Valutazione ruote e pattini
Comunicazione preliminare
Federazione Italiana Hockey e Pattinaggio
Istituto Universitario di Scienze Motorie
Notre Dame University, Indiana (USA)
Claudio Giorgi - 2006
Gli obiettivi
Sono stati progettati e realizzati alcuni
test per valutare le caratteristiche di
alcuni tipi di telai e ruote
commercialmente disponibili.
Per la natura delle misure, oltre ai dati
sui “materiali”, occorre fare valutazioni
anche sui parametri della resistenza
aerodinamica
misure
LeLe
misure
E’ stato definito un protocollo di misura composto di
due serie di test:
 valutazione con atleti
 valutazione di laboratorio
Il primo tipo di misure dà informazioni complessive
sui fenomeni, ma non permette la distinzione tra
parametri fini.
Il secondo permette di discriminare le caratteristiche
minori, ma deve essere abbinato alle valutazioni
con atleti.
I materiali
Sono stati usati pattini, ruote e cuscinetti
messi a disposizione da Belotti Group
Trattandosi di una prova comparativa tra
le “caratteristiche” dei materiali,
volutamente non sono stati messi a
confronto “materiali” diversi.
Note statistiche
La statistica è la scienza
dell’ignoranza.
Pochi si rendono conto che tutte le
scienze “esatte” dipendono in maniera
determinante dal concetto di
“approssimazione”.
La statistica fornisce strumenti
probabilistici per affermare o negare
un’ipotesi, ma non dà (e nessuno può
dare) certezze assolute.
Scaltenigo, 11-12 marzo 06
Sono stati svolti quattro test:
 Prove di rallentamento
 Giro lanciato
 Partenza + destrezza
 Questionario
I soggetti
Per estendere quanto più possibile la validità delle
misure, sono stati richiesti quattro soggetti che
consentissero di esplorare:
 Velocità elevate
 Il peso minore o maggiore
 Elevata abilità
Il periodo delle prove ha influenza importante sullo
stato di forma dei soggetti, ma la cosa in se può
essere addirittura un vantaggio per alcune
valutazioni.
I soggetti
1 – la prova di rallentamento
1 – la prova di rallentamento
Consiste nel percorrere la pista alla corda, a velocità
moderata. Dopo un giro a velocità quanto più
possibile costante, il soggetto smette di pattinare e
rimane con le mani appoggiate alle ginocchia fino
all’arresto completo.
Quattro fotocellule (centro curva e centro pista)
misurano il tempo di passaggio.
Viene misurata anche la posizione raggiunta ad
arresto completo.
1 – la prova di rallentamento
Quando l’atleta smette di pattinare, la sua velocità
viene progressivamente ridotta sotto l’azione di due
forze:
 Resistenza dell’aria
 Attrito volvente di ruote e cuscinetti
Ciascuno di questi due fenomeni dipende da un
coefficiente numerico (coefficiente aerodinamico cx e
coefficiente di attrito kd).
Utilizzando un “modello matematico”, si determinano i
valori dei due coefficienti che permettono di
ricostruire i tempi e le distanze di passaggio nel modo
migliore.
1 – la prova di rallentamento
Questa prova era stata già effettuata alcuni
anni fa, ed i risultati vennero presentati ad un
congresso di biomeccanica (Konstanz 1998).
E’ stata ripetuta sia per la necessità di
utilizzare i materiali odierni, sia per correggere
un errore del protocollo usato a suo tempo
che lasciava una indeterminazione nei
risultati.
1 – la prova di rallentamento
1 – la prova di rallentamento
Le misure
distanza
ruote
MARCO
5 X 84
ALESSANDRO 4 X 100
ELISA
4 X 100
GIOVANNI
4 X 100
0.00
v0
50.37
t1
100.37
t2
150.95
t3
200.95
t4
251.32
t5
stop
8.26
7.53
7.59
9.49
6.73
7.78
7.55
6.17
8.79
10.71
10.7
8.13
11.9
16.98
17.47
11.06
17.66
4 X 100
4 X 100
4 X 100
4 X 100
7.97
7.89
9.78
7.24
6.81
7.36
5.88
8.2
8.74
10.06
7.57
11.15
12.06
14.05
9.73
17.23
18.64
25.72
13.35
MARCO
4 X 100
ELISA
4 X 90
ALESSANDRO 4 X 90
8.23
8.15
6.97
6.75
6.89
8.66
8.78
9.35
12.09
12.01
13.97
20.82
18.77
29.96
212
205
166
MARCO
GIOVANNI
4 X 90
4 X 90
7.67
9.67
7.34
6.06
9.56
7.86
13.2
10.21
23.9
15.49
214
237
MARCO
MARCO
5 X 84
4 X 84
8.01
8.07
7.07
6.94
8.99
8.83
11.77
11.5
17.95
17.31
235
239
ELISA
ELISA
5 X 84
4 X 84
8.11
8.27
6.93
6.86
8.99
8.89
12.38
12.43
20.23
20.45
231
230
MARCO
ELISA
GIOVANNI
ALESSANDRO
245
188
188
240
16.56
23.82
230
213
261
184
1 – la prova di rallentamento
Il grafico in figura
mostra come il
“modello matematico”
sia in grado di
riprodurre in modo
piuttosto fedele i dati
misurati.
