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.