Effetto del vento ambientale sulla prestazione dello sciatore alpino

Aug 12, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4906 (2023) Citare questo articolo

331 accessi

Dettagli sulle metriche

Lo sci alpino, in particolare la discesa alpina, è uno degli sport invernali più estremi in termini di alta velocità e ristretto margine di vittoria, e le sue piste sono sempre situate in aree montuose con altitudini elevate e campi di vento ambientali complessi, con conseguente impatto significativo di vento ambientale sulla prestazione e sulla classifica finale degli sciatori alpini. Nel presente studio, è stato utilizzato un metodo basato sulla combinazione di misurazioni sul campo, test in galleria del vento e simulazioni cinematiche per valutare l'effetto del vento ambientale sulle prestazioni di uno sciatore alpino. Considerando l'effetto del vento ambientale, è stato stabilito un modello cinematico del sistema sciatore-sci alpino e sono state dedotte le equazioni del movimento per lo scivolamento rettilineo e la virata. Quindi, la pista da discesa del Centro nazionale cinese di sci alpino (CNASC) è stata presa come caso di studio per studiare l'effetto del vento ambientale sul tempo di scorrimento utilizzando il metodo di valutazione combinato proposto. Sono state eseguite misurazioni sul campo e test in galleria del vento per identificare cinque direzioni critiche del vento ambientale: 270°, 292,5°, 315°, 337,5° e 360°. Inoltre, sono state ottenute anche le velocità e le direzioni del vento per 16 diversi punti di misurazione della pista di discesa. I risultati dell'analisi del modello hanno mostrato che il tempo di arrivo è aumentato del 19,75% per la direzione del vento ambientale di 270°, mentre il tempo di arrivo è diminuito dell'1,29% per la direzione del vento ambientale di 360°.

Lo sci alpino è uno degli sport sulla neve più popolari che combina perfettamente velocità e abilità, è uno degli sport olimpici invernali ufficiali e distintivi e si compone di cinque sottoprogetti principali: discesa libera (DH), slalom (SL), slalom gigante ( GS), slalom super gigante (SG) e combinata alpina (AC), di cui il DH è l'evento più estremo in termini di velocità di gara con gli atleti che raggiungono velocità massime superiori a 140 km/h1. Inoltre, il tempo finale degli atleti d'élite in gara varia spesso di soli centesimi di secondo2, il che implica che qualsiasi fattore cinematico o cinetico può influenzare significativamente la classifica finale, direttamente o indirettamente, come la forza di resistenza aerodinamica, l'interazione sci-neve, attrezzatura (ad esempio sci, bastoncini e tute da gara) e traiettoria, nonché le tecniche di sci3,4,5. In particolare, i tracciati di discesa alpina sono sempre ubicati in zone montuose con quote elevate e condizioni ambientali di vento complesse. Per questi motivi non si può ignorare l'influenza del vento ambientale sul tempo di planata degli sciatori. Considerando le alte velocità e gli stretti margini di vittoria, gli atleti o gli allenatori dovrebbero avere un'idea chiara di dove si sta risparmiando e perdendo tempo in modo da poter adottare misure e allenamenti adeguati per ottenere il tempo di gara più breve. Pertanto, è importante valutare la prestazione durante l'intera competizione, in particolare il consumo di tempo.

Negli ultimi anni sono stati condotti diversi studi per indagare le prestazioni degli eventi di sci alpino combinando esperimenti in galleria del vento, misurazioni sul campo2,6,7,8 e fluidodinamica computazionale (CFD)9,10,11. Inoltre, alcuni ricercatori si sono concentrati sul movimento del sistema sciatore-sci utilizzando la modellizzazione. Legotin e Rivlin12 hanno sviluppato un modello ad asta del sistema sciatore-sci per stimare vari meccanismi di perdita della posizione stabile nel processo di esecuzione di una curva con gli sci, compreso lo scorrimento laterale e la caduta sul piano frontale. Nemec13 ha ipotizzato che lo sciatore si comporti come un pendolo rovesciato e ha stimato il centro di massa (COM) e le traiettorie dello sci. Basandosi sul modello del pendolo invertito, un approccio simile è stato proposto da Komissarov14,15. Nello studio di Cai e Yao16, il sistema sciatore-sci è stato modellato come un corpo rigido per indagare le caratteristiche fisico-dinamiche e l'ottimizzazione della traiettoria. Inoltre, Chen e Qi17 hanno sviluppato un modello bidimensionale (2D) per simulare i movimenti dello sci basato su un sistema multicorpo, mentre un modello di simulazione multicorpo planare simile è stato utilizzato per studiare le vibrazioni trasversali durante lo scussing nella linea di caduta su sci accidentati e ruvidi. piste18. Oberegger19 ha creato un modello di sciatore multicorpo 3D per simulare curve consecutive. Va notato che, in tutti gli studi sopra menzionati, la resistenza aerodinamica è un fattore importante che influenza le prestazioni degli eventi di sci alpino, di cui si è tenuto conto durante lo sviluppo del modello cinematico. Tuttavia, gli studi attuali considerano solo la resistenza aerodinamica causata dal movimento relativo tra lo sciatore e l'aria, ignorando quella causata dal vento ambientale, determinando così discrepanze tra i risultati ottenuti dall'analisi modellistica e le situazioni reali.