Hvorfor fysik og ikke biomekanik bestemmer menneskelig kastenøjagtighed

Her er et ligetil spørgsmål. Forestil dig, at du kaster en bold i en skraldespand. Er du bedre stillet ved at bruge en overarm eller et underarmskast?

Det viser sig, at dette spørgsmål har været overraskende svært at få fat i for både fysikere og biomekanikere. I dag kaster Madhusudhan Venkadesan og Lakshminarayanan Mahadevan ved Harvard Universitys Applied Math Lab dog lidt ekstra lys på problemet.

Vanskeligheden ligger i problemets kompleksitet. Arm, skulder og håndled udgør et mangeleddet system, der tillader et stort antal variationer i kastestilen. Derudover er parametrene involveret i at kaste svære at sammenligne. For eksempel kan en fejl på 5 procent i kastevinklen ikke nemt stables op mod en fejl på 5 procent i kastehastighed, fordi disse mængder har forskellige dimensioner. Det er som at sammenligne æbler og bananer.

Venkadesan og Mahadevan har en pæn vej rundt om denne gåde. For det første overvejer de kun den enkleste type kastemodel: en arm bestående af et håndtag drejet ved skulderen, som kan kaste enten under arm eller overarm. Disse kast kan beskrives med to parametre: svingets vinkelhastighed og armens vinkel ved udløsning. For det andet introducerer de en naturlig længdeskala, kaldet armlængden, og bruger denne til at gøre deres analyse af affyringsvinkel og -hastighed dimensionsløs.

På den måde har de en simpel model, hvor fejlene i lanceringsparametre let kan sammenlignes.

Hvad de finder er lidt nysgerrig.

Ethvert kast vil have små fejl i affyringsvinkel og hastighed. Spørgsmålet, som Venkadesan og Mahadevan stiller, er, hvordan forskellige baner forstærker disse fejl efter lanceringen.

Det mest interessante resultat er, at der er en klar afvejning mellem hastighed og nøjagtighed: langsommere kast er bedre. Det vil stemme overens med de fleste menneskers erfaring med at kaste og også med det bjerg af målte data, der allerede findes om dette emne. Imidlertid er konsensus indtil nu, at langsommere kast er mere præcise på grund af vores krops begrænsninger. Tankegangen er, at musklernes ydeevne er mere støjende ved højere styrker, og det er det, der reducerer nøjagtigheden af ​​hurtigere kast.

Så resultatet af Venkadesan og Mahadevan vil komme som en overraskelse, fordi afvejningen mellem nøjagtighed og hastighed udelukkende kommer fra den måde, hvorpå banen forstærker fejl - muskeladfærd kommer ikke ind i det. Resultatet er udelukkende fra fysik snarere end biologi.

Venkadesan og Mahadevan har et andet interessant resultat, som er, at når det kommer til hurtigere kast, er overarmshandlingen klart mere præcis. Det vil også hænge sammen med mange menneskers erfaringer, men igen har det ikke meget med biomekanik at gøre. Resultatet er udelukkende den måde, forskellige baner forstærker fejl på.

Værket tilbyder nogle potentielt givende muligheder for sportsforskere til at undersøge nøjagtigheden af ​​at kaste mere komplekse modeller ind, som bedre gengiver mekanikken i den menneskelige kastehandling. Det bliver interessant at se.

I mellemtiden foreslår Venkadesan og Mahadevan, at menneskets generelle præference for overarmskast måske ikke er tilfældigt. De rejser den spændende mulighed for, at grunden til, at vi er så gode til at kaste over arme sammenlignet med andre andre dyr, er, at evolutionsprocessen har valgt vores kropsform til bedst muligt at udnytte den involverede fysik. Tankegangen er, at bedre kastere gør bedre jægere, der er mere tilbøjelige til at overleve. God ide!

Ref: arxiv.org/abs/1008.1442 : Optimale strategier til at kaste præcist

skjule