Kineziologija, Vol. 36 No. 2., 2004.
Izvorni znanstveni članak
Modeliranje i simulacija dvije natjecateljske slalomske tehnike
Matej Supej
Otmar Kugovnik
Bojan Nemec
Sažetak
Uvod
Nova, poboljšana slalomska tehnika s jednim pokretom tek je nedavno predstavljena javnosti. U radu će biti prikazane razlike i prednosti poboljšane tehnike uz pomoć simulacije u laboratorijskim uvjetima, gdje su svi remeteći faktori i promjenjivi uvjeti prirodne okoline uklonjeni.
Temelj računalnog modela slalomske tehnike jesu četiri zavoja. Trajektorija skijanja generira se pomoću sinusoidnog zavoja i pretpostavlja da skijaš izvodi karving zavoj. Simulirana skijaševa brzina sve vrijeme iznosi 13 m/s, a nagib padine je konstantan i iznosi 20°. Model skijaša je kruto tijelo s masom skupljenom u centar težišta tijela. Zatim je dodan pokret koji, po glavnoj osi tijela, oponaša pokrete opružanja i sagibanja. Skijaševo težište tijela pokreće se samo po površini, protegnuto preko normalnih i binormalnih vektora trajektorija gibanja, što je optimalan ravnotežni položaj skijaša.
Metoda
Uspoređuju se dvije slalomske tehnike. U oba se slučaja skijaševi pokreti modeliraju po glavnoj vertikalnoj osi tijela i uvijek se okreću u smjeru skijaševa nagiba, što za posljedicu ima održavanje tijela u ravnoteži. U slučaju tehnike jednog pokreta, amplituda pokreta obuhvaća 20 cm, a tijekom zavoja skijaš se uspravlja 40% vremena, a sagiba 60% od ukupnog vremena. Simulacija pokreta sadrži dva sinusoidna zavoja koja su spojena pri vrhu. Tehnika dvostrukog pokreta modelirana je sinusoidnom krivuljom dvostrukog zavoja frekvencije i amplitude 15 cm (slika 1).
Za vrijeme tehnike jednog pokreta skijaš je u najnižoj poziciji za vrijeme prijenosa težine nakon čega se uspravlja. Najuspravniji je ispred vrata, a potom se sagiba. Za vrijeme izvođenja tehnike dvostrukog pokreta skijaš nije maksimalno pognut za vrijeme prijenosa težine, već tek nakon toga, kada već čvrsto premjesti skiju na rubnik. U tom se trenutku počinje kretati prema dolje i zauzima najniži položaj ubrzo nakon vrata. Potom slijedi odguravanje i uspravljanje, pokretanje težišta tijela bliže skiji počinje kada skijaš ponovno priprema prijenos težine.
Rezultati
Dijagrami na slici 3 i 4 prikazuju silu generiranu za vrijeme simulirane izvedbe prve i druge tehnike. Može se utvrditi da zakretna sila determinira glavni oblik sile reakcije podloge. Najveće je djelovanje gravitacije u blizini prijenosa težine, a mnogo manje u blizini vrata. Ponašanje sile zbog skijaševa kretanja je iznimno važno. U slučaju tehnike dvostrukog pokreta sila uzrokuje da skijaš ima područje vrlo niske minimalne sile u vrijeme prijenosa težine. Suprotno tome maksimum sile jest ispod štapa, kada se svi doprinosi sila zbrajaju. Rezultat je tipičan zavoj s dvostrukim vrhom. Tehnika jednog pokreta pokazuje potpuno različitu sliku, reakcija podloge se smanjuje u vrijeme djelovanja maksimalne sile i povećava u području vrlo niskih minimalnih sila.
Rasprava i zaključak
Može se utvrditi da je u modeliranju skijaša kao krutog tijela u jednoj točki (‘skijanje bez kretanja’) raspodjela sila reakcija podloge ograničena na donji rub, nešto manje nego Fg na gornjem rubu, do približno 3*Fg (vidi sliku 4). Distribucija doseže vrh u blizini sile skijaševe težine. Tehnika dvostrukog pokreta značajno proširuje distribuciju sila (slika 5). Prvo, postoji veća koncentracija sila u blizini nule, što znači da skijaš teško može manevrirati skijama. Glavni vrh je mnogo niži i širi zbog širine raspodjele. Drugi nedostatak ove tehnike je također veća prisutnost najviše i najjače sile (do 2700 N). U praksi, najviša sila znači više kočenja i teže uvjete skijanja.
Slika tehnike jednog pokreta potpuno je različita, vrh distribucije je slično pomaknut višom kolonom, do otprilike 1.5*Fg, ali je bitno uži (vidi sliku 6). Raspodjela nije rastegnuta, naprotiv čak se sužava i završava otprilike 300 N niže od skijaševa modela u jednoj točki, ili otprilike 600 N niže nego u tehnici dvostrukog pokreta. Pomoću ove tehnike skijaš umanjuje najvišu silu i njezinu prisutnost. U slučaju tehnike jednog pokreta područje sila nije vidljivo u blizini 0 N, što znači da skijaš cijelo vrijeme ima dobar kontakt s podlogom. Važna je još jedna činjenica koja proizlazi iz ovog modela. U tehnici dvostrukog pokreta skijaš je pognut u području visokih sila, što poveća-a snagu mišića zbog poluga u zglobovima (vidi slike 2 i 4). Situacija je upravo suprotna u tehnici jednog pokreta; skijaš je prilično opružen u području djelovanja većih sila, koje su u ovom slučaju prilično niske (slike 2 i 3).
Konačni zaključak sa stajališta djelovanja sila, utvrđen računalnom simulacijom, jest da je nova tehnika jednog pokreta znatno prikladnija za novo skijanje kada skijaš izvodi karving zavoj. Zaključak je sukladan mjerenju sila i vremena predstavljenima u prethodnom članku.
Ključne riječi
Hrčak ID:
4199
URI
Datum izdavanja:
23.12.2004.
Posjeta: 3.895 *