Panca - Biomeccanica Avanzata - Parte 1

8/9/2019 Panca - Biomeccanica Avanzata - Parte 1

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Panca - Biomeccanica avanzata Parte 1

Eh si si si si si, ragazzi, mi spiace, ma quando sono in trip cognitivo ho bisogno di esaurirlo tutto

perci anche stavolta e per le volte successive un bel pacco di falegnameria cerebrale.

Il titolo molto impegnativo: laggettivo avanzato fa sempre scena, ogni libro, dispensa,

depliant, carta igienica che si rispetti, qualsiasi sia largomento trattato ha un capitolo dedicato a

qualcosa di avanzato. Fa molta pubblicit perch in libreria il possibile compratore sfoglia il

sommario e i titoli dei capitoli soffermandosi solo su quello che lo colpisce: di sicuro chiunque si

fionda sulla sezione avanzata dato che tutti pensano di essere particolarmente competenti, furbi,

intelligenti, carismatici, mica come tutti gli altri fessi che fanno le cose a pene di cane, nevvero?

Pensate ad un libro con capitoli che si intitolano sezione per scarsissimi principianti, concetti

di base per fottuti niubbi che non conoscono una cippa, cose banali per chi gi ad un certolivello ma gi incomprensibili per te che non ci capisci un cazzo.

Il problema che stavolta i concetti saranno veramente incasinati ma, come sempre, mica lho

inventato io il corpo umano! Perci se complicato comprenderlo, predetevela con Quello Lass.

Ci addentreremo in un modellino di braccio mosso dal muscolo pettorale disegnato come una

freccetta, relativamente semplice ma con degli enormi limiti. Poi aggiungeremo il deltoide. Il solo,

fottutissimo, deltoide. Incredibilmente, un solo muscolo render il modello concettuale molto pi

complicato e i calcoli complicatissimi.

Ancora: possibile che muscoli carnosi come il pettorale ed il deltoide siano sempre rappresentati

come delle scialbe freccette? Ma dai rappresenteremo questi due muscoli con pi freccette per

vedere cosa succede.

Infine: lo sapete a che serve addurre le scapole nella panca? E fare larco? E perch esiste uno

sticking point che fa piantare il bilanciere a 15 cm dal petto? Se non ve ne frega niente, amici come

prima.

Altrimenti dovete leggere e cercare di capire: non credo che Valentino Rossi salga in sella e

spalanchi il gas e basta, perch se poi non sa chiacchierare con i suoi meccanici la moto non

render a modo. Perci anche lui deve sapere, quanto basta, come fatto il mezzo che pilota, i

pezzi che lo compongono e il suo funzionamento. Pi ne sa, pi potr portare la moto ai suoi limiti.

Cos voi

Dato che la falsa modestia secondo me un peccato capitale come la superbia, vorrei essere anchechiaro su un aspetto: so di aver fatto un buon lavoro, non ottimo ma sicuramente molto buono. Se

vero che il mondo dei pesi vive sui soliti argomenti fritti e rifritti, questa veramente roba nuova.


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Ho preso spunto da molti articoli di biomeccanica che perci potete leggervi da soli, per non

troverete nessuno cos suonato da crearsi un modello autonomo, trarre delle informazioni, farvi

tutti i disegnini e gli schemetti per far capire alle vostre testoline a che serva nella pratica tutta

questa biomeccanica. Questa roba io non lho trovata da altre parti, perci nuova ed mia.

Non mi dovete dire grazie Paolo, tu che illumini le nostre menti con la luce della comprensione!,

qua nessuno pagato e le cose si fanno per il piacere di farle, se non vi interessano, ragazzi, mica

me la prendo per avete a disposizione uno che il tempo ce lo perde, perci il mio consiglio di

approfittarne: sono cose difficili e dato che comprendo la difficolt ho dato molta importanza

proprio alla didattica, per dovete, comunque, studiarle.

Sono convintissimo di quello che scrivo, che le mie ipotesi siano corrette. Non ho modo di

dimostrarle sperimentalmente perch non ho lapparecchiatura per lEMG, non ho la pedana che

registra le forze, non ho 4 o 5 telecamere a 120Hz e tutto il software di motion detection.

