Biomeccanica nello sport | Arquidia Mantina

Introduzione

La biomeccanica nello sport incorpora un’analisi dettagliata dei movimenti sportivi al fine di ridurre al minimo il rischio di lesioni e migliorare le prestazioni sportive. La biomeccanica dello sport e dell’esercizio comprende l’area della scienza che si occupa dell’analisi della meccanica del movimento umano. Si riferisce alla descrizione, all’analisi dettagliata e alla valutazione del movimento umano durante le attività sportive. La meccanica è una branca della fisica che si occupa della descrizione del movimento e di come le forze creano il movimento. In altre parole, la biomeccanica sportiva è la scienza che spiega come e perché il corpo umano si muove nel modo in cui si muove. Nello sport e nell’esercizio fisico, questa definizione è spesso estesa per considerare anche l’interazione tra l’esecutore e le sue attrezzature e l’ambiente. La biomeccanica è tradizionalmente divisa nelle aree della cinematica che è una branca della meccanica che si occupa della geometria del movimento degli oggetti, incluso lo spostamento, la velocità e l’accelerazione, senza prendere in considerazione le forze che producono il movimento mentre la cinetica è lo studio delle relazioni tra il sistema di forze che agiscono su un corpo e i cambiamenti che produce nel movimento del corpo. In termini di questo, ci sono anche considerazioni scheletriche, muscolari e neurologiche che dobbiamo considerare quando descriviamo la biomeccanica.

Applicazione

Secondo Knudson le prestazioni del movimento umano possono essere migliorate in molti modi, poiché un movimento efficace comprende fattori anatomici, abilità neuromuscolari, capacità fisiologiche e abilità psicologiche/cognitive. La biomeccanica è essenzialmente la scienza della tecnica del movimento e come tale tende ad essere più utilizzata negli sport dove la tecnica è un fattore dominante piuttosto che la struttura fisica o le capacità fisiologiche. Le seguenti sono alcune delle aree in cui la biomeccanica viene applicata, sia per sostenere le prestazioni degli atleti che per risolvere i problemi nello sport o nell’esercizio:

L’identificazione della tecnica ottimale per migliorare le prestazioni sportive
L’analisi del carico corporeo per determinare il metodo più sicuro per eseguire un particolare compito sportivo o di esercizio
La valutazione del reclutamento muscolare e del carico
L’analisi delle attrezzature sportive e di esercizio, ad es, scarpe, superfici e racchette.

La biomeccanica viene utilizzata per tentare di migliorare le prestazioni o ridurre il rischio di lesioni nelle attività sportive e di esercizio esaminate.

Principi della biomeccanica

E’ importante conoscere diversi termini e principi biomeccanici quando si esamina il ruolo della biomeccanica nello sport e nell’esercizio.

Forze e coppie

Una forza è semplicemente una spinta o una trazione che modifica il movimento di un segmento del corpo o della racchetta. Il movimento è creato e modificato dall’azione di forze (soprattutto forze muscolari, ma anche da forze esterne dell’ambiente). Quando la forza fa ruotare un segmento del corpo o la racchetta, questo effetto è chiamato coppia o momento di forza. Esempio – I muscoli creano una coppia per ruotare i segmenti del corpo in tutti i colpi di tennis. Nell’azione di servizio la rotazione interna della parte superiore del braccio, così importante per la potenza del servizio, è il risultato di una coppia di rotazione interna all’articolazione della spalla causata da azioni muscolari (latissimus dorsi e parti del pettorale maggiore e deltoide). Per ruotare un segmento con più potenza un giocatore applica generalmente più forza muscolare.

Le leggi del movimento di Newton

Le tre leggi del movimento di Newton spiegano come le forze creano il movimento nello sport. Queste leggi sono di solito chiamate leggi di inerzia, accelerazione e reazione.

