La fisica delle Olimpiadi

Un numero incredibile di fenomeni fisici

alla base degli sport olimpici invernali

 

di Irene Prunai

 

Venerdì 9 febbraio, alle 12:00 ora italiana, hanno ufficialmente preso il via le olimpiadi invernali di Pyeongchang. Una cerimonia d’apertura senza eguali, uno dei più grandi show non solo sportivo ma anche mediatico, commerciale e carico di significati politici. Ma dietro alle Olimpiadi e ai suoi sport c’è molto di più. La fisica per esempio. Tutti noi lo diamo per scontato, ma la vita di tutti i giorni, ogni azione, movimento, dispositivo tecnologico o qualsiasi altra cosa è regolato dai principi della fisica. Allora proviamo a vedere quali fenomeni fisici riescono a spiegare la meraviglia di alcuni sport che nei prossimi giorni saranno i protagonisti indiscussi.

Snowboard:

è uno sport di scivolamento sulla neve dove salti, acrobazie e una rampa alta 49 metri la fanno da padroni. È forse uno degli sport più spettacolari in cui gli atleti dovranno controllare nervi e adrenalina per sfruttare a loro favore principi fisici come il momento angolare, la conservazione dell’energia e il moto parabolico. Cerchiamo di fare un po’ di chiarezza. Il momento angolare è una grandezza che si usa per descrivere i corpi in rotazione. Se proprio vogliamo essere precisi è il prodotto vettoriale tra la quantità di moto e il raggio di rotazione del corpo. Tradotto con parole più semplici, possiamo dire che è una grandezza che descrive come cambia la velocità di un corpo in base alla sua estensione. Inoltre è una quantità che si conserva, ciò vuol dire che se lo snowboarder tiene le braccia distese lungo il corpo la sua velocità aumenta. Se però nel corso di una piroetta vorrà rallentare basterà allargare le braccia. Se poi l’atleta allargherà le braccia in modo asimmetrico sarà in grado di dare al corpo una torsione nella direzione desiderata.

 

Pattinaggio su ghiaccio:

il fenomeno fisico che è alla base di questo sport ci  fa notare che quando l’acqua si trova allo stato solido (ghiaccio), e subisce un aumento di pressione, fonde, passando allo stato liquido. La pressione esercitata dalla lama del pattino dipende dal peso del pattinatore e provoca quindi una fusione superficiale del ghiaccio. Il sottile strato di acqua che si crea permette alla lama di scorrere in una situazione di attrito bassissimo, quasi nullo. Questo vuol dire che è più facile acquistare velocità, ma contemporaneamente diventa sempre più difficile mantenere l’equilibrio. Per procedere in avanti un pattinatore si ritrova a spingere il ghiaccio all’indietro e cambiando l’inclinazione delle lame dei pattini riesce a controllare velocità e direzione.  Per poter eseguire le figure vale quanto è già stato detto per lo snowboard. Se si vuole aumentare la propria velocità di rotazione sarà necessario tenere le braccia aderenti al corpo, per rallentare basterà stenderle. Inoltre, secondo il fisico Mark Denny, c’è un rapporto fisso tra la velocità di rotazione e l’altezza del salto da eseguire. Se il pattinatore è in grado di girare alla velocità massima teorica di 5 rotazioni al secondo allora basterà saltare in alto di 75 centimetri per poter fare un salto quadruplo. Per un salto triplo ne basterebbero “solo” 45. Chi invece gira più lentamente sarà costretto a saltare più in alto.

Hockey su ghiaccio:

se per voi il ghiaccio sembra tutto uguale allora sbagliate di grosso. Quando si tratta di hockey anche un grado può fare la differenza. Anche in questo caso l’attrito è determinante, non soltanto per far scorrere a dovere le lame dei pattini, ma anche per l’avanzamento del puck, il disco di gomma che i giocatori colpiscono con le mazze. Più il ghiaccio è freddo minore è l’attrito. Perché il puck scivoli velocemente è necessaria una temperatura di -4 C°, un grado in meno rispetto al pattinaggio artistico, dove conta avere più presa sul ghiaccio.

 

Sci:

secondo uno studio del dipartimento di matematica della University of Utah uno sciatore più pesante si muove con una velocità maggiore rispetto a un atleta più leggero. Cerchiamo di vederci più chiaro. Su uno sciatore agiscono tre forze: la forza di gravità (che spinge verso il basso), la forza di attrito tra la neve e gli sci e la forza d’attrito tra l’aria e il corpo dello sciatore. Bilanciando queste forze tra di loro si può scrivere l’equazione che descrive il moto dello sciatore. Da questa equazione si capisce che maggiore è la massa, maggiore sarà l’accelerazione. Quest’analisi ovviamente è molto semplificata e non tiene conto di fattori importanti. Per esempio uno sciatore più pesante gira con più difficoltà, soprattutto se il peso non è dovuto a più massa muscolare nelle gambe. Per non parlare del tipo di pista o dello stato della neve, fattori cruciali per lo svolgimento di una gara.

 

Curling:

in questo sport è necessario far scivolare delle pietre di granito sul ghiaccio regolandone il movimento attraverso un lavoro di scope. Anche in questo caso l’attrito è fondamentale. Nei campi da curling il ghiaccio non è completamente liscio ma presenta dei piccoli granelli creati spruzzando acqua sulla superficie. Inoltre la pietra non è piatta ma alla base ha una piccola rientranza che crea una sorta di sacca d’aria che limita il contatto con la pista. Alcuni ricercatori della Uppsala University sostengono che il movimento della pietra dipenda dalla presenza di microscopiche rugosità sulla sua superficie. La pietra procede roteando perché le rugosità tenderebbero a seguire i graffi del ghiaccio. Il lavoro delle scope invece serve ad aumentare la temperatura del ghiaccio in modo da diminuire l’attrito. Questo, sempre secondo i ricercatori, permetterebbe alla pietra di procedere in avanti roteando su se stessa.

Il Galileo