Biomekanisk problem med kuglestød endelig løst

En af de mærkeligere olympiske sportsgrene er kuglestød, en begivenhed, hvor en atlet kaster en metalkugle på størrelse med en grapefrugt så langt som muligt ved hjælp af en mærkelig kastebevægelse, der er specificeret af reglerne.

Nu er her et mærkeligt puslespil af biomekanik: I hvilken vinkel skal skuddet slippes for at maksimere kasteafstanden?

Det er let at tro, at dette burde være 45 grader, og en ligetil analyse kan faktisk antyde dette. Men målinger af de bedste putters handling viser dem konsekvent ved hjælp af en udløsningsvinkel på mellem 37 og 38 grader. Hvorfor den mere lavvandede bane?

I 1970'erne indså biomekanikere, at frigivelseshøjden skal medtages, fordi det sikrer, at banen ikke er helt symmetrisk. Når dette tages i betragtning, viser den optimale udløsningsvinkel sig at være 42 grader, tættere på den målte værdi, men stadig omkring 4 eller 5 grader ude. Ingen siden da har været i stand til at finde ud af, hvor forskellen opstår

Nu siger Alexander Lenz ved det tekniske universitet i Dortmund og Florian Rappl ved universitetet i Regensburg i Tyskland, at de ved, hvad der foregår. De peger på, at der er flere andre effekter, der skal tages højde for.

For det første er frigørelseshøjden højden af ​​atletens skulder plus et ekstra led, der afhænger af armens længde og dens vinkel. Når dette tages i betragtning, viser den optimale udløsningsvinkel sig at være op til 1 grad større, hvilket gør det biomekaniske puslespil endnu mere akut.

Dernæst ser Lenz og Rappl på den energi, som atleterne kan give til skuddet, når de skubber det i en vinkel fra skulderen. Dette kan opdeles i kinetiske og potentielle komponenter. Den potentielle komponent er relateret til højden af ​​skuddet over skulderen, når det slippes.

Det tyske par påpeger, at ligningen, der bestemmer den endelige afstand, afhænger af højden, men også af hastigheden i anden. Så atleten er bedre stillet til at give mere energi i kinetisk end potentiel form. Og dette sænker den optimale udløsningsvinkel.

Endelig siger Lenz og Rappl, at det længe har været kendt, at verdensrekorderne i bænkpres er betydeligt højere end for ren og jerk. Dette indebærer, at atleter har større magt til deres rådighed, når udløsningsvinklen er 0 grader sammenlignet med andre vinkler. Denne effekt betyder også, at en mindre udløsningsvinkel kan sende skuddet videre.

Ved at sætte alt det sammen skaber Lenz og Rappl en kuglestødsmodel, der forudsiger, at den optimale udløsningsvinkel er mellem 37 og 38 grader, hvilket næsten matcher målingerne fra topatleter.

Gåden løst!

Ref: arxiv.org/abs/1007.3689 : Den optimale udløsningsvinkel i kuglestød

skjule