1 – la prova di rallentamento
Risultati - 1
L’analisi del coefficiente
di attrito mostra i valori
in figura.
Le ruote da 84 risultano
le più scorrevoli e
quelle da 90 le più
lente.
0.0068
0.0066
0.0064
0.0062
0.006
0.0058
0.0056
0.0054
0.0052
0.005
84
90
100
1 – la prova di rallentamento
Risultati - 1
Questa informazione non
corrisponde alle attese.
0.0068
0.0066
0.0064
0.0062
Una prova “secondaria”,
fatta con pattini da 84
privati della ruota centrale,
ha messo in evidenza che
ai fini dello scorrimento
avere 4 o 5 ruote non ha
nessuna differenza
0.006
0.0058
0.0056
0.0054
0.0052
0.005
84
90
100
1 – la prova di rallentamento
Risultati - 2
Nelle misure di questo
tipo si ammette, di solito,
che il coefficiente
aerodinamico abbia lo
stesso valore per tutti i
soggetti.
In questo caso, invece, i
dati hanno mostrato una
significativa differenza tra
gli atleti.
1.4
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
Marco
Elisa
Giovanni
Alessandro
1 – la prova di rallentamento
Risultati - 2
1.4
1.3
Le differenze sono
talmente elevate da
meritare una valutazione
più approfondita,
soprattutto per i velocisti.
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
Marco
Elisa
Giovanni
Alessandro
2 – il giro lanciato
2 – il giro lanciato
E’ la classica “prova delle ruote”, fatta su traiettorie
liberamente scelte da ciascun soggetto.
Ciascun soggetto ha fatto tre prove successive con
materiali diversi e le ha poi ripetute nello stesso
ordine.
Quattro fotocellule (centro curva e centro pista)
misurano il tempo di passaggio.
Dato il periodo dell’anno, si vede sia una certa
difficoltà a mantenere la velocità per l’intero giro,
sia l’affaticamento nelle prove successive.
2 – il giro lanciato
Per ciascun soggetto le prove sono
“normalizzate” al giro più veloce della
prima serie. Ogni altra prova viene
espressa come % di tempo in più (più
lento) o in meno (più veloce).
Sono valutati due parametri:
 La massima prestazione
 La perdita di prestazione nelle prove
ripetute
2 – il giro lanciato
2 – il giro lanciato
Le misure
Ttot
17.55
20.38
17.95
17.04
a
g
m
e
g
e
a
m
alessandro
elisa
giovanni
marco
ruote
100
84
100
100
g
e
m
a
ruote
90
84
100
100
Ttot
18.4
21.27
17.11
18.03
90 18.32
100
18
84 17.52
100 19.74
g
e
a
m
100
100
100
84
18.03
20.15
18.21
17.64
100 18.46
90 19.99
100 18.09
100 17.1
g
e
a
m
100
90
100
100
18.35
20.36
17.83
17.34
2 – il giro lanciato
Risultati - 1
L’analisi della prestazione
fornisce i risultati in figura:
le ruote da 100 forniscono
una velocità superiore del
4% a quelle da 84. Le 90
sono intermedie.
Questa informazione
corrisponde alle attese,
forse con una importanza
superiore a quanto
preventivato.
2 – il giro lanciato
Risultati - 2
La perdita di prestazione, invece, non
fornisce differenze significative.
Evidentemente lo stato di forma del
periodo prevale sugli effetti delle ruote.
Gli atleti, tuttavia, riferiscono la
sensazione di “stancarsi di meno con le
84, perché non possono applicare tutta la
potenza di cui dispongono”
3 – la destrezza
3 – la destrezza
E’ stata proposta una prova simile alla gara di
destrezza, limitata ad un solo giro.
Sono stati poste tre fotocellule (start, 25 metri,
arrivo).
3 – la destrezza
Ogni atleta ha fatto due prove successive con
materiali diversi, seguite da una seconda serie
identica.
