Της Νεφέλης Μπόνη-Καζαντζίδου
Ένα από τα χαρακτηριστικά των πραγματικά μεγάλων αθλητών είναι πως κάνουν να φαίνεται εύκολο αυτό που στην πραγματικότητα απαιτεί απίστευτο πόνο και προσπάθεια - σε λίγα αθλήματα ξεχνάμε αυτή την προσπάθεια τόσο εύκολα, όπως το καλλιτεχνικό πατινάζ και ο χορός στον πάγο.
Σε αυτά τα αθλήματα των Χειμερινών Ολυμπιακών Αγώνων, οι αθλητές δαμάζουν τους νόμους της Φυσικής για να μας χαρίσουν ένα υπέροχο θέαμα με φιγούρες, άλματα και περιστροφές που μοιάζουν να γίνονται αβίαστα, όμως κρύβουν πίσω τους τεράστια τεχνική και σωματική δύναμη.
Ο λόγος για τον οποίο οι αθλητές στον πάγο κινούνται με απίστευτη ταχύτητα πάνω στα παγοπέδιλα είναι ο ίδιος λόγος που ένας άλλος άνθρωπος, ο οποίος προσπαθεί να περπατήσει κανονικά σε αυτή την επιφάνεια, θα πέσει: Ο πάγος γλιστράει! H τριβή, η δύναμη που αντιστέκεται στην κίνηση ενός σώματος πάνω σε μια επιφάνεια, είναι πολύ μικρότερη πάνω στην επιφάνεια του πάγου απ' ό,τι στο έδαφος.
Τι είναι όμως η τριβή; Όταν δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή το ένα με το άλλο, αναπτύσσονται αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων τους, οι οποίες αντιστέκονται όταν ένα από αυτά προσπαθεί να κινηθεί, μετατρέποντας μέρος της ενέργειας που προοριζόταν για την κίνηση σε θερμότητα. Όσο πιο τραχιά είναι μια επιφάνεια, τόσο πιο εύκολο είναι να αλληλεπιδράσουν τα μόριά της με τα μόρια ενός σώματος που κινείται - έτσι παρουσιάζει μεγαλύτερη αντίσταση.
Αυτό εξηγεί το γεγονός ότι η λεία επιφάνεια του πάγου εμφανίζει μικρή αντίσταση στην κίνηση των σωμάτων - υποβοηθούμενη από το γεγονός ότι η εν λόγω επιφάνεια είναι καλυμμένη με ένα λεπτό στρώμα υγρού νερού, το οποίο δρα ως λιπαντικό.
Όπως μας εξηγεί ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα, ο νόμος της αδράνειας, ένα σώμα που κινείται χωρίς να του ασκούνται δυνάμεις θα συνεχίσει να κινείται - έτσι, χάρη στη χαμηλή αντίσταση της τριβής, οι αθλητές γλιστρούν με μικρή προσπάθεια πάνω στον πάγο, μέχρι να χρειαστεί να ασκήσουν δύναμη για να σταματήσουν ή να αλλάξουν κατεύθυνση. Κι αυτό, φυσικά, θα γίνει χάρη στην τριβή, η οποία «γεννάει» κάθε κίνηση - χωρίς αυτήν, οι αθλητές δεν θα μπορούσαν να «σπρώξουν» τον πάγο για να ξεκινήσουν ή να σταματήσουν να κινούνται.
Αυτό ακριβώς το «σπρώξιμο» επιτρέπει και τα εντυπωσιακά άλματα. Οι αθλητές, ασκώντας δύναμη προς τα πίσω και κάτω, «πετούν» χάρη στον νόμο της «δράσης-αντίδρασης»: Το έδαφος ασκεί σε αυτούς δύναμη ίδιου μεγέθους και αντίθετης φοράς και τους στέλνει πετώντας προς τα εμπρός.
Όσο πιο ψηλά ανέβουν, τόσο πιο πολύ χρόνο θα έχουν για να εκτελέσουν τις απαιτούμενες περιστροφές, ξεχωρίζοντας ένα «διπλό» από ένα εντυπωσιακό «τριπλό» ή ακόμα και «τετραπλό» άλμα.
Οι περιστροφές αυτές αξιοποιούν έναν άλλο φυσικό νόμο, τη λεγόμενη «διατήρηση της στροφορμής». Η στροφορμή είναι ένα μέγεθος που εκφράζει την ταχύτητα περιστροφής ενός αντικειμένου σε συνδυασμό με την κατανομή του βάρους του γύρω από έναν σταθερό άξονα. Όταν στον αθλητή δεν ασκούνται εξωτερικές δυνάμεις, η στροφορμή του παραμένει σταθερή.
Έτσι, ένας αθλητής που περιστρέφεται μαζεύει τα χέρια κοντά στο σώμα του, μικραίνοντας την κατανομή του βάρους του γύρω από τον άξονα. Ως αποτέλεσμα, για να μπορέσει η στροφορμή να παραμείνει σταθερή, αυξάνεται η ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται, χαρίζοντάς μας ένα συγκλονιστικό θέαμα!
Γιατί το ανθρώπινο σώμα είναι σχεδιασμένο να γλιστράει πιο γρήγορα στον πάγο;
Ο δρ Ενρίκο Φορμέντι, λέκτορας Ανθρώπινης Φυσιολογίας στο King's College του Λονδίνου, μελέτησε τη φυσική της κίνησης στον πάγο, εξηγώντας έναν από τους λόγους που οι πρόγονοί μας ξεκίνησαν να χρησιμοποιούν τα πρώτα «παγοπέδιλα» από οστά ζώων, για να μετακινούνται στις παγωμένες εκτάσεις της Σκανδιναβίας, πριν από τέσσερις χιλιάδες χρόνια.
Το ανθρώπινο σώμα μπορεί να κινείται με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα γλιστρώντας πάνω στα παγοπέδιλα, απ' ό,τι τρέχοντας στο έδαφος! Κι αυτό έχει να κάνει με τον τρόπο που λειτουργούν οι μύες των ποδιών μας, οι οποίοι διαδοχικά συστέλλονται και μακραίνουν, οδηγώντας στην κίνηση. Όπως σημειώνει ο δρ Φορμέντι, αυτή η συστολή των σκελετικών μυών αποδίδει τη μέγιστη ισχύ όταν γίνεται περίπου στο ένα τρίτο του μέγιστου δυνατού ρυθμού.
Σε αντίθεση με το τρέξιμο, όπου όσο πιο γρήγορα συστέλλονται οι μύες, τόσο πιο γρήγορα τρέχουμε, το μοτίβο κίνησης του πατινάζ απαιτεί από τους μυς να συστέλλονται με χαμηλό ρυθμό, ακόμα κι όταν κινούμαστε πολύ γρήγορα.
Έτσι, αν συγκρίναμε έναν δρομέα με έναν αθλητή πάνω σε παγοπέδιλα με παρόμοιο καρδιακό ρυθμό, για παράδειγμα 130 παλμούς το δευτερόλεπτο, ο αθλητής στα παγοπέδιλα θα ταξίδευε σχεδόν τέσσερις φορές πιο γρήγορα από τον δρομέα!
* Κάθε ημέρα, οι συνεργάτες του μη κερδοσκοπικού οργανισμού επικοινωνίας επιστημονικών θεμάτων στο ευρύ κοινό SciCo παρουσιάζουν με απλά λόγια ένα θέμα που φέρνει την επιστήμη πιο κοντά μας.
** Το άρθρο δημοσιεύθηκε στην εφημερίδα «Φιλελεύθερος», αρ. φύλλου 57.
