In tutte le tecniche di nuotata è di fondamentale importanza il ruolo svolto dalla componente mano-avambraccio per la sua notevole interazione con l’elemento fluido.

Il come avviene tale interazione è oggetto di studio ormai da oltre mezzo secolo, e ha vissuto alcuni periodi storici definiti in base ai risultati degli studi scientifici di quel dato momento, che si sono tradotti in alcune convinzioni tecniche sulla nuotata piuttosto che altri.

Sono state elaborate e discusse due teorie della propulsione, ovvero della portanza (lift) e della resistenza (drag).

Da un punto di vista pratico si è passati da traiettorie curvilinee a traiettorie più lineari, in tutte le bracciate dei quattro stili.

Per anni si è osservato, analizzato e discusso a lungo su quale fosse il contributo predominante. Riguardo a questo argomento proprio in questa rubrica un po’ di tempo fa avevamo avuto modo di chiarire tutti i dubbi sulla corrispondenza tra i meccanismi propulsivi e l’osservazione dei pattern di bracciata: si era arrivati alla conclusione che il meccanismo veramente importante è il drag e che tale componente interviene nelle fasi lineari della bracciata – leggi articolo Propulsione nel nuoto.

Le parti curvilinee non sono tanto legate alla componente del lift ma servono solo per mettere nella condizione i segmenti corporei di compensare gli eventuali vincoli morfologici.

In altre parole sono solo movimenti necessari a preparare la fase successiva della bracciata (quella effettivamente propulsiva) e non sono legati a un apporto significativo del lift.

Tale contributo rimane invece fondamentale nelle varie forme di remate ad esempio nella figura seguente:

Giunti a questo punto viene da porsi la seguente domanda: perché ancora un articolo sui meccanismi propulsivi della nuotata?

In realtà l’aspetto su cui vogliamo focalizzarci ora è illustrare le metodologie attraverso le quali si è giunti a determinare quantitativamente i meccanismi propulsivi appena illustrati e fornire ulteriori conferme alle considerazioni pratiche in materia di allenamento.

In sintesi, i due meccanismi studiati per oltre mezzo secolo possono essere sintetizzati in due formule matematiche, ciascuna per ogni contributo propulsivo:

Tali formule sono oramai accettate all’unanimità e non dicono altro che i due contributi propulsivi sono proporzionali tramite dei coefficienti (Cd e Cl ) alle seguenti grandezze fisiche:

  1. la velocità (V)
  2. la densità dell’acqua (ρ)
  3. l’area frontale del corpo mano/avambraccio

Ovviamente sono state sempre calcolate angoli di attacco e di presa della mano ben predefiniti.

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Lo scopo di tutte le ricerche condotte fino ai giorni nostri è stato sempre uno solo: riuscire a quantificare i due coefficienti Cd e Cl in modo tale da dimostrare quale componente propulsiva avesse un ruolo maggiore quindi determinante.

È emerso che Cd avesse sempre un valore significativamente maggiore a Cl e quindi si è giunti alla conclusione relativa alla predominanza del drag. Il drag, o meglio la resistenza dell’acqua, in passato vista come un aspetto negativo, ma invece fondamentale se invece sfruttata in maniera positiva per effettuare la famosa “presa” della bracciata e le successive fasi di trazione e spinta (quest’ultima non nella nuotata a rana ovviamente!).

Un gruppo di ricercatori portoghesi in uno studio effettuato negli ultimi anni e nel conseguente articolo pubblicato sul Journal of Sport Biomechanics si sono posti la seguente domanda: partendo dal presupposto che il drag rimane il meccanismo propulsivo per eccellenza nelle nuotate agonistiche, i valori quantitativi ricavati fino a oggi nelle varie ricerche sono corretti, o meglio, sono effettivamente correlabili con quanto accade nella realtà del nuoto agonistico oggigiorno?

Ovviamente negli anni passati si è partiti da studi totalmente sperimentali, basati su prove effettuate in vasche-laboratorio e con analisi video. Questi studi sono stati importanti per capire inizialmente a livello macroscopico i meccanismi propulsivi, ma hanno lasciato molti dubbi sui valori quantificati a causa degli errori dell’analisi video e delle condizioni ideali in cui sono stati compiuti gli esperimenti: velocità costante e condizioni di stabilità del fluido.

Ovviamente un contesto ben distante da quello in cui si svolgono le nuotate competitive e in condizioni di velocità di gara. La formazione dei vortici (ben accertata) lo conferma.

La contestazione che è stata fatta alle prove sperimentali è la seguente: ci sono seri dubbi sul fatto che le forze quantificate in questo modo siano sufficientemente precise per essere significative. Pertanto è stato proposto l’utilizzo delle tecniche di simulazione numeriche basate sulla fluidodinamica computazionale (CFD).

Lo scopo principale del lavoro attuale era triplice. Innanzitutto, divulgare l’uso del CFD come nuovo strumento nella ricerca sul nuoto. In secondo luogo, applicare il metodo CFD nel calcolo dei coefficienti di di Cd e Cl risultanti dalla risoluzione numerica delle equazioni di flusso relative al sistema mano-avambraccio prima di tutto in condizioni di flusso stazionario (in modo da replicare gli esperimenti di laboratorio degli anni passati).

In terzo luogo, ricavare i medesimi coefficienti, ma valutando l’effetto dell’accelerazione mano-avambraccio, quindi in condizioni non stazionarie, ovvero più verosimili al contesto del nuoto competitivo.

I risultati ottenuti hanno riportato che, in condizioni di flusso stazionario, il coefficiente di drag era quello che contribuisce maggiormente alla propulsione ed era quasi costante per l’intero range di velocità, con un valore massimo di 1,16 (rispetto al valore di 0,15 per il coefficiente di lift). Tali valori confermano come ordine di grandezza quelli ricavati negli anni dalle prove sperimentali (sempre effettuate in condizioni stazionarie).

Invece nella condizione di accelerazione mano-avambraccio, i valori misurati per il calcolo delle forze propulsive erano circa il 22,5% (54.440 N) superiori alle forze prodotte in condizioni di flusso costante (44.428 N). Da tali risultati è possibile trarre fondamentalmente due conclusioni importanti.

La prima riguarda il fatto di poter considerare seriamente l’approccio CFD in futuro per il calcolo delle forze idrodinamiche nel nuoto. In realtà, sempre in una precedente puntata di questa rubrica avevamo parlato già dell’utilizzo della fluidodinamica computazionale, ma rivolta allo studio della distanza ottimale delle dita della mano: solo in questo modo si era potuto spiegare quanto osservato dalle riprese subacquee di nuotatori di livello mondiale, una sorta di effetto ventosa!

La seconda conclusione riguarda l’aspetto relativo all’accelerazione mano-avambraccio, studiata proprio solo con la fluidodinamica computazionale. In questo studio è stato ampiamente dimostrato come questa fornisca maggiore propulsione ai nuotatori, confermando la presenza di qualche meccanismo instabile nella propulsione natatoria. E riguardo a questo aspetto avevamo già messo in evidenza l’importanza della metodologia di allenamento del Nuoto frenato in termini di benefici prodotti in tale direzione.

Foto: Fabio Cetti | Corsia4