Legge d’inerzia – La prima legge d’inerzia di Newton afferma che gli oggetti tendono a resistere ai cambiamenti del loro stato di moto. Un oggetto in movimento tenderà a rimanere in movimento e un oggetto a riposo tenderà a rimanere a riposo a meno che non sia agito da una forza. Esempio – Il corpo di un giocatore che corre velocemente lungo il campo tenderà a voler mantenere quel movimento a meno che le forze muscolari possano superare questa inerzia o un pattinatore che scivola sul ghiaccio continuerà a scivolare con la stessa velocità e nella stessa direzione, salvo l’azione di una forza esterna.
Legge dell’accelerazione – La seconda legge di Newton spiega con precisione quanto moto crea una forza. L’accelerazione (tendenza di un oggetto a cambiare velocità o direzione) che un oggetto sperimenta è proporzionale alla grandezza della forza e inversamente proporzionale alla massa dell’oggetto (F = ma). Esempio – Quando una palla viene lanciata, calciata o colpita con un attrezzo, tende a viaggiare nella direzione della linea d’azione della forza applicata. Allo stesso modo, maggiore è la quantità di forza applicata, maggiore è la velocità della palla. Se un giocatore migliora la forza delle gambe attraverso l’allenamento mantenendo la stessa massa corporea, avrà una maggiore capacità di accelerare il corpo usando le gambe, con conseguente migliore agilità e velocità. Questo si riferisce anche alla capacità di ruotare i segmenti, come menzionato sopra.
Legge della reazione – La terza legge afferma che per ogni azione (forza) c’è una forza di reazione uguale e contraria. Questo significa che le forze non agiscono da sole, ma si verificano in coppie uguali e opposte tra corpi che interagiscono. Esempio – La forza creata dalle gambe che “spingono” contro il terreno si traduce in forze di reazione del terreno in cui il terreno “spinge indietro” e permette al giocatore di muoversi attraverso il campo (poiché la Terra è molto più massiccia del giocatore, il giocatore accelera e si muove rapidamente, mentre la Terra in realtà non accelera o si muove affatto). Questa azione-reazione si verifica anche all’impatto con la palla, poiché alla forza applicata alla palla corrisponde una forza uguale e contraria applicata alla racchetta/corpo.

Momento

La seconda legge di Newton è anche legata alla variabile quantità di moto, che è il prodotto della velocità e della massa di un oggetto. La quantità di moto è essenzialmente la quantità di moto che un oggetto possiede. La quantità di moto può essere trasferita da un oggetto all’altro. Ci sono diversi tipi di quantità di moto che hanno ciascuno un impatto diverso sullo sport.

Momento lineare

Il momento lineare è il momento in una linea retta, per esempio il momento lineare è creato quando l’atleta sprinta in linea retta lungo i 100 metri in pista.

Momento angolare

Il momento angolare è il momento di rotazione ed è creato dalle rotazioni dei vari segmenti del corpo, per esempio il dritto in posizione aperta utilizza un momento angolare significativo. L’enorme aumento nell’uso del momento angolare nei colpi a terra e nei servizi ha avuto un impatto significativo sul gioco del tennis. Una delle ragioni principali per l’aumento della potenza del gioco di oggi è l’incorporazione del momento angolare nelle tecniche di colpo a terra e di servizio. Nel tennis, il momento angolare sviluppato dall’azione coordinata dei segmenti del corpo si trasferisce al momento lineare della racchetta all’impatto.

Centro di gravità

Il centro di gravità (COG) è un punto immaginario intorno al quale il peso del corpo è distribuito uniformemente. Il centro di gravità del corpo umano può cambiare considerevolmente perché i segmenti del corpo possono spostare le loro masse con le rotazioni delle articolazioni. Questo concetto è fondamentale per capire l’equilibrio e la stabilità e come la gravità influenza le tecniche sportive.

La direzione della forza di gravità attraverso il corpo è verso il basso, verso il centro della terra e attraverso il COG. Questa linea di gravità è importante da capire e visualizzare quando si determina la capacità di una persona di mantenere con successo l’equilibrio. Quando la linea di gravità cade al di fuori della Base di Supporto (BOS), allora è necessaria una reazione per rimanere in equilibrio.

Il centro di gravità di una racchetta da squash è un processo molto più semplice e di solito può essere trovato identificando il punto in cui la racchetta si bilancia sul dito o su un altro oggetto stretto.

L’equilibrio

L’equilibrio è la capacità di un giocatore di controllare il proprio equilibrio o stabilità. È necessario avere una buona comprensione dell’equilibrio statico e dinamico:

Equilibrio statico

La capacità di controllare il corpo mentre il corpo è fermo. È la capacità di mantenere il corpo in una postura fissa. L’equilibrio statico è la capacità di mantenere la stabilità posturale e l’orientamento con il centro di massa sopra la base di appoggio e il corpo a riposo.