Per per il motion detection mi sto organizzando. Perch io voglio capire il mondo che mi piace e

fino a che non sono arrivato al livello di comprensione che mi interessa picchio duro.

Come laltra volta, una preghiera: qualche anima pia non potrebbe far vedere questa roba aqualche prof universitario? Sarei curioso di potermi confrontare con qualcuno e non essere il solito

pazzo eremita che delira davanti ad un monitor!

Rimbocchiamoci le maniche

A sinistra il cugino di Eddie che fa la panca, visto lateralmente: le due frecce identificano la forza

esercitata dal pettorale e quella della forza peso. Questultima, dato che vale la regola del gomito

sotto la mano, come se fosse applicata direttamente al gomito: questo permette di non considerare

lavambraccio nellanalisi.

Il modello meccanico a destra lequivalente meccanico bidimensionale di quello umano. Per

arrivare ad un risultato gestibile necessario quasi sempre eliminare la terza dimensione, la

profondit. Questo porter a dei limiti che diventano cruciali quando vengono dimenticati!

45Kg45Kg

45Kg45Kg

45Kg45Kg

Forza del

pettorale

Forza

peso

1010

TonTon

1010

TonTon


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3

Iniziamo a giocare con il nostro giocattolino nuovo: d gas al pistone e la leva inizia a ruotare in

maniera antioraria sollevando il peso.

La rotazione cambia la configurazione meccanica delle leve: per studiare ci che accade utilizziamo

la freccia che chiamata versore, cio un vettore che ha la stessa direzione e lo stesso verso della

forza del pistone, ma ha intensit pari a uno. E in pratica un uno vettoriale, infatti in tutti i disegni

la lunghezza della freccia sempre la stessa.Cambia, invece, la ripartizione delle componenti del versore che sonoparallele eperpendicolari

alla leva: sappiamo che una forza fa ruotare una leva grazie esclusivamente alla componente

perpendicolare, mentre quella parallela agisce solo come trazione sul fulcro.

A sinistra la componente perpendicolare proprio pari allintero versore, infatti leva e pistone

formano un angolo retto, la condizione pi favorevole per far ruotare la leva stessa.

Al ruotare della leva, per, inizia ad incrementarsi la componente parallela a discapito di quella

perpendicolare fino a che questa non diventa zero quando pistone e leva sono allineati. questo

momento la situazione analoga alla seguente:

1010

TonTon

F = Fperp

Fpar= 0

1010

TonTon

1010

TonTon

F = Fperp

Fpar= 0

1010

TonTon

Fperp

Fpar

F 1010TonTon

Fperp

Fpar

F 1010TonTon

1010

TonTon

Fperp

Fpar

F

1010

TonTon 10

10

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

Fperp= 0

Fpar = F

uh oh

??

Abbiamo deigeni qui

E un ingegnere

Fagli un flow

chart altrimenti

non capisce


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4

Voler aprire una porta in questo modo non da furbi, il motivo che per ruotare un oggetto

importante sia lintensit della forza ma anche il modo con cui questa forza viene applicata! Sembra

complicato ma la prima volta che fate una cazzata del genere diventa istantaneamente chiarissimo.

Il peso tende a far ruotare la leva in avanti, cio in senso orario, noi vogliamo mandarla indietro

tramite la forza del pistone. Pi la leva ruota indietro, pi la frazione di forza del pistone che viene

utilizzata per la rotazione diventa piccola, perci necessariamente deve aumentare la forza del

pistone stesso, a compensazione!

Poco prima dellallineamento fra pistone e leva, la componente perpendicolare della forza del

pistone diventata una caccola, pertanto il pistone dovrebbe generare una trazione enorme e si

scassa!

Il

grafico un ausilio alla comprensione, non una barriera: non rifiutate questa roba a priori ma

cercare di associare al disegno quello che scrivo, poi memorizzate il disegno.

