Biomeccanica del corpo umano

La biomeccanica

di Giovanni Lestini



(3) La cinematica



«...questo grandissimo libro che continuamente ci sta
aperto innanzi agli occhi (io dico l’universo),
non si può intendere se prima non s’impara
a intender la lingua, e conoscer i caratteri ne’
quali è scritto. Egli è scritto in lingua
matematica, e i caratteri sono triangoli, cerchi
ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi
è impossibile a intenderne umanamente la parola;
senza questi è un aggirarsi vanamente per
un oscuro laberinto».
(Galileo GALILEI, Il Saggiatore, VI, 232)

frenata La cinematica (dal greco kínesis, movimento) è quella branca della fisica meccanica che si dedica allo studio del moto dei corpi, trascurando le cause che producono il moto stesso. Possiamo, pertanto, specificare le modalità con cui i corpi si muovono, focalizzandone la posizione, la velocità e l’accelerazione con le relative variazioni di direzione, incrementi di velocità e qualsiasi altro cambiamento relativo al movimento dei corpi.
La cinematica si occupa del moto di particelle puntiformi dotate di massa o, se preferiamo, dalla traslazione di corpi estesi, purché siano perfettamente rigidi e le cui parti si muovano contemporaneamente, mantenendo le identiche caratteristiche cinematiche, vale a dire la posizione, la velocità e l’accelerazione.
Anche un corpo esteso, molto articolato può, infatti, essere considerato come una particella, fermo restando il fatto che le sue parti all’interno non subiscano moti come vibrazioni o rotazioni. Ad esempio, uno pneumatico che rotola non può essere considerato come una particella, poiché un punto del suo bordo si sposta in maniera differente da un punto del suo asse, ma in una frenata brusca, una ruota bloccata che striscia può considerarsi come una particella, purché non subisca alcuna deformazione.
vettore Alle particelle possono imprimersi moti di tipo differente: accelerare, decelerare, fermarsi, cambiare verso, percorrere traiettorie circolari o paraboliche. La posizione e l’accelerazione sono sono grandezze vettoriali, tipiche della cinematica. Un vettore su un diagramma è rappresentato da una freccia. Ciò è visibile nella figura in cui si evidenzia che il vettore "a" ha due componenti: ax nella direzione dell’asse X e ay nella direzione dell’asse Y.
traiettoria Nella cinematica le grandezze fondamentali sono rappresentate da spazio e tempo. D’altronde, anche il filosofo tedesco Immanuel Kant nella Critica della ragion pura afferma, in maniera molto esaustiva che: «tempo e spazio sono ... due fonti del conoscere ... Essi cioè sono tutti e due, forme pure di tutte le intuizioni sensibili». La condizione spazio - dinamico - temporale consente l’intuizione, da parte di qualsiasi individuo, cioè il modo e il mezzo per cui una conoscenza si riferisce ad oggetti.
traslazione Un corpo, in quiete o in moto, si deve considerare rispetto all’ambiente circostante, ovvero ad un sistema di riferimento. Si dice che un corpo è in quiete quando la posizione dei suoi punti è identica con il passare del tempo; è in movimento quando tale posizione varia con il passare del tempo.
In rapporto con il tempo possiamo distinguere il movimento in: 1) moto uniforme; 2) moto rettilineo uniforme; 3) moto vario.
Nel moto uniforme la velocità è costante e si percorrono spazi uguali in tempi uguali. Il moto rettilineo uniforme è identico al primo sia nella velocità, sia nella percorrenza degli spazi, con la differenza che questo si realizza lungo una traiettoria rettilinea. Nel moto vario si percorrono spazi diversi in tempi uguali, poiché la velocità non è costante.
volteggio E’ evidente che dai due elementi, spazio e tempo, derivano altre due grandezze: la velocità e l’accelerazione. La velocità (v) è data dal rapporto tra lo spazio percorso ed il tempo impiegato a percorrerlo. Essa si misura in metri al secondo (m/sec). L’accelerazione (a) è data dal rapporto tra la variazione di velocità e l’intervallo di tempo durante il quale avviene questa variazione. Essa, come l’accelerazione di gravità, si misura in metri al secondo per secondo (m/sec2).
Nel movimento di un corpo è indispensabile conoscere la traiettoria, la direzione ed il verso di ogni singolo punto del corpo stesso che compie il movimento.
Per traiettoria si intende quella linea descritta dalla successione dei punti occupati dal corpo nello spazio. La direzione è la retta (e tutte le sue parallele) sulla quale il vettore giace (il moto può essere orizzontale, verticale, ecc.). Il verso è rappresentato convenzionalmente da una freccia che indica il luogo verso il quale il vettore è diretto (su, giù destra, sinistra, ecc.).
tuffo I movimenti rappresentati nello spazio possono essere di tre tipi: 1) moto di traslazione; 2) moto di rotazione; 3) moti complessi.
Nel moto di traslazione i punti che compongono il corpo descrivono traiettorie parallele tra di loro, mentre l’asse longitudinale si sposta parallelamente a se stesso; questo tipo di moto si verifica nella corsa e nalla marcia. Nel moto di rotazione l’asse longitudinale del corpo ruota formando un angolo, come si verifica nel volteggio alla sbarra. I moti complessi originano dalla integrazione dei moti appena citati, come si verifica nella specialità dei tuffi.

(segue...)

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