W tym artykule, będziemy badać naukę za sportem. W szczególności, omówimy koncepcje aerodynamiki, dynamiki płynów i biometrii. Pojęcia te są fundamentalne dla sportu i mogą być stosowane na wiele sposobów. Na przykład, rozmiar ciała koszykarza wpływa na jego strzał, podczas gdy prędkość kija baseballisty wpływa na jego dokładność.
Balistyka
Balistyka to dyscyplina naukowa, która reguluje sposób poruszania się obiektów latających. Jest odpowiedzialna za prowadzenie pocisków, które wystrzeliwują z karabinów, oraz piłek do krykieta, które szybują po niebie. Pocisk to obiekt, który jest wystrzeliwany w przestrzeń, a jego trajektoria zależy od prędkości początkowej, grawitacji i oporu powietrza.
Nauka stojąca za balistyką sportową nie jest skomplikowana, a sportowcy wykorzystują swoją wiedzę na temat siły, energii i przyspieszenia, aby wykonać zadanie. Ale wielu sportowców nie myśli o nauce za tym, kiedy uprawiają sport. W rzeczywistości nie jest rzadkością widzieć sportowców wykonujących złożone ruchy z niewielką ilością myśli, ponieważ mają silny instynkt, jak piłka zachowa się w ich rękach.
Aerodynamika
Badanie oporu aerodynamicznego jest kluczową częścią wyników sportowych. Stanowi on do 90% siły oporu działającej na sportowca podczas wyścigu, więc zmniejszenie tego oporu może oznaczać różnicę między wygraniem a przegraniem wyścigu. Na szczęście, badania oporu aerodynamicznego w sportach szybkościowych mogą być obecnie prowadzone przy użyciu wielkoskalowej Velocimetrii Obrazu Cząstek (PIV). Metoda ta wykorzystuje duże tunele aerodynamiczne do pomiaru prędkości przepływu i generuje dane dotyczące krytycznych obszarów oporu. Informacje te mogą pomóc w optymalizacji sprzętu i postawy sportowców.
Dla miotacza baseballu, zrozumienie efektów aerodynamiki może mieć kluczowe znaczenie dla wybicia zawodnika. Na przykład, turbulencje występujące wokół szwów piłki baseballowej mogą wpłynąć na kierunek jej lotu, zmniejszając wake i drag. Ponadto, prawa ręka miotacza baseballu może zmienić kierunek lotu piłki. Wykorzystanie aerodynamiki na swoją korzyść może pomóc Ci rzucić podkręcone piłki, których w innym przypadku nie byłbyś w stanie rzucić.
W innych sportach, aerodynamika może pomóc sportowcowi zmaksymalizować jego wydajność. W wyścigach, na przykład, zespół Formuły 1 wydał miliony dolarów na programy aerodynamiczne, aby poprawić prędkość i wydajność samochodu. Poprzez zmniejszenie oporu powietrza, samochody mogą szybciej pokonywać zakręty i proste. Często aerodynamika jest wykorzystywana do testowania nowych modeli, dzięki czemu zespół może mieć pewność, że nowy projekt będzie skuteczny.
Dynamika płynów
Dynamika płynów może pomóc poprawić wyniki sportowców w różnych dyscyplinach. Płyny oddziałują na sportowców i ich sprzęt tworząc siły i momenty. Interakcje te mogą być mierzone i optymalizowane w celu zwiększenia wydajności sportowców. Zasady te obejmują również otaczające środowisko. W wielu sportach, różnica jednej setnej sekundy w prędkości może mieć znaczący wpływ na wydajność.
Komercyjna obliczeniowa mechanika płynów (CFD) wywarła wpływ na sport od wczesnych lat 90-tych. Obecnie jest to dominująca technologia projektowania sprzętu sportowego. Może ona prowadzić do legalnej poprawy przewagi konkurencyjnej i zwiększenia wydajności elitarnych sportowców. Innymi słowy, jest to „zabójcza aplikacja” dla inżynierii sportowej. W niniejszym artykule prześledzono początki CFD w sportach motorowych, żeglarstwie Americas Cup i innych dyscyplinach, zbadano, w jaki sposób CFD znalazło zastosowanie w projektowaniu sprzętu sportowego, przedstawiono proces wirtualnego rozwoju produktu i zakończono przykładami zastosowań w sporcie.
Jednym z największych współczesnych wyzwań dla sportowców jest możliwość poprawy siły ciągu przy jednoczesnej redukcji oporu. Wyzwanie to jest podobne do tego, przed którym stają statki. Konstrukcja śrub napędowych i kształty kadłuba są często optymalizowane przy użyciu metod inżynieryjnych w celu poprawy wydajności. W przypadku pływaków jednak trudno jest zmierzyć siły generowane przez płyny wokół ciała. Ponadto, elastyczność ciała stanowi dodatkowe wyzwanie dla symulacji obliczeniowych.
Biomechanika
Biomechanika w sporcie odnosi się do ilościowego badania wzorców ruchu profesjonalnych sportowców i aktywności sportowej. Ta gałąź nauki jest również nazywana „fizyką sportu” i koncentruje się na czynnikach, które wpływają na sposób, w jaki sportowcy wykonują swoje działania. Ostatecznie ma na celu poprawę sposobu, w jaki profesjonalni sportowcy trenują i grają w swoje ulubione sporty.
Biomechanika jest nauką o ruchu człowieka i ma na celu poprawę wydajności i zmniejszenie ryzyka urazów. Biomechanicy badają ruchy sportowców używając różnych narzędzi do analizy wzorców ruchowych. Narzędzia te obejmują szybkie kamery, systemy przechwytywania ruchu 3D, platformy siłowe, pistolety do pomiaru prędkości i elektromiografię. Narzędzia te umożliwiają biomechanikom diagnozowanie i leczenie zaburzeń ruchu oraz zwiększanie wydajności sportowej.
Biomechanika to badanie ludzkiego układu kostnego i mięśniowego. Jest to nauka, która wykorzystuje matematykę, fizykę i zasady inżynierii, aby zrozumieć, jak te systemy się poruszają. Dzięki tym badaniom możemy zapobiegać kontuzjom, projektować lepszy sprzęt i trenować bardziej efektywnie. Może również pomóc określić najlepsze techniki treningowe dla sportowca.
Badanie biomechaniki w sporcie jest ważnym tematem, który łączy wiele dyscyplin. Biomechanika skupia się na ruchach człowieka i interakcji pomiędzy sportowcem a sprzętem sportowym. Pomaga sportowcom rozwijać prawidłowe nawyki ruchowe i zmniejszać ryzyko urazów.