Come sempre, un grafico qualitativo nel senso che importante laforma e non i valori numerici

perch il modello troppo semplice per ottenere indicazioni numeriche realistiche. Sullasse

orizzontale riporto linclinazione della leva in gradi, una inclinazione negativa indica che la leva

inclinata verso il basso, positiva che inclinata verso lalto.

La curva in rosso descrive come varia il contributo della forza del pistone in direzione

perpendicolare alla leva. Notate come, via via che la leva ruota, questo contributo aumenta per poidecrescere: quando la leva in orizzontale infatti siamo nella condizione migliore per esprimere

-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

-

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon 10

10

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon


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tutta la trazione dello stantuffo nella rotazione, quando il pistone allineato alla leva, la forza

perpendicolare praticamente zero.

La curva rossa rappresenta cos linsieme di tutti i disegnini precedenti, per questo un grafico un

modo estremamente sintetico di comunicare informazioni, basta conoscere il modo di leggerlo!

La curva in blu descrive invece la trazione che il pistone deve esercitare per far ruotare la leva alvariare della rotazione di questa: circa costante per un bel pezzo della rotazione, poi quando la

leva tende ad allinearsi con il pistone inizia a crescere sempre pi drammaticamente: sempre meno

forza viene utilizzata, pertanto per mantenere la rotazione sempre pi forza devo produrre.

Hesta claro? Il problema che questo un sistema fisicamente sbagliato ah ah ah, fregati! Tanta

fatica per capire qualcosa che non pu funzionare. Ok ok ok, non tempo buttato via, anzi la

comprensione dellerrore fondamentale per apprezzare la soluzione corretta.

Due muscoli sono meglio di uno

Il punto : nessun pettorale pu generare quel tipo di forza, si strapperebbe prima, ma voi usate

solo il pettorale per fare la panca? Ma certo che no! Nella panca si usa almeno anche il deltoide!.

Perfetto. Modifichiamo il tutto cos:

Du gust il megl che uan, come diceva Accorsi prima di diventare famoso in film impegnati Due

muscoli, due pistoni, due trazioni distinte.

Adesso tutta unaltra musica!

45Kg45Kg

45Kg45Kg

45Kg45Kg

Forza del

pettorale

Forza

peso

1010

TonTon

Forza del

deltoide

Vediamo

adesso

1010

TonTon

1010

TonTon

Fpar

Fdelt

FperpFpar

Fdelt

FperpFpar

Fdelt

Fperp

Fperp= Fpett

Fpar= 0

Fperp= Fpett

Fpar= 0

Fperp= Fpett

Fpar= 0

Fperp= 0

Fpar= Fdelt

Fperp= 0

Fpar= Fdelt

Fperp= 0

Fpar= Fdelt

Fperp= 0

Fpar= Fpett

Fperp= 0

Fpar= Fpett

Fperp= 0

Fpar= Fpett


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6

A sinistra linizio della rotazione: Il deltoide nelle condizionipeggiori per far ruotare laleva in maniera antioraria perch totalmente allineato con la leva. Chissenefrega, tanto ho

il pettorale che nelle condizioni ottimali!

A destra il momento in cui invece il pettorale ad essere allineato con la leva. Adesso peril deltoide pu tirare con una leva molto buona, alleviando cos il compito del pettorale.

Aha! Adesso le cose vanno mooooolto meglio! Il grafico a sinistra che descrive, come nel casoprecedente, quanta trazione dei pistoni si trasforma in forza che fa ruotare la leva:

Larea bordata a sinistra mostra come lavori il pettorale e non il deltoide: fino a circa -20di inclinazione la trazione tutta a carico del pettorale e il deltoide si trova in condizioni

assolutamente svantaggiose dato che il contributo della sua forza perpendicolare alla leva

zero.

Nellarea bordata a destra lavora il deltoide e non il pettorale, per lo stesso motivo.Deltoide e pettorale si scambiano perci i ruoli allinizio e alla fine del movimento, come tutti

coloro che hanno provato la panca su questo pianeta ben sanno: quando un muscolo non funziona

pi bene un altro prende il suo posto!Risolto un problema, ne arriva subito un altro come sempre succede negli argomenti incasinati!

