211service.com
Varför fysik och inte biomekanik bestämmer mänsklig kastprecision
Här är en enkel fråga. Föreställ dig att du kastar en boll i en soptunna. Är du bättre av att använda överarms- eller underarmskast?
Det visar sig att denna fråga har varit förvånansvärt svår att ta tag i för både fysiker och biomekaniker. Men idag kastar Madhusudhan Venkadesan och Lakshminarayanan Mahadevan vid Harvard Universitys Applied Math Lab lite extra ljus över problemet.
Svårigheten ligger i problemets komplexitet. Armen, axeln och handleden utgör ett flerledat system som tillåter ett stort antal variationer i kaststilen. Dessutom är parametrarna som är involverade i att kasta svåra att jämföra. Ett 5-procentigt fel i kastvinkeln kan till exempel inte liknas vid ett 5-procentigt fel i kasthastighet eftersom dessa storheter har olika dimensioner. Det är som att jämföra äpplen och bananer.
Venkadesan och Mahadevan har en snygg väg runt denna gåta. Först överväger de bara den enklaste typen av kastmodell: en arm som består av en spak som är svängd vid axeln och som kan kasta antingen underarm eller överarm. Dessa kast kan beskrivas med två parametrar: svingens vinkelhastighet och armens vinkel vid frigöring. För det andra introducerar de en naturlig längdskala, kallad armlängd, och använder denna för att göra sin analys av utskjutningsvinkel och hastighet dimensionslös.
På så sätt har de en enkel modell där felen i lanseringsparametrar enkelt kan jämföras.
Vad de hittar är lite konstigt.
Varje kast kommer att ha små fel i lanseringsvinkel och hastighet. Frågan som Venkadesan och Mahadevan ställer är hur olika banor förstärker dessa fel efter lanseringen.
Det mest intressanta resultatet är att det finns en tydlig avvägning mellan hastighet och noggrannhet: långsammare kast är bättre. Det stämmer överens med de flesta människors erfarenhet av att kasta och även med berget av uppmätta data som redan finns om detta ämne. Men konsensusen hittills är att långsammare kast är mer exakta på grund av våra kroppars begränsningar. Tanken är att musklernas prestanda är bullrigare vid högre styrkor och det är detta som minskar noggrannheten vid snabbare kast.
Så resultatet av Venkadesan och Mahadevan kommer som en överraskning eftersom avvägningen mellan noggrannhet och hastighet kommer helt och hållet från hur banan förstärker fel - muskelbeteende kommer inte in i det. Resultatet är rent fysik snarare än biologi.
Venkadesan och Mahadevan har ett annat intressant resultat som är att när det kommer till snabbare kast är överarmshandlingen klart mer exakt. Det kommer också att överensstämma med många människors erfarenhet, men återigen har det lite med biomekanik att göra. Resultatet är enbart från hur olika banor förstärker fel.
Arbetet erbjuder några potentiellt givande vägar för idrottsforskare att undersöka exaktheten i att kasta in mer komplexa modeller som bättre återger mekaniken i den mänskliga kasthandlingen. Det ska bli intressant att se.
Under tiden föreslår Venkadesan och Mahadevan att människans allmänna preferens för att kasta över armar kanske inte är någon tillfällighet. De lyfter fram den spännande möjligheten att anledningen till att vi är så bra på att kasta över armar jämfört med andra andra djur, är att evolutionsprocessen har valt vår kroppsform för att på bästa sätt utnyttja den inblandade fysiken. Tanken är att bättre kastare gör bättre jägare som är mer benägna att överleva. Bra idé!Ref: arxiv.org/abs/1008.1442 : Optimala strategier för att kasta korrekt