Equilibrio dinamico

La capacità di controllare il corpo durante il movimento. Definire la stabilità posturale dinamica è più impegnativo, l’equilibrio dinamico è la capacità di trasferire la proiezione verticale del centro di gravità intorno alla base di appoggio. L’equilibrio dinamico è la capacità di mantenere la stabilità posturale e l’orientamento con il centro di massa sopra la base di supporto mentre le parti del corpo sono in movimento.

Biomeccanica corretta

Come detto sopra, la biomeccanica corretta fornisce un movimento efficiente e può ridurre il rischio di lesioni. Nello sport, è sempre bene considerare la biomeccanica anormale o difettosa come una possibile causa di infortunio. Queste biomeccaniche anomale possono essere dovute ad anomalie anatomiche o funzionali. Le anomalie anatomiche come le discrepanze nella lunghezza delle gambe non possono essere cambiate, ma gli effetti secondari possono essere affrontati, come ad esempio la costruzione di una scarpa o i plantari. Anomalie funzionali che possono verificarsi possono essere squilibri muscolari dopo un lungo periodo di immobilizzazione.

Nella biomeccanica si fa spesso riferimento ai diversi piani di movimento e agli assi. Dai un’occhiata a questo video, per rinfrescarti la memoria.

Una tecnica scorretta può causare una biomeccanica anormale che può portare a lesioni. Di seguito sono riportati alcuni esempi della relazione tra tecnica errata e lesioni associate.

Sport	Tecnica	Infortunio
Cricket	Azione mista di bowling	Fratture da stress del tarso interarticolare
Tennis	Eccessiva azione del polso con il rovescio	Tendinopatia degli estensori del gomito
Nuoto	Riduzione della rotazione esterna della spalla	Tendinopatia della cuffia dei rotatori
Corsa	Inclinazioni pelviche anteriori	Ferite ai tendini della coscia
Rowing	Cambio dal lato dell’arco al lato della corsa lato	Fratture da stress del perno
Balletto	Poco movimento	Fratture all’anca

Biomeccanica degli arti inferiori

Come uomini, la deambulazione è la nostra principale forma di movimento, cioè camminiamo in posizione eretta e facciamo molto affidamento sulle nostre gambe per muoverci. Il modo in cui il piede colpisce il terreno e l’effetto a catena che questo ha sugli arti inferiori fino al ginocchio, le anche, il bacino e la parte bassa della schiena in particolare, è diventato oggetto di molti dibattiti e controversie negli ultimi anni.

La biomeccanica degli arti inferiori si riferisce a una complessa interazione tra le articolazioni, i muscoli e il sistema nervoso che si traduce in un certo schema di movimento, spesso definito “allineamento”. Gran parte del dibattito è incentrato su ciò che è considerato “normale” e ciò che è considerato “anormale” in termini biomeccanici, nonché sulla misura in cui si dovrebbe intervenire nel caso in cui si riscontrino risultati anormali durante la valutazione. Questa sezione esamina la biomeccanica dell’estremità inferiore, in particolare l’anatomia e la biomeccanica del piede e della caviglia, l’impatto dell’angolo Q sulla meccanica dell’anca e del ginocchio e infine le implicazioni di tutto ciò sull’andatura.

Biomeccanica del piede e della caviglia

Il piede e la caviglia costituiscono un sistema complesso che consiste di 26 ossa, 33 articolazioni e più di 100 muscoli, tendini e legamenti. Funziona come una struttura rigida per sopportare il peso e può anche funzionare come una struttura flessibile per conformarsi al terreno irregolare. Il piede e la caviglia forniscono varie funzioni importanti che includono: sostenere il peso corporeo, fornire equilibrio, assorbimento degli urti, trasferire le forze di reazione al suolo, compensare il malallineamento prossimale e sostituire la funzione della mano negli individui con amputazione/paralisi dell’estremità superiore, tutte funzioni che sono fondamentali quando si è coinvolti in qualsiasi esercizio o sport che coinvolge gli arti inferiori. Questa pagina esamina in dettaglio la biomeccanica del piede e della caviglia e il suo ruolo nella locomozione. Vai alla pagina

L’angolo Q

La comprensione delle normali caratteristiche anatomiche e biomeccaniche dell’articolazione femoro-rotulea è essenziale per qualsiasi valutazione della funzione del ginocchio. L’angolo Q formato dal vettore della trazione combinata del muscolo quadricipite femorale e del tendine rotuleo, è importante a causa della trazione laterale che esercita sulla rotula.

