De Fosbury Fysica

Vandaag komt gouden Tia in actie op de olympische spelen.
Bij de mannelijke hoogspringers zijn de prijzen intussen al uitgedeeld.
Laat ons hopen dat Tia het bleek Belgisch medailleblazoen in extremis nog een beetje kan doen opfleuren.
Maar het zal niet eenvoudig zijn. Want in deze bij uitstek technische discipline is een foutje snel gemaakt.

Hoogspringen is inderdaad een sport waarbij de technische uitvoering zeer belangrijk is.
Dat werd in Mexico 1968 duidelijk bewezen toen de Amerikaan Dick Fosbury met een “heel nieuwe” techniek op de proppen kwam en de gouden medaille won.
Maar zo nieuw was zijn techniek eigenlijk niet: zijn landgenoot Clinton Larson had hem in 1912 ook al toegepast. Maar toen lag er nog geen metersdikke schuimrubberen mat achter de lat om de vallende springer op te vangen. En dat kwam aan…
Nu zijn de matten er. En sinds 1968 hebben alle hoogspringers de Fosbury Flop overgenomen.

Het succes van die “flop” is gewoon het gevolg van een stukje toegepaste fysica.
En van het atletisch vermogen om die fysica in praktijk te brengen natuurlijk.
Want waar komt het bij hoogspringen op neer? Dat je je zwaartepunt Z over de lat tilt!
Hoe hoger de lat ligt, hoe hoger je je zwaartepunt Z moet tillen.
Maar hoe hoger je zwaartepunt Z ligt, hoe minder hoog je het moet tillen!
Het is dus niet zomaar dat die hoogspringers geen kleine dikkertjes zijn…

Dus “lange zwikken” met een hoger gelegen zwaartepunt Z zijn in het voordeel.

Maar tijdens de sprong komt het er op aan om je zwaartepunt zo laag mogelijk te houden. Dan moet je het immers minder hoog optillen.
En hier komt het geniale van de Fosbury-techniek: door het lichaam achterwaarts gekromd te houden komt het zwaartepunt Z zelfs onder de lat te liggen!
Bij de oude techniek lag het zwaartepunt duidelijk boven de lat, zodat de afstand waarover het zwaartepunt naar boven moest verplaatst worden om over dezelfde hoogte H te springen beduidend groter was: h₁ > h₂!

De afstand waarover een atleet zijn zwaartepunt kan verplaatsen, en dus hoe hoog hij kan springen, hangt af van de beschikbare energie op het moment van de sprong.
Die energie haalt de springer hoofdzakelijk uit zijn aanloopsnelheid.
M.a.w.: op het moment van de afzet moet hij zijn bewegingsenergie zo maximaal mogelijk omzetten in potentiële energie (= “hoogte-energie”).

En nu moet ik er een paar formules bij halen.
De bewegingsenergie op het moment van de afzet = ½ mv²
Hierin is v de snelheid bij de afzet en m de massa van de atleet
De potentiële energie die nodig is om met de Fosbury Flop de hoogte H te bereiken = m.g.h₂
Hierin is m weer de massa van de atleet en g is de constante valversnelling ( = 9,91m/s²)
In de veronderstelling dat er geen energie zou verloren gaan zou dus:
½ mv² = m.g.h₂ en dus zou h₂ = v²/2g
Met eenzelfde snelheid v aan de voet van de lat, kan je een hogere h₂ bereiken en dus een hogere H overschrijden!
Leve de Fosbury Flop dus!

Uiteraard heb ik de zaken hier nogal sterk vereenvoudigd. Want er gaat bij de omzetting van de bewegingsenergie in potentiële energie zeker energie verloren. Denk maar aan de draaibeweging die de atleet moet maken om rugwaarts gekromd over de lat te gaan.
Maar waarom springen ze dan niet voorwaarts gekromd?
De eenvoudigste verklaring is dat bij de rugwaartse kromming de kans minder groot is om met je armen of benen de lat te doen vallen!

Voilà, dat was de Fosbury Fysica!
Ik weet het: ik kan het hier allemaal nogal uitleggen, maar Tia moet het doen!
Het is dus weer zoals zo dikwijls: de beste stuurlui staan aan wal…

Gedaan met de losse flodder

Gisteren zijn op de Olympische Spelen 2012 de atletiekcompetities begonnen.
Ik weet niet of het u al opgevallen is, maar het historische startschot bij de loopnummers is aangepast.
Het startpistool heeft nog altijd wel min of meer de vorm van een pistool (handig voor de starter), maar het schiet geen losse flodders meer.
Het produceert een elektronisch schotgeluid dat kan aangepast worden naargelang de competitie.
Maar dat geluid komt niet meer uit het pistool zelf, maar uit één of meerdere luidsprekers!

Dit revolutionaire startsignaal produceert eigenlijk 3 effecten: het geluid dat voor elke atleet hoorbaar wordt via luidspreker(s), een lichtflits en een puls waarmee de tijdregistratie gestart wordt.
Het geheel maakt deel uit van een complex systeem van uiterst precieze tijdmeting, gerealiseerd door het bekende Zwitserse bedrijf Omega, dat al sinds 1932 voor de tijdmetingen op Olympische Spelen instaat.

In tijden waarin verschillen van honderdsten van een seconde kunnen beslissen over de winnaar en het toekennen van een medaille, hield het gebruik van een gewone startschot met de losse flodder immers een onaanvaardbare fout in.
Het geluid heeft een snelheid van gemiddeld 330m/s.
De atleet die bijvoorbeeld bij de 100m het verst van de starter verwijderd stond hoorde het schot uit het pistool dus een stuk later dan diegene die er dichtst bij stond. Veronderstel dat de verst afstaande atleet 10m van de starter afstond, dan hoorde hij het startschot 0,03s later dan wie er dichtst bij stond.
Dit is in de context van de huidige spelen absoluut niet te verwaarlozen. Bedenk bijvoorbeeld dat in het zwemmen deze week Nathan Adrian goud pakte op de 100m vrije slag omdat hij 0,01s (= één honderste van een seconde!) vóór James Magnussen eindigde.

Gedurende de voorbije tientallen jaren probeerde men dat probleem op te lossen door bij de loopnummers waar in banen gestart wordt, de startknal door te sturen naar een luidsprekertje achteraan op de startblokken.
Maar een echt goede oplossing bleek dit niet te zijn, aangezien men zag dat de atleten bleven focussen op het pistool van de starter zelf en niet op het geluid uit de luidsprekertjes achter hen.
Dit werd door Peter Hurzeler van Omega duidelijk vastgesteld aan de hand van de abnormaal lange reactietijd van de Amerikaanse kampioen Michaël Johnson op de Olympische Zomerspelen van Sydney 2000.
Men mat toen bij Johnson, die in de 9de baan en dus verst van de starter af stond, een reactietijd van 440 duizendsten = 44 honderdsten van een seconde, terwijl de normale reactietijden tussen de 13 en 14 honderdsten van een seconde liggen.

Het echte startschot is dus definitief verleden tijd.
De elektronische knal uit luidsprekers en een lichtflits uit de e-gun zijn in de plaats gekomen.
En zelfs als de atleten zich op de starter zouden blijven concentreren: weet dat de lichtsnelheid 300.000.000m/s bedraagt. Voor 10m heeft de lichtflits dus maar 0,000000003s nodig.
Daar gaan we niet over zeuren zeker?