Найскладніший стрибок на батуті, який можна було зробити, не порушуючи законів фізики

Створений на основі математичної моделі, його творці запевняють, що професійний стрибун міг цього досягти

який

  • за новими технологіями з Arxiv | переклад Терези Вудс
  • 18 січня 2017 р

Олімпійський спорт у стрибках на батуті поєднує в собі форму та спритність з потужністю, елегантністю та точністю. Стрибки оцінюються на основі оцінки виконання зльоту, польоту та входу у воду. Але остаточний рахунок множиться на рівень складності стрибка. Таким чином, простий виконаний стрибок часто забиває менше, ніж складніший, але з помилками.

З цієї причини, стрибки ставали дедалі складнішими. На Олімпійських іграх у Пекіні (Китай) у 2008 році найскладніший стрибок мав ступінь складності 3,8: два з половиною спини з двома з половиною поворотами. Сьогодні найскладніший стрибок - це сальто з чотирма з половиною назад в положенні щуки зі ступенем складності 4,8. Міжнародна федерація плавання (FINA), керівний орган у світі з цього виду спорту, передбачає більш складні стрибки.

Тож стрибуни завжди шукають шляхи вдосконалення. І це викликає цікаве питання: Скільки поворотів можна поєднати в стрибку на 10 метрів?

Сьогодні ми отримуємо своєрідну відповідь завдяки роботі дослідників з Університету Сіднея (Австралія) Вільяма Тонга та Холгера Дулліна, які побудували математична модель способів, як людське тіло може крутитися і обертатися в повітрі. Тонг і Дуллін використали його, щоб придумати абсолютно нову послідовність положень тіла, яка може перетворити чистий рух сальто в штопор і назад у сальто.

Ця послідовність рухів дозволяє тілу звиватися швидше, ніж будь-коли. За словами Тонга і Дулліна, за допомогою цієї нової техніки можна буде виконувати стрибки безпрецедентної складності.

Щоб продемонструвати свій підхід, вони спроектували ніколи раніше не намагався стрибок сальто з півтора з п'ятьма поворотами. Вони називають це "стрибком 513XD" (згідно з класифікаційним кодом FINA) і заявляють, що це буде досяжно найближчим часом.

По-перше, трохи контексту. Зрештою, закони фізики завжди встановлюють обмеження щодо того, наскільки лабіринтним може бути стрибок. Найважливіша межа - сила тяжіння, що визначає, скільки часу перемичка може перебувати в повітрі, перш ніж впасти у воду. З 10-метрової платформи, займає приблизно 1,43 секунди, час, який можна збільшити до приблизно 1,6 секунди при гарному початковому натисканні.

Кількість обертань і обертань, які можна виконати протягом цього часу, також обмежена. Правила стрибка заважають перемичкам повертатися під час руху з початковим стрибком. Натомість поворот може бути досягнутий лише шляхом перетворення руху сальто вже в повітрі шляхом зміни форми тіла.

Величина кутового моменту або кінетичного моменту, доступна для перемички, є постійною під час польоту і не може бути змінена один раз у повітрі. Тому величина кінетичного моменту, що генерується перемичкою під час зльоту, є вирішальною, оскільки це також визначає, скільки поворотів буде можливим.

Стрибуни можуть перетворювати сальто в повороти, рухаючи руками під час обертання. Починаючи з піднятих обох рук, опускання однієї руки змушує тіло скручуватися, а підняття знову зупиняє поворотний рух. Швидкість, з якою рухається рука, визначає швидкість повороту. Енергійні рухи генерують більше імпульсу і, отже, призводять до більш швидких поворотів, що дозволяє перемичці повертатися більше разів під час падіння.

Новий хід Тонга і Дулліна використовує довшу послідовність рухів рук щоб створити ще більше поворотних рухів. Стрибун починає робити сальто з витягнутими обома руками і опускає ліву руку в бік, як і раніше.

Але наступний крок абсолютно новий. Перемичка піднімає ліву руку, опускаючи праву. Це збільшує темп повороту. Потім стрибун піднімає праву руку одночасно, коли він зупиняє поворотний рух і закінчує стрибок. Звичайно, все це повинно відбуватися, поки стрибун завершує півтора сальто.

Дуллін і Тонг використовувати біоматематичну модель тіла, щоб імітувати, як його можна виконати. Зокрема, вони підраховують, скільки часу потрібно, щоб виконати стрибок з п’ятьма штопорами та півтора сальто, і показують, що це можна зробити за 1,8 секунди, доки стрибун генерує лише помірний рівень кінетичного моменту під час зльоту.

Це більше часу, ніж у стрибунів у повітрі. Але пара каже, що існує кілька способів збільшити цей час. Очевидним способом є збільшення величини кутового моменту під час зльоту. Крім того, стрибун витрачає значний час -0,4 секунди з витягнутими руками та ногами, щоб завершити півтора сальто. Це може бути зменшено, якщо прийняти позаду або підтягнуте положення (хоча ваша модель все ще не може їх включити).

Ці зміни повинні бути досяжними для першокласного стрибуна, на думку Дулліна та Тонга. "Реальні спортсмени теоретично зможуть виконати стрибок 513XD"Вони пояснюють." Це зробить революцію у стрибковому спорті, якщо буде успішним під час змагань ", - кажуть вони. Стрибок, розроблений теоретичною інженерією з математичної моделі, відкрив би шлях для інших змін, оскільки модель включає інші зміни в положенні тіла, такі як як щуча позиція.

Звичайно, жоден стрибун ще не робив спроби стрибку 513XD. "Моделюючи стрибок 513XD, ми сподіваємось надати ключі та мотивацію, необхідні тренерам і спортсменам, щоб один день стрибок міг бути виконаний у змаганнях", - пишуть Дуллін та Тонг.

Робота також застосовується в інших видах спорту, таких як повітряні лижі - вид акробатичного катання - та сноуборд. "Крім того, перетворення з чистого смертного на чистий штопор (і навпаки) має застосування в маневреності в повітрі, де час польоту не є фактором", - зазначає команда.

Це цікава робота використовує математичне моделювання та інженерні принципи для зміни природи спорту. І якщо є перемички, переконані у своїй здатності досягти 513XD, дайте нам знати. Ми хотіли б переглянути відео ваших спроб.