Cosa succede nellarea indicata dal prof? La risposta indicata a destra, ed assolutamente logica e

sperimentabile sul campo: sia il deltoide che il pettorale partecipano alla rotazione dellomero

per sparare il bilanciere verso lalto, che c da capire?

Infatti, cos, non c da capire un bel niente! Adesso per laspetto poco simpatico: chi sa dirmi

quanto il contributo del deltide e quanto del pettorale? 50 e 50? 25 e 75? A caso? A simpatia?

Linserimento di un solo (fottutissimo) muscolo crea un sistema meccanico di tipo iperstatico: sono

presenti pi forze rispetto a quante ne servono per mantenere lequilibrio. I sistemi iperstatici sono

antipatici perch indeterminati: non esiste nessuna formuletta anche complicata che permetta di

calcolare le forze in gioco e di disegnare dei geroglifici grafici.

Due muscoli e tutto questo casino e il corpo umano ne ha centinaia!

Muscles Moment Arms

Deltoide

Pettorale

-

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

- 90 - 80 - 70 - 60 -50 - 40 - 30 - 20 - 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

1010

TonTon

Qui lavora ilpettorale

qui lavora ildeltoide

Ma qui?Ma qui?

1010

TonTon

FperpFpar

Fdelt

Fpett

Fperp

Fpar

1010

TonTon

FperpFpar

Fdelt

FperpFpar

Fdelt

Fpett

Fperp

Fpar

Fpett

Fperp

Fpar


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7

Minimizzazione

Ok, la panca un problema iperstatico, perci le forze in gioco sono indeterminate. Per quando

fate la panca il bilanciere non va su con una traiettoria casuale! Il cervello assolutamente in

grado di calcolare quanta manetta deve aprire per creare la trazione corretta, perci esiste per forza

una soluzione al problema.

Adesso scrivo un po di matematichese del cazzo, vi prego di non spaventarvi ma di capire il senso:

scrivo queste formule come un appunto personale, preferisco metterle qui piuttosto che in un

fogliaccio che poi perder o in un quadernino riposto nel solito luogo sicuro dove verr rubato dagli

gnomi che albergano in tutte le case.

Il disegno la versione high-tech delle leve e dei pistoni, ho indicato i vettori, i versori, i punti di

aggancio di deltoide e pettorale con le O dai, freccette, assi cartesiani, lettere in basso ad altre

letterele solite cose che uso per fare scena e sembrare intelligente.

Lequazione in alto la seconda legge della Statica, lequilibrio dei momenti, cio la condizione

per cui la leva che rappresenta lomero non ruota: deltoide e pettorale creano una coppia meccanica

che compensa perfettamente quella della forza peso. Lequazione in basso la precedente riscritta

esplicitando i vari momenti, non aggiunge niente di pi ai concetti dellaltra.

x

y

pettO

deltO

deltv

pettv

deltr

P

Pr

pettv

x

y

pettO

deltO

deltv

pettv

deltr

P

Pr

pettv

0

0

PrvFrvFr Pdeltdeltdeltpettpettpett

Pdeltpett

0

0

delt

pett

F

F


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8

Questo un vincolo, la versione matematica di un muscolo tira sempre un osso e non lo spinge,

sa solo contrarsi volontariamente e non allungarsi.

Nel linguaggio della Matematica solitamente il verso di percorrenza, di trazione, di compressione,

insomma vado di qua o di l o a destra o a sinistra viene indicato con + o , positivo o

negativo, basta mettersi daccordo.

Decido che una forza che tira sia positiva, una che spinge sia negativa. I muscoli tirano le

ossa, non le spingono, pertanto la forza che generano deve sempre essere positiva, come appunto

scritto sopra.

Tecnicismi, dai Adesso la parte che mi preme di pi:

Per calcolare la forza del pettorale e del deltoide stabilisco che per ogni angolo di rotazione

dellomero deve essere minima la forza complessiva del deltoide e dei pettorali. Lasciate stare il

fatto che deve essere minima la somma dei quadrati, come diceva il mio prof di Calcolo Numerico,mica vorrete farvi infinocchiare dai Matematici

Quando fate la panca, il vostro cervello ha a disposizione una quantit enorme di muscoli. Secondo

voi quale criterio di scelta user il cervello fra quelli seguenti?

