Le quattro nuotate riconosciute da tutte le federazioni mondiali hanno un po’ come punto in comune l’idea di dominare l’acqua, nel senso che l’obiettivo di ogni nuotatore è riposto nel ricercare una posizione che gli permetta un avanzamento ottimale.

Tale situazione tecnica consiste nel mantenere la maggior parte del corpo fuori dall’acqua per ridurre il più possibile il drag di superficie. Il problema da affrontare in questo caso è quindi duplice, riguarda le due dimensioni: avanzare orizzontalmente, e allo stesso tempo sollevarsi sull’acqua per essere frenati da essa il meno possibile.

In altre parole, per andare avanti si cerca di:

  1. sfruttare in modo positivo la resistenza dell’acqua per avanzare, analogamente a come avviene nella propulsione terrestre;
  2. enfatizzare il galleggiamento mediante il principio della portanza, al pari della propulsione aerea, quasi “sorvolare” l’acqua per vincere le resistenze che possono in qualche modo pregiudicare l’avanzamento.

Nel nuoto moderno, la presentazione di questi due aspetti è stata un po’ una chiusura del cerchio avvenuta negli ultimi anni che ha permesso di elaborare un modello quasi ottimale di propulsione acquatica, che permette di comprendere meglio la giusta cooperazione tra la teoria del drag (utilizzata nel primo caso) e del lift (applicata nel secondo caso).

Fatta questa premessa, non ci stancheremo mai di ripetere che il nuoto subacqueo (sono permessi da regolamento al massimo 15 metri) ha un ruolo di vitale importanza in tutte le fasi della gara quali la partenza e le virate, dal momento che permette di evitare una riduzione di velocità immediata nel periodo di tempo immediatamente prossimo alle situazioni appena descritte.

Una nuova tecnica di nuotata, un nuovo stile, il quinto stile: anch’esso è ormai riconosciuto dalla federazione, e rappresenta forse il principale oggetto di studio oggigiorno da parte degli scienziati del nuoto.

Ora l’obiettivo, almeno quello primario, non è più dominare l’acqua, ma muoversi sott’acqua.

Il mese scorso – Training Lab, il Quinto Stile del nuoto –  è stata analizzata la meccanica dell’ondulazione subacquea esattamente come le altre tecniche di nuotata. Ora l’obiettivo è: supponendo un’ondulazione ottimale, capire se al variare dell’assetto del corpo può ancora aumentare oppure diminuire la velocità di avanzamento.

Sempre nell’ottica del continuo miglioramento della performance in gara, in questa particolare situazione, non si tratta di nuotare sull’acqua, ma attraverso l’acqua. Insomma, non interessa il discorso della portanza, ma ci troviamo nel caso di un corpo immerso totalmente nella sostanza fluida. Tutte le variabili ora in gioco derivano esclusivamente dalla famiglia del drag, quindi i diversi tipi di attrito che sorgono ogni volta quando un oggetto solido (il nuotatore) interagisce con un fluido (l’acqua).

Da un punto di vista prettamente scientifico si tratta quindi di formulare un problema che tenga conto delle proprietà morfologiche e fisiche del corpo e delle caratteristiche fisiche del fluido stesso.

La lente d’ingrandimento tende sempre più a focalizzarsi sulla teoria del drag, per cercare di caratterizzarlo il meglio possibile, dal momento che si tratta sì di un qualcosa che limita l’avanzamento, ma anche di uno strumento che permette di avanzare nell’acqua. La certezza è che questo fenomeno visto nella sua totalità è il risultato di una combinazione di fattori complessi.

Da un punto di vista qualitativo, la relazione tra questi fattori è data dal prodotto che comprende:

  • Densità dell’acqua
  • Velocità del nuotatore relativa al flusso (andamento quadratico, non lineare)
  • Area della sezione del corpo del nuotatore nella direzione di avanzamento
  • Un ulteriore coefficiente che tiene conto delle caratteristiche del fluido e della forma del corpo, viene stimato in funzione del numero di Reynolds, un parametro noto in fluidodinamica che tiene conto dello stato del flusso, in altre parole indica se quest’ultimo tende più a essere laminare (acqua ferma) oppure turbolento (presenza di vortici).

Uno dei grossi risultati ottenuti negli anni è stato quello di identificare, e soprattutto calcolare separatamente le varie componenti. Esse sono note come:

“Frictional Drag”: tiene conto del fenomeno tale per cui due corpi a contatto che cercano di scivolare l’uno sopra l’altro presentano una lieve forza, detta frizione, che limita in una certa misura il loro avanzamento relativo. Anche in questo caso questo fattore limitante si manifesta sotto forma di vortici.

