Cum păstrează fizica patinatorii de artă cu grație Aloft Science Smithsonian Magazine
Fiecare răsucire, rotație și salt se bazează pe o stăpânire a forțelor fizice complexe
Luna aceasta, în Pyeongchang, echipe de elită de experți în fizică și știința materialelor din întreaga lume ne vor uimi cu manifestări ostentative de grație și putere. În mod obișnuit, ne referim la acești experți drept sportivi. Gimnastele își demonstrează subtila înțelegere a gravitației și a impulsului. Înotătorii și scafandrii stăpânesc dinamica fluidelor și tensiunea superficială. Schiorii își valorifică cunoștințele despre fricțiune și hidrologie, iar bagajele își împing cotletele aerodinamice la limite. La urma urmei, olimpienii înțeleg știința la un nivel visceral în moduri în care majoritatea dintre noi nu o fac.
Continut Asemanator
Unul dintre cele mai bune locuri pentru a explora această varietate de forțe fizice este patinajul artistic. Fiecare răsucire, întoarcere și salt a unui patinator începe cu echilibrul. Și echilibrul se bazează pe posibilitatea de a vă păstra centrul de masă - care, după cum sugerează și numele, este centrul unde se află masa unui obiect - direct deasupra unui punct de contact cu gheața. Pentru un obiect foarte simetric, cum ar fi un cerc sau o sferă, care se află în centrul mort. În ceea ce privește forma mai grea a corpului uman, centrul de masă variază de la persoană la persoană, dar tinde să fie puțin sub buric. Prin alunecări, rotiri, decolări și aterizări, un patinator trebuie să-și mențină centrul de masă aliniat cu un picior pe gheață - sau riscă să ia o cădere.
În patinajul artistic nu contează doar centrul de masă. „Momentul de inerție”, o măsură a modului în care masa este distribuită în raport cu centrul de greutate, face și ea o diferență. Când un patinator efectuează o rotire orbitoare, își controlează viteza de rotație trăgându-și brațele pentru a reduce momentul de inerție și accelera rotația sau întinzându-le pentru a reduce momentul de inerție și rotația lentă.
Oamenii care preferă să experimenteze fizica pe o suprafață mai puțin alunecoasă se pot roti pe un scaun de birou cu brațele întinse: Trageți brațele și viteza de centrifugare crește. Această creștere se datorează unui principiu numit conservarea impulsului unghiular. Un moment de inerție mai mare corespunde unei viteze de rotație mai mici, iar un moment de inerție mai mic corespunde unei viteze de rotație mai mari.
Dar oricât de frumoase sunt rotirile, salturile ar putea fi cele mai frumoase exemple de manuale de fizică în patinajul pe gheață. Patinatorii artistic decolează și navighează printr-o curbă parabolică grațioasă, rotindu-se în timp ce merg. Acel compromis între energia utilizată pentru navigație și rotire este ceea ce face ca salturile să fie atât de dificile - și impresionante - parte a rutinei oricărui patinator.
„Se ridică la trei componente: cu cât moment unghiular lăsați gheața, cât de mic puteți face momentul de inerție în aer și cât timp puteți petrece în aer”, spune James Richards, profesor de kinesiologie și fiziologie aplicată la Universitatea din Delaware, care a lucrat cu patinatori olimpici și antrenorii lor la îmbunătățirea tehnicilor lor de salt. Grupul său a descoperit că majoritatea patinatorilor aveau impulsul unghiular necesar părăsind gheața, dar uneori aveau probleme cu obținerea unei viteze de rotație suficiente pentru a finaliza saltul.
Chiar și modificările minuscule ale poziției brațului parțial prin rotație ar putea duce la un salt completat cu succes. „Ceea ce este șocant este cât de puțin este nevoie pentru a face o mare diferență”, spune el. „Îți miști brațele cu trei sau patru grade și crește destul de mult viteza de centrifugare”.