1. Utilizzare i muscoli pari e far riposare quelli dispari.2. Usare i muscoli che piacciono ai culturisti e disattivare quelli dei tapascioni.3. Utilizzare tutti i muscoli possibili spendendo quanta pi energia possibile.4. Utilizzare la minor forza totale possibile per minimizzare lenergia necessaria al movimento.5. Tirare una monetina, se viene testa si contrae il pettorale, se viene croce il deltoide.

Per quanto astrusi, sono tutti criteri di scelta. Presumibilmente il Sistema Nervoso utilizzer un

criterio simile al n4: per il principio dellefficienza, perch utilizzare per certo compito pi energia

di quanto richiesto?

Problemi del genere pertanto sono detti di minimizzazione, non ci sono formule precise o, come si

suol dire, chiuse, ma criteri che permettono di trovare una soluzione minimizzando un qualcosa

dettofunzionale di costo: fare la panca ha un costo energetico, il cervello cerca di renderlo minimo.

Le persone problematiche che traggono piacere da questa roba troveranno in letteratura una serie

notevole di criteri di minimizzazione: minimizzare le forze, le forze su tutto il percorso, i momenti,

il rapporto dei momenti con le forze e cos via.

Anche in questo caso, non perdetevi nei dettagli insulsi tralasciando i concetti invece importanti: il

punto fondamentale che il sistema nervoso sceglie quali muscoli attivare o disattivare cercando

di minimizzare le risorse da utilizzare.

Sulla base di migliaia di input sensoriali il cervello traduce la volont si spingere via il bilanciere

dal petto in una serie di ordini alle singole fibre muscolari per scegliere una delle infinite traiettorie

possibili. Ribadisco: non esiste una traiettoria unica, ma infinite: la vostra testa che la sceglie!

Per calcolare i contributi del deltoide e del pettorale non basta pi carta, penna e Excel standard ma

necessario utilizzare metodi di calcolo ben pi impegnativi anche se poi, alla fine fa tutto il

Risolutore di Excel ah ah ah

22min deltpett FF


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9

Applicando il criterio di minimizzazione descritto precedentemente si ottiene il risultato a sinistra:

allinizio il movimento tutto a carico del pettorale, per funzionare sempre meno allallinearsi con

lomero. Contemporaneamente il deltoide inizia a contribuire alla rotazione perch sempre pi nelle

condizioni ottimali per fare trazione.

Alla fine il deltoide che chiude lalzata: mentre prima il pettorale avrebbe dovuto generare una

forza immensa perch la sua leva era svantaggiosissima, ci pensa il deltoide con poco sforzo e ilpettorale addirittura disattivato!

Ho indicato il punto in cui i due muscoli forniscono lo stesso contributo e a destra la configurazione

meccanica nel momento in cui ci avviene.

La forza del deltoide va infine a zero perch non pi richiesta: le braccia sono estese, il bilanciere

sopra le spalle, tutti sanno che non c bisogno di molta forza per tenerlo in questa posizione.

Il risultato notevole perch realistico! I sensori cablati dentro il nostro corpo forniscono

informazioni al cervello in modo da fargli capire quanto il movimento sia svantaggioso o meno per

un dato muscolo e, piuttosto che farlo contrarre sempre di pi, preferisce attivarne un altro. E

sorprendente, non trovate? Un algoritmo di minimizzazione vivente!Cio: il semplice criterio oh fai in modo che le forze siano sempre le pi piccole possibili ha

portato a questo risultato e non ad avere, che so il pettorale sempre contratto, anche ad un livello

minimo o delle oscillazioni o quantaltro.

(continua)

Muscles Forces

Pettorale

Deltoide

0

2

4

6

8

10

-90 - 80 - 70 - 60 - 50 -40 - 30 - 20 - 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5

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