“Form Drag”: questa componente è solo funzione delle caratteristiche del nuotatore, non di quelle dell’ambiente circostante. È dovuto al tipo di forma del corpo e all’area che presenta la sua sezione trasversa. In altre parole questa componente è influenzata da quanto non affusolato si presenta il corpo del nuotatore in oggetto. In termini pratici tutte le volte che il nuotatore cerca di muoversi sott’acqua, si crea una differenza di pressione dovuta al contrasto tra il regime turbolento (le zone adiacenti al corpo del nuotatore) e il regime laminare (le zone più lontane). Dal questo gradiente di pressione si genera una forza resistiva che agisce perpendicolarmente e che ha l’effetto di ridurre la velocità di avanzamento. Allo stesso tempo, però questa forma di attrito è proporzionale alla velocità stessa, ma ciò non vuol dire che riducendo la velocità si ha un miglior avanzamento. Anzi una conclusione del genere risulterebbe sbagliata se si esaminano in maniera più approfondita le varie cause di questo effetto frenante.

“Wave Drag”: si presenta tutte le volte che il nuotatore compie degli spostamenti verticali e laterali. Come nel caso precedente si generano dei gradienti di pressione, che determinano un moto ondoso all’interno dell’ambiente fluido. Il drag sotto questa forma si manifesta poiché parte dell’energia originariamente impiegata per la propulsione viene dispera a causa delle onde causate dai movimenti del nuotatore sopra citati. Tale problematica è predominante nelle zone d’interfaccia aria-acqua, esattamente in superficie. Tale limitazione è presente soprattutto nuotando in superficie, ed essendo ancora più dipendente dalla velocità rispetto al drag di forma. Soprattutto nelle nuotate simmetriche, rana e delfino, è conveniente ricercare un’ondulazione del corpo che sia in opposizione di fase all’onda che viene generata dall’attrito proprio per annullare questo effetto negativo per l’avanzamento.

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Dopo aver analizzato meglio queste molteplici sfaccettature emerge la vera problematica da affrontare nell’ottimizzazione della tecnica del quinto stile:

  • Qual è la posizione ottimale dei diversi segmenti corporei, che il nuotatore deve raggiungere in modo da avere un aspetto più affusolato possibile in modo da minimizzare la resistenza di forma senza diminuire la velocità, quindi la forza applicata?
  • Come deve comportarsi il nuotatore con i movimenti ondulatori del corpo, in modo da trarne dei benefici per minimizzare la resistenza d’onda?

Per dare una risposta alla prima domanda negli ultimi tempi emerge uno studio notevole fatto sulla posizione della testa, con lo stesso metodo utilizzato in precedenza per calcolare la distanza ottimale tra le dita della mano. State simulate tre possibili configurazioni:

1. Testa leggermente sollevata
2. Testa allineata perfettamente in mezzo alle braccia
3. Testa incastrata tra le braccia e leggermente abbassata.

Dalle simulazioni numeriche è emerso che la seconda configurazione presenta la resistenza all’acqua minore rispetto agli altri due casi.

Lo stesso discorso si può applicare anche alle altre parti del corpo come i fianchi, le spalle e i gomiti.

Perciò per ridurre al minimo questa forma di attrito a parità di forza applicata la condizione ottimale è rappresentata da un assetto del corpo che presenta inclinazione minima. Non solo l’inclinazione, ma è stata calcolata come posizione ottimale quella del corpo ruotato di 90° rispetto alla superficie; ciò spiega il perché conviene rimanere per un certo tempo con il corpo in posizione laterale nelle fasi immediatamente successive alla spinta dal muro dopo la virata, nel crawl e nel dorso.

Per quanto riguarda invece il discorso della resistenza d’onda, è importante sottolineare, come già accennato in precedenza, come questo aspetto sia rilevante in superficie e risulta sempre meno importante man mano che la profondità aumenta.

Nel caso del quinto stile, infatti il parametro relativo all’oscillazione del corpo è però da considerare attentamente per il fatto che va modulato nel tempo durante le varie fasi di una nuotata subacquea:

  • Poiché a profondità maggiori è assente questa forma di drag, ad esempio dopo il tuffo è bene tenere il corpo fermo per un tempo maggiore, e non iniziare immediatamente la fase ondulatoria, dal momento che non c’è da minimizzare questa forma di drag, e si rischia solo di perdere velocità a causa della forma del corpo che non è più affusolata come prima.
  • La frequenza dell’ondulazione deve invece aumentare sempre più durante la risalita in superficie, perché di conseguenza aumenta la resistenza d’onda e allora c’è si necessità di annullarla.

In conclusione, il nuotare sott’acqua richiede forse di applicare meno forza rispetto alle nuotate in superficie, ma per risultare una forma di propulsione efficiente ammette meno margini di errore.

L’acqua non perdona, se gli accorgimenti sono errati, anziché avanzare più veloce si rischia di andare avanti più lenti, la probabilità di essere frenati è decisamente maggiore. Questo è uno dei motivi per i quali l’allenamento moderno deve basarsi sempre di più sulla cura maniacale dei particolari, ormai sono sempre più essenziali e fondamentali.

Foto: MP Michael Phelps Italia

Riferimenti

R. Arellano, S. Pardillo, A. Gavilán – “Underwater undulatory swimming: Kinematic characteristics, vortex generation and application during the start, turn and swimming strokes”.