Humans&Power -3

3. LA PEDIVELLA E GLI ARTI INFERIORI • CONSIDERAZIONI CINEMATICHE •

Approssimando le parti componenti gli arti inferiori, coscia – gamba - piede , come aste semplici collegate tra di loro con cerniere nei punti articolari, anca – ginocchio - caviglia, e considerando tale sistema collegato alla pedivella, si è analizzato da un punto di vista cinematico il movimento reciproco tra di essi.

Il sistema risulta composto da 5 leve: coscia, gamba, piede, pedivella e da ultimo la leva fissa virtuale presa come passante tra il punto di rotazione dell’anca ed il punto di rotazione della pedivella. Diversamente quindi da un sistema (tipico,ad esempio,del motore a scoppio) biella - manovella,che ne conta solo 4 ( pistone , biella , manovella , ed il cilindro - basamento che li tiene collegati), ed è perfettamente determinato, il primo, per ridondanza di elementi, può unicamente descrivere un moto vario, indeterminato soprattutto per quanto riguarda la coerenza con il moto che si vuole ottenere: dal moto pendolare della coscia e della gamba al moto circolare uniforme della pedivella.

( vedi fig. 8 ).

Per rendere semplice la comprensione di tale anomalia si è realizzato, attraverso un software dedicato di fisica simulata, un manichino che approssima ad aste semplici incernierate, la struttura scheletrica propria di un uomo, rispettandone fedelmente i vincoli articolari (massime escursioni angolari di caviglia, ginocchio e anca), ripulita completamente dalla struttura tendineo – legamentosa - muscolare e messo in sella ad una bicicletta virtuale, si è attivato il moto attraverso la ruota prevedendo come altra variabile solo la gravità .

Come si può osservare dal filmato di Youtube allegato non si realizza, “naturalmente“, un moto congruo con la trazione.

Ciò comporta che, nel sistema tradizionale, per il suo funzionamento, è necessaria una attivazione muscolare solo ai fini della stabilità interna, che comporta un inutile importante dispendio energetico.

3. THE PEDAL CRANK AND THE LOWER LIMBS • KINEMATIC CONSIDERATIONS •

Viewing the lower limb components, thigh – leg – foot, as simple rods connected to each other with hinges at the articulation points, hip – knee – ankle, and considering this system connected to the pedal crank, their reciprocal movement was analysed as regards kinematics.

The system consists of 5 levers: thigh, leg, foot, pedal crank and the virtual fixed lever taken as going from the hip rotation point to the pedal crank rotation point.

Unlike a system comprising a connecting rod – crank (typical of the internal combustion engine, for example) which only has 4 levers (piston, connecting rod, crank and the cylinder block which keeps them connected) and is perfectly determined, the former system, due to its redundant elements, can only describe a non-established, undetermined movement, especially as regards consistency with the desired movement: from the pendulum motion of the thigh and leg to the uniform circular motion of the pedal crank.

(See Fig. 8 ).

To make this anomaly easier to understand, using a dedicated simulated physics software, a mannequin, approximating the human skeleton to simple hinged rods that, while respecting the articulation ranges (maximum angle of ankle, knee and hip articulations) completely ignored the tendon-ligament-muscle structure, was realised and placed on the saddle of a virtual bicycle.

The movement was simulated by means of the action of the bicycle wheel, considering gravity as the only other variable.

As can be seen on the attached Youtube video, what is produced is not a “natural” movement that is congruous with traction.

This means that with the traditional system, in order to make it work, the muscles must be activated for the only puropose of internal stability, thus wasting a considerable amount of energy.