Een nieuw wiskundig model, ontwikkeld door wetenschappers van de Universiteit van Alberta, laat zien hoe kunstschaatsers zich over het ijs bewegen en kan professionele skaters helpen hun techniek aan te scherpen of blessures te voorkomen.

"We kunnen de beweging van de kunstschaatser beschrijven, " zei promovendus Meghan Hall. "Als ik deze beweging of dit patroon wil maken, wat moet ik met mijn lichaam? Wat is de optimale manier om het te doen? Of, als ik niet zeker weet hoe ik een bepaalde beweging of patroon moet maken, dit systeem zal de beweging modelleren die ik moet maken om het te produceren."

Hal, een recreatieve kunstschaatser voor 20 jaar, doet het onderzoek samen met mede-afstudeerstudent Vaughn Gzenda onder begeleiding van Vakhtang Putkaradze.

In de eerste van twee onderzoeken, de wetenschappers merken op dat in eerder onderzoek is gekeken naar de tweedimensionale fysica van kunstschaatsen, maar hun nieuwe model is het eerste dat niet-holonomische mechanica gebruikt, of mechanica met beperkingen, om te laten zien hoe een lichaam in drie dimensies op ijs beweegt.

"Het blijkt dat we dit probleem met de hand kunnen oplossen, wat ongelooflijk is omdat vergelijkingen in niet-holonomische mechanica erg complex zijn, " zei Putkaradze, die momenteel de senior directeur van wetenschap en technologie is bij het Transformation Team van ATCO.

De seconde, aanstaande studie omvat een bibliotheek van alle verschillende bewegingen en trajecten die een skater kan nemen.

"Het feit dat de bewegingsvergelijkingen integreerbaar zijn, of volledig oplosbaar, is het meest verrassend, "zei Gzenda. "Mechanische systemen met niet-holonomische beperkingen die ook integreerbaar zijn, zijn buitengewoon zeldzaam. Er is een relatief korte lijst van bekende voorbeelden - een voorbeeld is een symmetrische rollende bal. Een andere is hoe een slee langs een oppervlak beweegt.

"Ons model is zo ver we weten, de nieuwste op deze lijst."

Praktische toepassingen

"Kunstschaatsen inspireerde dit onderzoeksproject, en nu inspireert het project me als ik op het ijs ben, "zei ze. "Ik heb gedurende mijn hele carrière een heel andere benadering van schaatsen gehad - waarschijnlijk omdat mijn hoofd er gewoon zo over denkt. Nu hebben we een simulatie gebouwd en ik kan zien, op papier, hoe ik mijn lichaam kan verplaatsen."

Naast inspiratie op het ijs, het onderzoek heeft potentiële praktische toepassingen voor zowel skaters als trainers, Putkaradze merkte op.

"Dit zou een geweldige manier zijn om te begrijpen hoe mensen trainen en zou kunnen bijdragen aan een betere kunstschaatstraining, " hij zei.

Het kan skaters ook helpen om veelvoorkomende verwondingen zoals spiraalbreuken in het onderbeen te voorkomen.

"Dit kan mogelijk van toepassing zijn op blade- of bootontwerp, of zelfs techniek om deze verwondingen te voorkomen, ’ voegde Hall eraan toe.

De eerste studie, "Integrabiliteit en chaos in kunstschaatsen, " door Gzenda en Putkaradze, werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor niet-lineaire wetenschappen .