La direzione e la grandezza della forza prodotta dal muscolo quadricipite hanno una grande influenza sulla biomeccanica dell’articolazione femoro-rotulea. La linea di forza esercitata dal quadricipite è laterale alla linea dell’articolazione principalmente a causa della grande sezione trasversale e del potenziale di forza del vasto laterale. Poiché esiste un’associazione tra la patologia femoro-rotulea e l’eccessivo tracciamento laterale della rotula, valutare la linea complessiva di trazione laterale del quadricipite rispetto alla rotula è una misura clinica significativa. Tale misura viene chiamata angolo del quadricipite o angolo Q. È stato inizialmente descritto da Brattstrom. Vai alla pagina

Biomeccanica dell’andatura

Sandra J. Shultz descrive l’andatura come: “…il modo in cui qualcuno cammina o si muove, coinvolge tutto il corpo. La velocità dell’andatura determina il contributo di ogni segmento del corpo. La normale velocità di camminata coinvolge principalmente gli arti inferiori, con le braccia e il tronco che forniscono stabilità ed equilibrio. Più la velocità è elevata, più il corpo dipende dagli arti superiori e dal tronco per la propulsione, l’equilibrio e la stabilità. Le gambe continuano a fare la maggior parte del lavoro poiché le articolazioni producono una maggiore gamma di movimenti attraverso una maggiore risposta muscolare. Nel sistema bipede le tre principali articolazioni della parte inferiore del corpo e del bacino lavorano insieme mentre i muscoli e lo slancio spostano il corpo in avanti. Il grado in cui il centro di gravità del corpo si muove durante la traslazione in avanti definisce l’efficienza. Il centro del corpo si muove sia da un lato all’altro che su e giù durante l’andatura”. La camminata bipede è una caratteristica importante degli esseri umani. Questa pagina presenterà informazioni sulle diverse fasi del ciclo dell’andatura e sulle importanti funzioni del piede durante la camminata. Vai alla pagina

Biomeccanica dell’arto superiore

La biomeccanica corretta è importante nelle attività dell’arto superiore come in quelle dell’arto inferiore. Le capacità dell’arto superiore sono varie e impressionanti. Con la stessa struttura anatomica di base del braccio, dell’avambraccio, della mano e delle dita, i lanciatori della Major League Baseball lanciano palle veloci a 40 m/s, i nuotatori attraversano la Manica, i ginnasti eseguono la croce di ferro e i pugili olimpici in classi di peso che vanno dai pesi mosca ai super pesi massimi hanno mostrato una gamma di 447 a 1.066 libbre di forza di picco.

La struttura dell’estremità superiore è composta dalla cintura della spalla e dall’arto superiore. Il cingolo scapolare è composto dalla scapola e dalla clavicola, mentre l’arto superiore è composto da braccio, avambraccio, polso, mano e dita. Tuttavia, una catena cinematica si estende dalla colonna cervicale e toracica superiore fino alla punta delle dita. Solo quando alcuni segmenti multipli sono completamente fissi, queste parti possono funzionare in modo indipendente nei ruoli meccanici.

Questa sezione passa in rassegna le strutture anatomiche che permettono questi diversi tipi di movimento ed esamina la biomeccanica o i modi in cui i muscoli cooperano per ottenere la diversità di movimento di cui è capace l’estremità superiore.

Ritmo scapolo-omerale

Il ritmo scapolo-omerale (chiamato anche ritmo gleno-omerale) è l’interazione cinematica tra la scapola e l’omero, pubblicata per la prima volta da Codman negli anni ’30. Questa interazione è importante per il funzionamento ottimale della spalla. Quando c’è un cambiamento della posizione normale della scapola rispetto all’omero, questo può causare una disfunzione del ritmo scapolo-omerale. Il cambiamento della posizione normale è chiamato anche discinesia scapolare. Vari studi sul meccanismo dell’articolazione della spalla che hanno tentato di descrivere la capacità di movimento globale della spalla fanno riferimento a questa descrizione, Potete valutare la spalla per vedere se la funzione è corretta e spiegare le complesse interazioni tra i componenti coinvolti nel posizionamento della mano nello spazio? Vai a pagina

