211service.com
Proč fyzika a ne biomechanika určuje přesnost lidského házení
Zde je jasná otázka. Představte si, že házíte míč do koše. Je lepší použít nadpažní nebo podpažní hod?
Ukazuje se, že pro fyziky i biomechaniky bylo překvapivě těžké se s touto otázkou vypořádat. Dnes však Madhusudhan Venkadesan a Lakshminarayanan Mahadevan z Applied Math Lab na Harvardské univerzitě vrhají na tento problém další světlo.
Potíž je ve složitosti problému. Paže, rameno a zápěstí tvoří mnohokloubový systém, který umožňuje velké množství variací ve stylu hodu. Navíc parametry související s házením jsou těžko srovnatelné. Například 5% chyba v úhlu házení se nedá snadno srovnat s 5% chybou v rychlosti házení, protože tyto veličiny mají různé rozměry. Je to jako srovnávat jablka a banány.
Venkadesan a Mahadevan mají úhledný způsob, jak tento hlavolam obejít. Za prvé, uvažují pouze o nejjednodušším typu vrhacího modelu: paži sestávající z páky otočné na rameni, která může házet pod paží nebo přes paži. Tyto hody lze popsat dvěma parametry: úhlovou rychlostí švihu a úhlem paže při uvolnění. Zadruhé zavedou stupnici přirozené délky, nazývanou délka ramene, a použijí ji k tomu, aby svou analýzu úhlu startu a rychlosti provedli bezrozměrně.
Tímto způsobem mají jednoduchý model, ve kterém lze snadno porovnávat chyby v parametrech spouštění.
To, co najdou, je zvláštní.
Každý hod bude mít malé chyby v úhlu startu a rychlosti. Otázka, kterou si Venkadesan a Mahadevan kladou, je, jak různé trajektorie zesilují tyto chyby po startu.
Nejzajímavějším výsledkem je, že existuje jasný kompromis mezi rychlostí a přesností: pomalejší hody jsou lepší. To bude souhlasit se zkušenostmi většiny lidí s házením a také s horou naměřených dat, která již na toto téma existuje. Dosud však panuje shoda v tom, že pomalejší hody jsou přesnější kvůli omezením našeho těla. Myšlenka je taková, že výkon svalů je při vyšších silách hlučnější a právě to snižuje přesnost rychlejších hodů.
Takže výsledek Venkadesana a Mahadevana bude překvapením, protože kompromis mezi přesností a rychlostí vychází výhradně ze způsobu, jakým trajektorie zesiluje chyby – chování svalů do toho nevstupuje. Výsledek je čistě z fyziky spíše než biologie.
Venkadesan a Mahadevan mají další zajímavý výsledek, který spočívá v tom, že pokud jde o rychlejší hody, akce přepažení je jednoznačně přesnější. To bude také odpovídat zkušenostem mnoha lidí, ale opět to má málo společného s biomechanikou. Výsledek je čistě z toho, jak různé trajektorie zesilují chyby.
Práce nabízí některé potenciálně přínosné cesty pro sportovní vědce ke zkoumání přesnosti házení ve složitějších modelech, které lépe reprodukují mechaniku lidského házení. To bude zajímavé sledovat.
Mezitím Venkadesan a Mahadevan naznačují, že to, že lidé obecně preferují házení přes paži, nemusí být náhoda. Vyvolávají zajímavou možnost, že důvodem, proč jsme tak dobří v házení přes paže ve srovnání s jinými zvířaty, je to, že proces evoluce vybral tvar našeho těla tak, aby co nejlépe využil příslušnou fyziku. Myšlenka je taková, že lepší vrhači dělají lepší lovce, kteří mají větší šanci na přežití. Dobrý nápad!Ref: arxiv.org/abs/1008.1442 : Optimální strategie pro přesné házení