Най-трудният скок на батут, който може да се направи, без да се нарушават законите на физиката

Проектиран от математически модел, създателите му уверяват, че професионален джъмпер би могъл да го постигне

който

  • от Emerging Technology From Arxiv | преведено от Тереза ​​Уудс
  • 18 януари 2017 г.

Олимпийският спорт в скокове на батут съчетава фитнес и пъргавина със сила, елегантност и прецизност. Скоковете се оценяват въз основа на оценката на изпълнението на излитането, полета и влизането във водата. Но крайният резултат се умножава по нивото на трудност на скока. По този начин, един обикновен скок, изпълнен до съвършенство, често постига по-малко от по-труден, но с грешки.

Поради тази причина, скоковете стават все по-сложни. На Олимпийските игри в Пекин (Китай) през 2008 г. най-сложният скок беше със степен на трудност 3,8: два и половина гръб с две и половина обрати. Днес най-трудният скок е салто с четири назад и половина назад в положение на щука със степен на трудност 4.8. Международната федерация по плуване (FINA), световното ръководно тяло за спорта, очаква по-трудни скокове.

Така че джъмперите винаги търсят начини за подобрение. И това поражда интересен въпрос: Колко обрати и завои могат да се комбинират в 10-метров скок?

Днес получаваме своеобразен отговор благодарение на работата на изследователи от Университета в Сидни (Австралия) Уилям Тонг и Холгер Дълин, които са изградили математически модел на начините, по които човешкото тяло може да се извива и обръща във въздуха. Тонг и Дълин са го използвали, за да измислят изцяло нова последователност от позиции на тялото, които могат да превърнат чисто движение на салто в обрат и обратно в салто.

Тази последователност от движения позволява на тялото да се извива по-бързо от всякога. Според Тонг и Дълин с тази нова техника ще бъде възможно да се извършват скокове с безпрецедентна сложност.

За да демонстрират своя подход, те са проектирали никога преди това опит за скок на салто от пет оборота. Наричат ​​го "513XD скок" (след кода за класификация на FINA за скок) и твърдят, че вярват, че това ще бъде постижимо в близко бъдеще.

Първо, малко контекст. В крайна сметка законите на физиката винаги налагат ограничения за това колко лабиринтно може да бъде скокът. Най-важната граница е гравитацията, което определя колко дълго джъмперът може да остане във въздуха, преди да падне във водата. От 10-метрова платформа, отнема приблизително 1,43 секунди, за да падне, време, което може да се увеличи до около 1,6 секунди с добро първоначално натискане.

Броят на обръщанията и завъртанията, които могат да бъдат завършени през това време, също е ограничен. Правилата за скок не позволяват на джъмперите да се обръщат при движение с първоначалния скок. Вместо това, обратът може да бъде постигнат само чрез преобразуване на движението на салто вече във въздуха чрез промяна на формата на тялото.

Размерът на ъгловия импулс или кинетичния момент на разположение на джъмпера е постоянен по време на полет и не може да се променя веднъж във въздуха. Така количеството на кинетичния момент, генериран от джъмпера по време на излитане, е от решаващо значение, защото също така определя колко извивки ще бъдат възможни.

Джъмперите могат да превърнат обръщанията в обрати, като движат ръцете си, докато се въртят. Когато започнете с двете повдигнати ръце, спускането на едната ръка кара тялото да се извива, докато повдигането отново спира движението на въртене. Скоростта, с която се движи ръката, определя скоростта на завоя. Енергичните движения генерират повече инерция и следователно водят до по-бързи завои, позволявайки на джъмпера да се завърти повече пъти по време на падането.

Новият ход на Тонг и Дълин използва по-дълга последователност от движения на ръцете за да генерира още повече въртеливо движение. Скачачът започва да прави салто с удължени двете ръце и изпуска лявата ръка встрани, както преди.

Но следващият ход е съвсем нов. Скачачът повдига лявата си ръка, докато спуска дясната ръка. Това увеличава темпото на завоя. След това джъмперът повдига дясната ръка едновременно, когато спира движението на завъртане и завършва скока. Разбира се, всичко това трябва да се случи, докато джъмперът завърши флип и половина.

Дълин и Тонг използвайте биоматематически модел на тялото, за да симулирате как то може да бъде изпълнено. По-специално, те изчисляват колко време е необходимо за извършване на скок с пет тирбушона и салто и половина и демонстрират, че това може да се направи за 1,8 секунди, при условие че джъмперът генерира само умерени нива на кинетичен момент по време на излитане.

Това е повече време, отколкото джъмперите имат във въздуха. Но двойката казва, че има няколко начина да се увеличи това време. Един очевиден начин е да се увеличи размерът на ъгловия момент по време на излитане. Също така, джъмперът прекарва значително време -0,4 секунди с изпънати ръце и крака, за да завърши салтото и половина. Това би могло да бъде намалено чрез заемане на прибрано или прибрано положение (въпреки че вашият модел все още не може да ги включи).

Според Dullin and Tong тези промени трябва да бъдат постижими за джъмпер от най-висок полет. "Състезателите от реалния свят теоретично ще могат да изпълнят скока 513XD"Те обясняват." Това би направило революция в спорта скачане, ако е успешно по време на състезание ", казват те. Скок, проектиран от теоретично инженерство от математически модел, ще отвори път за други промени, тъй като моделът включва други промени в положението на тялото, като например като щука стойка.

Разбира се, все още няма скачачи, които са опитвали 513XD скок. „Симулирайки скока на 513XD, ние се надяваме да предоставим ключовете и мотивацията, необходими на треньорите и спортистите, така че един ден скокът да може да бъде изпълнен в състезание“, пишат Дълин и Тонг.

Работата има приложения и в други спортове, като въздушно каране - форма на акробатични ски - и сноуборд. "Също така, превръщането от чист смъртен в чист тирбушон (и обратно) има приложения в маневреността във въздуха, където времето за полет не е фактор", отбелязва екипът.

Това е интересна работа използва математическо моделиране и инженерни принципи, за да промени естеството на спорта. И ако има джъмпери, убедени в способността им да постигнат 513XD, уведомете ни. Ще се радваме да видим видео на вашите опити.