Biomeccanica specifica dello sport

Biomeccanica della corsa

La corsa è simile alla camminata in termini di attività locomotoria. Tuttavia, ci sono differenze fondamentali. Avere la capacità di camminare non significa che l’individuo abbia la capacità di correre. Ci sono alcune differenze tra il ciclo dell’andatura e quello della corsa – il ciclo dell’andatura è un terzo più lungo nel tempo, la forza di reazione del terreno è minore nel ciclo dell’andatura (quindi il carico è inferiore), e la velocità è molto più alta. Nella corsa, c’è anche solo una fase di stance mentre nel passo ce ne sono due. L’assorbimento degli urti è anche molto più grande rispetto alla camminata. Questo spiega perché i corridori hanno più lesioni da sovraccarico.

La corsa richiede:

Maggiore equilibrio
Maggiore forza muscolare
Maggiore gamma di movimenti articolari Vai alla pagina

Biomeccanica del ciclismo

Il ciclismo fu inizialmente inventato dal Barone Carl von Drais nel 1817, ma non come lo conosciamo noi. Si trattava di una macchina che inizialmente aveva due ruote collegate da un asse di legno con un dispositivo di timone per la guida. Si trattava di persone che correvano lungo il terreno mentre erano sedute; dando loro il nome di ‘macchina da corsa’ (in tutti i sensi) o velocipede. Questo era usato esclusivamente dalla popolazione maschile al momento dell’invenzione. Il velocipede fece poi un enorme sviluppo del design negli anni 1860 nella fabbrica Michaux a Parigi. Hanno aggiunto dei bracci di leaver alla ruota anteriore che erano spinti da pedali ai piedi. Questa fu la prima bicicletta convenzionale, e da allora e fino ai giorni nostri la bicicletta ha fatto grandi progressi nel design e nella tecnologia.
Un sondaggio del 2014 ha stimato che oltre il 43% della popolazione del Regno Unito ha o ha accesso a una bicicletta e l’8% della popolazione dai 5 anni in su ha pedalato 3 o più volte a settimana. Con una così grande quantità di persone in bicicletta, sia professionale, ricreativo o per il pendolarismo questo aumentare la possibilità di sviluppare un infortunio, quindi è tempo abbiamo capito la biomeccanica del ciclismo. Vai alla pagina

Baseball Pitching Biomechanics

Il lancio del baseball è uno dei movimenti atletici più studiati. Anche se l’attenzione si è concentrata maggiormente sul movimento della spalla, il movimento dell’intero corpo è necessario per eseguire il lancio del baseball. Il lancio è anche considerato uno dei movimenti umani più veloci eseguiti, e la velocità massima di rotazione interna omerale raggiunge circa 7000-7500o/secondo. Vai alla pagina

Biomeccanica del tennis

La biomeccanica del tennis è un compito molto complesso. Consideriamo il colpire una palla da tennis. Per prima cosa, l’atleta deve vedere la palla che esce dalla racchetta dell’avversario. Poi, nell’ordine, deve giudicare la velocità, lo spin, la traiettoria e, soprattutto, la direzione della palla da tennis. Il giocatore deve poi regolare rapidamente la posizione del suo corpo per muoversi intorno alla palla. Mentre il giocatore si prepara a colpire la palla, il corpo è in movimento, la palla si muove sia in direzione lineare che di rotazione se c’è uno spin sulla palla, e anche la racchetta è in movimento. Il giocatore deve coordinare tutti questi movimenti in circa mezzo secondo in modo da colpire la palla il più vicino al centro della racchetta per produrre lo spin, la velocità e la direzione desiderata per il ritorno della palla. Un errore in uno qualsiasi di questi movimenti può creare un errore.

La Federazione Internazionale di Tennis (ITF) fornisce risorse dettagliate sulla biomeccanica del tennis tra cui una serie di presentazioni qui sotto.

Biomeccanica del tennis: un’introduzione

Principi biomeccanici per il servizio nel tennis

Biomeccanica del colpo di dritto

Questi articoli forniscono alcune informazioni più dettagliate sulla biomeccanica del servizio e del colpo a terra e guardano anche le implicazioni per l’allenamento della forza e la riabilitazione.

Biomeccanica del servizio nel tennis in relazione alla velocità della palla e alle lesioni dell’articolazione dell’arto superiore

Biomeccanica dei colpi a terra nel tennis: Implicazioni per l’allenamento della forza

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