Efeito do vento ambiente no desempenho do esquiador alpino em declive

Aug 12, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4906 (2023) Citar este artigo

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O esqui alpino, especialmente o downhill alpino, é um dos desportos de inverno mais radicais em termos de alta velocidade e estreita margem de vitória, e as suas pistas estão sempre localizadas em zonas montanhosas com grandes altitudes e campos de vento ambiente complexos, resultando num impacto significativo de vento ambiente no desempenho e na classificação final dos esquiadores alpinos. No presente estudo, um método baseado na combinação de medições de campo, testes em túnel de vento e simulações cinemáticas foi utilizado para avaliar o efeito do vento ambiente no desempenho de um esquiador alpino em declive. Considerando o efeito do vento ambiente, um modelo cinemático do sistema esquiador-esqui alpino foi estabelecido, e as equações de movimento para deslizamento reto e giro foram deduzidas. Em seguida, a pista de descida do Centro Nacional de Esqui Alpino da China (CNASC) foi considerada um estudo de caso para investigar o efeito do vento ambiente no tempo de planeio usando o método de avaliação combinado proposto. Medições de campo e testes em túnel de vento foram realizados para identificar cinco direções críticas do vento ambiente de 270°, 292,5°, 315°, 337,5° e 360°. Além disso, também foram obtidas as velocidades e direções do vento para 16 pontos de medição diferentes da pista de descida. Os resultados da análise de modelagem mostraram que o tempo de término aumentou 19,75% para a direção do vento ambiente de 270°, enquanto o tempo de término diminuiu 1,29% para a direção do vento ambiente de 360°.

O esqui alpino é um dos esportes de neve mais populares que combina perfeitamente velocidade e habilidade, é um dos esportes oficiais e exclusivos dos Jogos Olímpicos de Inverno e consiste em cinco subprojetos principais: downhill (DH), slalom (SL), slalom gigante ( GS), slalom supergigante (SG) e combinado alpino (AC), sendo o DH a prova mais extrema em termos de velocidade de competição, com atletas atingindo velocidades máximas superiores a 140 km/h1. Além disso, o tempo de chegada dos atletas de elite na corrida varia frequentemente em meros centésimos de segundo2, o que implica que qualquer factor cinemático ou cinético pode influenciar significativamente a classificação final, directa ou indirectamente, tais como força de arrasto aerodinâmico, interacção esqui-neve, equipamento (por exemplo, esquis, bastões e macacões de corrida) e trajetória, bem como as técnicas de esqui3,4,5. Em particular, as pistas alpinas de descida estão sempre localizadas em áreas montanhosas com grandes altitudes e condições ambientais complexas de vento. Por estas razões, a influência do vento ambiente no tempo de planeio dos esquiadores não pode ser ignorada. Considerando as altas velocidades e as estreitas margens de vitória, os atletas ou treinadores devem ter uma ideia clara de onde o tempo está sendo economizado e perdido, para que possam tomar as medidas e o treinamento apropriados para alcançar o menor tempo de corrida. Portanto, é importante avaliar o desempenho ao longo de toda a competição, principalmente o consumo de tempo.

Nos últimos anos, vários estudos foram realizados para investigar o desempenho de eventos de esqui alpino, combinando experimentos em túnel de vento, medições de campo2,6,7,8 e Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD)9,10,11. Além disso, alguns pesquisadores se concentraram no movimento do sistema esquiador-esqui usando modelagem. Legotin e Rivlin12 desenvolveram um modelo de haste do sistema esquiador-esqui para estimar vários mecanismos de perda de posição estável no processo de giro do esqui, incluindo deslizamento lateral e queda no plano frontal. Nemec13 assumiu que o esquiador se comporta como um pêndulo invertido e estimou o centro de massa (COM) e as trajetórias do esqui. Baseado no modelo do pêndulo invertido, abordagem semelhante foi proposta por Komissarov14,15. No estudo de Cai e Yao16, o sistema esquiador-esqui foi modelado como um corpo rígido para investigar as características físicas dinâmicas e a otimização da trajetória. Além disso, Chen e Qi17 desenvolveram um modelo bidimensional (2D) para simular movimentos de esqui baseado em um sistema multicorpo, enquanto um modelo de simulação multicorpo planar semelhante foi usado para estudar as vibrações transversais durante o schussing na linha de queda sobre esquis acidentados e acidentados. encostas18. Oberegger19 estabeleceu um modelo 3D de esquiador multicorpo para simular curvas consecutivas. Deve-se notar que, em todos os estudos acima mencionados, o arrasto aerodinâmico é um fator importante que afeta o desempenho das provas de esqui alpino, o que foi levado em consideração no desenvolvimento do modelo cinemático. No entanto, os estudos atuais consideram apenas o arrasto aerodinâmico causado pelo movimento relativo entre o esquiador e o ar, ignorando o causado pelo vento ambiente, resultando assim em discrepâncias entre os resultados obtidos na análise de modelagem e as situações reais.