što čini skokove tako teškim - i impresivnim - dijelom svake klizačke rutine.
"Ona se sastoji od tri komponente: s koliko ugaonog momenta ostavljate led, koliko malog možete da napravite svoj trenutak inercije u zraku i koliko vremena možete provesti u zraku", kaže James Richards, profesor kineziologiju i primijenjenu fiziologiju na Sveučilištu u Delaveru koje je radilo s olimpijskim klizačima i njihovim trenerima na poboljšanju njihove tehnike skoka. Njegova skupina otkrila je da većina klizača ima potreban kutni zamah za napuštanje leda, ali ponekad je imao poteškoće u postizanju dovoljne brzine rotacije da dovrši skok.
Čak i sitne promjene položaja ruku u dijelu rotacije mogu dovesti do uspješno izvedenog skoka. „Ono što je šokantno je koliko je malo potrebno da se napravi ogromna razlika“, kaže on. "Pomaknete ruke za tri ili četiri stupnja, a to znatno povećava brzinu centrifuge."
U početku je laboratorij imao poteškoća pretočiti ove nalaze u savjet za klizače. "Moje polje je prekrasno za izradu grafikona i crteža, grafikona i tablica", kaže on. Ali to nisu bili mediji koje su klizači i treneri najbolje upijali. „Uzeli smo svu tu matematiku i sveli na vrlo jednostavnu konstrukciju.“ Konkretno, snimili su brze video zapise skejtera i te podatke prenijeli u avatar klizača. Tada bi ušli i izravnali položaj tijela u točki skoka gdje je klizač imao prostora za poboljšanje.
Klizač je tada mogao vidjeti usporedbu između onoga što su učinili i onoga što bi skok izgledao s nekim malim izmjenama. "Sve što možemo promijeniti možemo učiniti", kaže on. "Vratimo se unatrag i pogledamo snage potrebne za klizače da to učine i provjerimo da li je sve u granici snage klizača, a pokazalo se da je to mali dio njihove maksimalne snage." provesti puno vremena na ledu naviknuvši se na promjene, ali alati za vizualizaciju pomažu im da znaju na čemu bi trebali raditi.
Da bi poboljšao tehnike skoka olimpijskih klizača, Richardska je skupina brzi film klizača pretvorila u ove okretne avatare. (Ljubaznošću Jim Richards) Iznenađujuće, Richardsova skupina otkrila je da je dovoljno brzo rotiranje više mentalno nego fizički izazov za klizače. "Čini se da postoji ograničenje brzine koja je interno ožičena", kaže on, iako ta maksimalna brzina varira od osobe do osobe. Mogu proći tjedni ili mjeseci da sportaš može trenirati da se okreće brže od svoje prirodne zone udobnosti.
Deborah King, profesorica nauka o vježbanju i sportu na koledžu u Ithaci, gledala je kako se klizači kreću od parova do trojke - od trojke do četveronošca. "Kako klizač mora uravnotežiti ili optimizirati vrijeme provedeno u zraku?", Pita ona.
Klizači koji mogu pouzdano dovršiti trostruke ili četveronožne skokove, kaže, obično provode istu količinu vremena u zraku bez obzira na to kakve skokove izvode. Njihov kutni zamah na početku skoka može biti neznatno veći za trojke ili četvoronoške nego za parove, ali većina razlike je u tome kako oni kontroliraju inercijski trenutak.
To bi moglo reći, malene razlike u drugim aspektima skoka mogu značiti razliku. Čak i malo savijanje u bokovima i koljenima može omogućiti klizaču da sleti s nižim središtem mase od onog s kojim su započeli, možda će iznijeti nekoliko dragocjenih stupnjeva rotacije i bolji položaj tijela za slijetanje.
Postoji pomak između vertikalne brzine i zamaha. Da bi skočili više, klizači bi mogli izgraditi snagu, što bi moglo dovesti do stjecanja mišićne mase. Ta bi dodatna masa mogla još više povećati njihov inercijski trenutak, usporavajući ih u zraku. "Možete povećati više od inertnog porasta nego što ste dobili od povećanog vremena u zraku", kaže Richards. Drugim riječima, postizanje ravnoteže na ledu uzima svoju ravnotežu.
Trenutno muškarci na olimpijskoj razini najviše iskaču u četverostrukim skokovima, dok se žene obično zaustavljaju u trojkama. (Do sada je japanska klizačica Miki Ando jedina žena koja uspješno završi četveronožni skok u natjecanju.) To se one koji proučavaju fiziku klizanja na ledu pitaju: jesu li četverokuti tvrde granice "Da, vjerujem da bi, prema sadašnjem nizu pravila, trebalo biti", kaže Richards. Klizači koji kreću u četveronožne skokove već povlače ruke u blizini tijela, tako da nema puno prostora za poboljšanje inercije i brže okretanje. A skakanje puno više vjerojatno bi zahtijevalo izgradnju veće mišićne mase, što bi usporilo rotacije.
King je optimističniji. "Kvota bi mogla biti moguća", kaže ona. Povijesno, dodaje ona, obično je potrebno nekoliko desetljeća da bi se dodala rotacija pojedinom skoku u figuri, tako da ih ne bismo trebali očekivati barem do 2030-ih. Da bi došli od četveronožaca do petine, klizači bi trebali skočiti malo više, dobiti malo veći kutni zamah i smanjiti inerciju. "Stvar je pogledati koliko bi potencijalno mogli realno promijeniti te brojeve", kaže ona.
Povećavanje brzine rotacije u zraku bio bi neophodan dio skokova u slijetanju petine. U pokusu, Richardsov laboratorij pokazao je kako je to moguće. Istraživači su dali klizačima male ručne utege; kad su klizači unijeli oružje, povećana težina značila je veću promjenu u trenutku inercije, što je potaknulo brzinu njihove rotacije. (U uredskoj stolici, ako započnete s knjigama ili drugim utezima u rukama, ubrzaćete još više kad povučete ruke.)
Doista, klizači su se brže rotirali s utezima u rukama, iako su istraživači utvrdili da su i oni tako brzo nadoknadili promjenu. Nakon prvog skoka, povukli su ruke manje kako bi održali istu brzinu rotacije koju su imali bez utega. Ipak, ako bi klizač želio ići u skok u četvrtinu, ručni utezi bi im mogli pomoći u brzini rotacije koja je potrebna za dovršavanje svih tih zavoja.
Za olimpijske klizače, međutim, postoji samo jedan maleni problem. "Vjerujem da je to i varanje", kaže Richards.
