Mano aperta o chiusa? Il giusto grado di rilassamento della mano per una efficiente propulsione della bracciata.

Analisi computazionale fluidodinamica posizione dita nuoto

(di Gian Maria D’Amici)

La domanda è tra le più comuni: meglio nuotare con le dita della mano completamente serrate o lasciare le stesse rilassate e parzialmente distanziate? La risposta sembrerebbe ovvia. Ma è proprio così?

In realtà la scienza ci dice che un angolo di 12° tra le dita della mano (pari ad una distanza di 8.00 mm) garantisce un incremento del coefficiente di resistenza pari all’8.8 % migliorando la forza propulsiva della bracciata.

Ma perchè? Perchè l’efficienza di spinta dipende da due fattori: la dimensione della mano (pari alla superficie A) e la distanza tra le dita della stessa (in grado di modificare il la forma tridimensionale della mano).

Nel dettaglio: la superficie di presa delle mano (A, m2) è direttamente proporzionale alla resistenza offerta dall’acqua (R) secondo la formula R= 1/2 · ρ · A · v2 · CR dove ρ è la densità dell’acqua, v la velocità delle braccia in acqua e CR il coefficiente di resistenza o attrito (correlato alla forma tridimensionale della mano).

Una mano più grande (A) e/o un coefficiente di attrito maggiore (Cr) possono quindi migliorare l’efficacia della propulsione e della contrazione muscolare riducendo la frequenza di bracciata a parità di spinta. Inoltre la propulsione cresce se a parità di spinta una massa d’acqua maggiore viene spostata ad una velocità minore.

Aumento del coefficiente di resistenza in funzione della distanza tra le dita (nuoto)Per studiare la relazione tra efficienza biomeccanica e grado di rilassamento della mano Minetti et al. (2009) hanno utilizzando tecniche di fluidodinamica computazionale. Il risultato è stato un diagramma di correlazione tra coefficiente di resistenza (CR) e distanza in mm tra le dita della mano. Come si vede in figura 1 il coefficiente di resistenza è massimo per una distanza di circa 8.0 mm corrispondente ad un angolo di 12°. Quindi l’efficienza della spinta, come già detto, dipende da due fattori fondamentali: la dimensione della mano (A) e la distanza tra le dita della stessa (CR).

L’analisi fluidodinamica dimostra che i vortici generati sul dorso della mano, durante la spinta, hanno una magnitudine e una direzione diversa a seconda della distanza delle dita, così come la regione di scia.

In particolare in figura 2 sono riportati tre casi: A dita serrate, B dita distanziate di 8 m, C dita oltre i 13 cm. Nel caso A e nel caso C la regione di scia ha una superficie inferiore rispetto al caso B che presenta un incremento pari al 20%. Ad una regione di scia maggiore corrisponde una maggiore depressione (ΔP) tra il palmo e il dorso della mano il che genera una maggiore propulsione.

Analisi computazionale fluidodinamica posizione dita nuotoNel caso B, con le dita ad una distanza ottimale, i “water jets” che si formano tra le dita riducono la pressione sul dorso della mano incrementando così il ΔP e la propulsione. Invece con le dita serrate o completamente aperte, caso A e C, si generano dei grandissimi vortici che aumentano la pressione sul dorso della mano riducendo il ΔP.

Quindi, la prossima volta che vediamo atleti d’elite nuotare con le “dita della mano aperte” in tutti e quattro gli stili, non stupiamoci perchè ora sappiamo che non sbagliano

Riferimenti bibliografici

  • Bilinauskaite et al. Computational Fluid Dynamics Study of Swimmer’s Hand Velocity, Orientation, and Shape: Contributions to Hydrodynamics, Biomed Res Int. 2013; 2013: 140487. doi: 10.1155/2013/140487;
  • Darázs and Paál Optimum Finger Spacing for Swimmers, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering 60(1), pp. 1-14, 2016 doi: 10.3311/PPme.7721;
  • Lorente et al. The constructal-law physics of why swimmers must spread their fingers and toes.” Journal of Theoretical Biology. 308. pp. 141-146. 2012. doi: 10.1016/j.jtbi.2012.05.033;
  • Marinho et al. Swimming Propulsion Forces Are Enhanced by a Small Finger Spread. Journal of Applied Biomechanics. 26 (1). pp. 87-92. 2010;
  • Minetti et al. The optimum finger spacing in human swimming, J Biomech. 2009 Sep 18;42(13):2188-90. doi: 10.1016/j.jbiomech.2009.06.012. Epub 2009 Aug 3;
  • Wei et al. The Fluid Dynamics of Competitive Swimming, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 46: 547-565 (Volume publication date January 2014) doi: 10.1146/annurev-fluid-011212-140658;
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