La prima serie serviva da “addestramento” ed i
tempi, pur rilevati, non sono stati presi in esame.
Infatti, la seconda serie è stata sempre migliore
della prima.
3 – la destrezza
Per ciascun soggetto le prove sono
“normalizzate” al giro più veloce. Ogni altra
prova viene espressa come % di tempo in
più (più lento) o in meno (più veloce).
Sono valutati due parametri:
La massima prestazione
La prestazione sulla partenza
3 – la destrezza
Vale la pena di notare due cose: per la
natura di questo test le misure sono più
difficili e meno riproducibili. Sarebbe stato
necessario fare molte più prove, ma non era
possibile.
I ragazzi si sono molto divertiti e hanno
manifestato il desiderio di fare cose del
genere in allenamento.
3 – la destrezza
3 – la destrezza
Le misure
ruote
t1
t2
t3
Ttot
m
g
a
e
100
100
100
90
2.70
3.00
2.99
3.12
1.14
1.22
1.26
1.34
9.24
9.20
9.07
10.28
13.08
13.42
13.32
14.74
M
G
A
E
84
90
90
100
2.67
3.02
3.02
3.20
1.14
1.22
1.27
1.35
9.52
9.26
9.02
9.47
13.33
13.50
13.31
14.02
m
90
2.69
1.09
9.35
13.13
3 – la destrezza
Risultati - 1
L’analisi della prestazione
fornisce i risultati in figura: le
ruote da 100 forniscono la
velocità superiore, le 84 la
peggiore.
Tuttavia, le differenze hanno un
modesto significato statistico.
La spiegazione potrebbe essere
la maggiore tenuta delle ruote,
dichiarata concordemente da tutti
i ragazzi.
3 – la destrezza
Risultati - 2
Per quanto concerne la
partenza, il confronto è
stato possibile solo tra 90
e 100.
Il risultato è che non c’è
nessuna differenza di
prestazione apprezzabile.
Questionario
Questionario
Questionario
Proporre un questionario a soli 4 soggetti non
consente di trarre indicazioni particolarmente forti.
E’ evidente la preferenza per le 100 sotto tutti gli
aspetti, compresa la scorrevolezza (che, nelle
prove effettuate, invece, è a vantaggio delle 84) e
le partenze (dove non risulta alcuna differenza con
le 90)
Roma, ottobre 2006
Sono stati progettati e realizzati tre
dispositivi di misura per la valutazione
oggettiva di alcuni parametri dei telai e
delle ruote. Oltre al peso, sono stati
misurati i momenti d’inerzia secondo
due assi e i coefficienti d’attrito con una
tecnica diversa da quella già utilizzata.
Potranno essere ripetute facilmente anche con
materiali diversi.
1 – valutazione del
coefficiente di attrito
1 – valutazione del
coefficiente di attrito
Sono state disposte tre fotocellule su un tratto di
strada essenzialmente pianeggiante.
Un carrellino sul quale sono state montati i
telai+ruote da valutare, caricato con alcuni dischi da
bilancere, è stato fatto correre e rallentare
spontaneamente lungo la base misurata (15 m ca).
Ogni set telaio+ruote è stato provato 4 volte,
scartando le prove in cui la corsa si è allontanata
troppo dalla linea di riferimento.
1 – valutazione del
coefficiente di attrito
Data la bassa velocità, l’unica azione significativa per
il rallentamento si localizza nell’attrito volvente.
Anche in questo caso è stato utilizzato un “modello
matematico”, particolarmente semplice per la natura
del test.
Le prove si sono rivelate più difficili del previsto, sia
per la difficoltà di guidare correttamente il carrello, sia
(forse) per le inesattezze del montaggio dei telai.
1 – valutazione del
coefficiente di attrito
E’ stato anche tentato un approccio diverso
dalla misura delle fotocellule, utilizzando degli
accelerometri triassiali + magnetometri.
