Waarom natuurkunde en niet biomechanica de werpnauwkeurigheid van mensen bepaalt

Hier is een duidelijke vraag. Stel je voor dat je een bal in een prullenbak gooit. Ben je beter af met een bovenarm of een onderarmworp?

Het blijkt dat deze vraag verrassend moeilijk te begrijpen is voor zowel natuurkundigen als biomechanica. Vandaag werpen Madhusudhan Venkadesan en Lakshminarayanan Mahadevan van het Applied Math Lab van Harvard University echter wat extra licht op het probleem.

De moeilijkheid zit hem in de complexiteit van het probleem. De arm, schouder en pols vormen een systeem met veel gewrichten dat een groot aantal variaties in werpstijl mogelijk maakt. Bovendien zijn de parameters die betrokken zijn bij het werpen moeilijk te vergelijken. Een fout van 5 procent in de werphoek is bijvoorbeeld niet gemakkelijk op te wegen tegen een fout van 5 procent in de werpsnelheid, omdat deze grootheden verschillende afmetingen hebben. Het is appels met bananen vergelijken.

Venkadesan en Mahadevan weten dit raadsel keurig op te lossen. Ten eerste beschouwen ze alleen het eenvoudigste type werpmodel: een arm bestaande uit een hendel die aan de schouder wordt gedraaid en die zowel onderarm als bovenarm kan werpen. Deze worpen kunnen worden beschreven door twee parameters: de hoeksnelheid van de zwaai en de hoek van de arm bij het loslaten. Ten tweede introduceren ze een natuurlijke lengteschaal, de armlengte genoemd, en gebruiken deze om hun analyse van de lanceringshoek en -snelheid dimensieloos te maken.

Op deze manier hebben ze een eenvoudig model waarin de fouten in opstartparameters gemakkelijk kunnen worden vergeleken.

Wat ze vinden is nogal merkwaardig.

Elke worp zal kleine fouten hebben in de lanceringshoek en -snelheid. De vraag die Venkadesan en Mahadevan stellen, is hoe verschillende trajecten deze fouten na de lancering versterken.

Het meest interessante resultaat is dat er een duidelijke afweging is tussen snelheid en nauwkeurigheid: langzamere worpen zijn beter. Dat komt overeen met de ervaring van de meeste mensen met werpen en ook met de berg meetgegevens die al over dit onderwerp bestaat. De consensus tot nu toe is echter dat langzamere worpen nauwkeuriger zijn vanwege de beperkingen van ons lichaam. De gedachte is dat de prestaties van spieren luidruchtiger zijn bij hogere krachten en dit is wat de nauwkeurigheid van snellere worpen vermindert.

Dus het resultaat van Venkadesan en Mahadevan zal als een verrassing komen, omdat de afweging tussen nauwkeurigheid en snelheid volledig voortkomt uit de manier waarop het traject fouten versterkt - spiergedrag speelt er geen rol in. Het resultaat is puur natuurkunde in plaats van biologie.

Venkadesan en Mahadevan hebben nog een interessant resultaat, namelijk dat als het gaat om snellere worpen, de actie boven de arm duidelijk nauwkeuriger is. Dat zal ook kloppen met de ervaring van veel mensen, maar nogmaals, het heeft weinig te maken met biomechanica. Het resultaat is puur van de manier waarop verschillende trajecten fouten versterken.

Het werk biedt bewegingswetenschappers een aantal potentieel lonende mogelijkheden om de nauwkeurigheid van het werpen te onderzoeken in complexere modellen die de mechanica van de menselijke werpactie beter reproduceren. Dat zal interessant zijn om naar te kijken.

In de tussentijd suggereren Venkadesan en Mahadevan dat de algemene voorkeur van de mens voor werpen boven de arm geen toeval is. Ze brengen de intrigerende mogelijkheid naar voren dat de reden dat we zo goed zijn in het bovenhands gooien in vergelijking met andere dieren, is dat het evolutieproces onze lichaamsvorm heeft gekozen om de betrokken fysica het beste te benutten. De gedachte is dat betere werpers betere jagers zijn die meer kans hebben om te overleven. Goed idee!

Referentie: arxiv.org/abs/1008.1442 : Optimale strategieën om nauwkeurig te werpen

zich verstoppen