Biomeccanica del tiro in porta

Oggi mi dedicherò ad un argomento più "scientifico" e leggermente più discorsivo del solito, ma non per questo meno interessante, anzi... Parliamo del tiro in porta dal punto di vista biomeccanico. 

Iniziamo dal gesto tecnico

Può essere scomposto semplicemente in 3 fasi:

1.Caricamento (Back Swing), conduce all’aumento della distanza compresa tra piede e palla. 

2. Impatto (Ball Contact), contatto tra i corpi (piede e palla) che entrano in collisione. Il pallone può essere colpito con varie superfici del piede (di interno, di collo, con l'esterno, di punta, di tacco...) in base a diversi fattori che ne condizionano la scelta di esecuzione (staticità o mobilità della palla, lontananza dalla porta, angolazione dalla porta, pressione avversaria, piede preferito). L’impatto con la palla ha delle regole fondamentali che sono identificate in alcuni fattori principali per la buona riuscita del tiro:

-  Equilibrio statico e dinamico

-  Posizione del piede d’appoggio

-  Piede di calcio

-  Punto d’impatto al pallone

-  Protezione di giocata

3. Movimento successivo all’urto (Follow Through), dell’arto e della palla.

Vediamo però cosa succede a livello biomeccanico

A livello anatomico-muscolare intervengono tutti i muscoli della catena muscolare, non soltanto gli estensori del ginocchio (quadricipite) e i flessori dell’anca (ileo-psoas), ma anche i posteriori (ischio-crurali). Un ulteriore vantaggio, nell’anatomia del ginocchio, è dato dalla presenza della rotula, che spostando anteriormente  la forza di trazione del quadricipite ne accresce l’efficacia.

In base alla posizione reciproca del fulcro (il ginocchio) e della forza applicata (soprattutto dal quadricipite) avremo una leva di 3° genere,  che è sempre svantaggiosa (braccio-potenza / braccio-resistenza > 1).

Questo tipo di leva permette però una grande ampiezza e rapidità di movimento. In fisica si parla infatti di vantaggio statico e di vantaggio dinamico. Si ha un vantaggio statico, quando impiegando una minore forza motrice si può vincere una maggiore forza resistente (leva vantaggiosa), in questo caso però la velocità e l'ampiezza del movimento sono piccole, si ha quindi uno svantaggio dinamico. Automaticamente uno svantaggio statico (leva svantaggiosa) permette una maggiore velocità e ampiezza di movimento, cioè un vantaggio dinamico.

VANTAGGIO STATICO = SVANTAGGIO DINAMICO

SVANTAGGIO STATICO = VANTAGGIO DINAMICO

La Velocità della palla 

C’è un rapporto tra la velocità della palla dopo l’urto e la velocità del segmento colpente appena prima dell’urto e varia a seconda del tipo di tiro. Ciò significa che la velocità finale dipende maggiormente dalla coordinazione piuttosto che dalla forza muscolare.

La velocità dipende infatti dalla velocità con la quale il piede impatta sulla palla e dal coefficiente di restituzione del complesso piede-caviglia (cioè dalla rigidità della caviglia e della parte del piede che impatta sulla palla).

Si calcola semplicemente applicando la formula: velocità = spazio/tempo

La Traiettoria della palla

La palla colpita in movimento sarà soggetta a diverse forze date dal movimento precedente all’impatto. La traiettoria finale sarà la risultante di una somma di vettori. E’ possibile determinare il punto di arrivo della palla e la sua velocità utilizzando semplici equazioni del moto parabolico o moto dei proiettili.

Un  oggetto (nel nostro caso il pallone) lanciato in aria subisce la forza di due moti rettilinei simultanei: un moto uniforme nella direzione orizzontale (asse x) e uno uniformemente accelerato, in caduta libera, di 9,81 m/s2, in quella verticale (asse y).

Se l'oggetto è lanciato verso l'alto con un certo angolo rispetto alla direzione orizzontale, la sua velocità iniziale sarà la somma di un vettore componente orizzontale e di uno verticale orientato verso l'alto.

Scegliamo un sistema cartesiano orientato, con origine nel punto di lancio, l'asse x come la velocità e y verso il basso. Il “proiettile” quindi, mentre si sposta orizzontalmente di moto uniforme , si comporta come un corpo lanciato verticalmente verso l'alto.  Poiché non agiscono forze lungo l'asse delle x, la velocità lungo l'ascissa si mantiene costante; lungo le y invece decresce finché il proiettile non raggiunge il suo punto più alto, poi Vy cambierà di segno e aumenterà in valore assoluto. 

La distanza orizzontale compresa tra il punto di lancio e il punto di ritorno a terra prende il nome di gittata. La gittata è equivalente alla differenza tra punto di arrivo e punto di partenza, dove il punto di arrivo coincide con il punto di contatto con il suolo e il punto di partenza coincide col punto in cui avviene il lancio. L'intervallo temporale in cui il corpo è in aria è detto tempo di volo.

Effetto del pallone

Poiché il pallone ruota e contemporaneamente avanza nell’aria si vengono a determinare differenti interazioni tra il flusso d’aria di avanzamento e i flussi concentrici prodotti dalla rotazione. 

Dove i flussi sono concordi la velocità dell’aria sulla superficie del pallone aumenta mentre dove avvengono in direzioni opposte si contrastano e la velocità dell’aria sulla superficie del pallone diminuisce.

Per il principio di Bernoulli, la pressione dell’aria sul pallone sarà più bassa sul lato dove l’aria scorre velocemente e più alta dove scorre più lentamente.

La risultante di queste due pressioni sarà una forza F che accentuerà la curvatura della traiettoria.

Inoltre interviene anche l’effetto Magnus, che spiega come un corpo in rotazione in un fluido trascina con sé lo strato di fluido immediatamente a contatto con esso, e quest'ultimo, a sua volta, trascina con sé lo strato attiguo: attorno al corpo rotante si formano così strati di fluido rotanti su circonferenze concentriche.

Mister Marco