Tuttavia, il fenomeno è VERAMENTE piccolo,
tanto che, pur avendo una strumentazione
molto sofisticata, il “rumore” prevale
ampiamente sul “segnale”
1 – valutazione del
coefficiente di attrito
1 – Le misure
N wheelsskate t start t0
t1
t2
4 100 12.6
7 6.713 10.69 15.874
39 39.304 41.96 44.55
1.02 1.475 3.054 4.833
2.25 24.484 29.55 36.216
s1
5.83
6.37
5.83
6.37
s2
12.2
12.2
12.2
12.2
4
100 12.8
4 4.504 8.765 14.24 5.83 12.2
30 29.821 33.032 36.208 6.37 12.2
1.07 7.337 9.716 12.449 5.83 12.2
1.34 34.507 38.117 41.776 6.37 12.2
4
100
6 6.539 10.919 16.481
25 25.398 28.019 30.564
41 41.26 44.204 47.693
2.54 53.773 56.526 59.284
13
5.83
6.37
5.83
6.37
12.2
12.2
12.2
12.2
4
90 12.4
6 5.849 9.437 14.212 5.83
26
26 31.401 41.618 6.37
1.04 4.299 7.558 11.609 5.83
1.23 23.066
27.6 33.416 6.37
12.2
12.2
12.2
12.2
5
84 13.4
13
45
1.33
2.52
12.2
12.2
12.2
12.2
4
84 10.6
1.03 3.392 7.194 12.083
1.33 33.097 38.646 45.763
1.55 54.692 57.529 61.004
3.04 4.356 7.678 10.984
13.261 16.431 20.419 5.83
45.204 48.574 51.86 6.37
33.156 37.766 44.439 5.83
52.205 57.73 64.818 6.37
5.83
6.37
5.83
6.37
12.2
12.2
12.2
12.2
1 – valutazione del
coefficiente di attrito
Risultati
La figura mostra i valori
ottenuti, messi a
confronto con quelli
misurati a Scaltenigo.
0.008
0.007
K
K'
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0
84
90
100
1 – valutazione del
coefficiente di attrito
Risultati
I dati sono sostanzialmente
confermati.
0.008
Da questo si ricava che
l’attrito, per andature di 36
Km/h e un soggetto senior,
è responsabile solo di
meno del 14%
dell’impegno
0.007
K
K'
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0
84
90
100
2 – valutazione dei
parametri inerziali
2 – valutazione dei
parametri inerziali
La misura del peso (meglio: della massa) è banale.
Ma sono più interessanti i parametri che spiegano
quanto facilmente il pattino può essere messo in
movimento oscillatorio, nel modo naturale delle
oscillazioni longitudinali (articolazione del ginocchio)
e trasversali (caviglia).
Per questo sono stati costruiti dei pendoli, tramite i
quali misurare, con fotocellule o da filmato, il tempo
di oscillazione e da questo ricavare il MOMENTO
D’INERZIA
2 – valutazione dei
parametri inerziali
2 – valutazione dei
parametri inerziali
Le misure
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
1
2
3
4
5
5x84
12 27.6
13 28.64
14 29.64
15 30.64
16 31.64
17 32.6
tempo inizio prova
15.41
21.1
26.08
33.07
41.25
48.05
58.4
1.04.52
1.08.04
1.12.45
4x84
50.8 9.48
51.72
52.64
53.56
54.48
55.38 14.08
telaio n.ruote diametro peso peso2 n osc t medio (s)
13
4
100 810
20
1.9848
vuoto
20
1.8125
12.8
4
100 806
20
1.9854
12.6
4
100 806
20
1.98475
12.4
4
90 734
20
1.9769
13.4
5
84 816
20
1.98525
12.6
4
84 613
20
1.9633
4 pesi
1068 1106
20
1.9942
2 pesi
1106
20
1.9658
13
4
100 810
20
1.98485
4x90
30.64 46.52
35.62 51.52
4x100 12.6
7.68 21.88
12.68 26.92
4x100 13
41.72
56
46.8 61.12
4x100 12.8
15.88 29.84
20.92 34.88
2 – valutazione dei
parametri inerziali
Risultati - massa
m
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
4x84
4x90
4x100 12.8 4x100 12.6
4x100 13
5x84
2 – valutazione dei
parametri inerziali
Risultati – mom.inerzia longit.
I long
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
4x84
4x90
4x100 12.8 4x100 12.6
4x100 13
5x84
2 – valutazione dei
parametri inerziali
Risultati – mom.inerzia trasv.
I lat
0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0
4x84
4x90
4x100 12.6
5x84
4x100 12.8 4x100 13
2 – valutazione dei
parametri inerziali
Risultati
Escludiamo il telaio 5x84, non più di interesse.
Il telaio 4x84 è nettamente più agile di quelli 4x100
(fino a due volte nel confronto laterale), il che lo fa
fortemente preferire per l’attività giovanile.
La gradualità necessaria per avvicinarsi al 4x100 è
fornita dal telaio intermedio 4x90
Le nuove domande
E’ molto frequente che una serie di
prove risponda ad alcune domande e
altre ne ponga.
In questo caso ci sono almeno due
argomenti che meriterebbero nuovi
test:
 realizzare e provare telai di differente concezione
 Analizzare le cause delle grandi differenze trovate
sul cx, che hanno sicuramente un effetto
determinante sulle prestazioni dei velocisti
Discussione