La pinneggiata con le pinne in polimero ed in carbonio
Sono passati parecchi anni da quando per pescare un bel pesce bastava avere un po' di apnea ed un minimo di fiuto.
Questo, in particolar modo, riferendosi alla pesca all'aspetto, alla pesca in caduta ed alla pesca all'agguato. Pescando in tana potremo permetterci infatti qualche errore di pinneggiata (senza esagerare, tanto il pesce si sente tranquillo nella sua fortezza (quantomeno fino a che non percepisce la nostra estrema vicinanza). Nella pesca al libero, invece il pesce ci percepisce, avverte le vibrazioni che emettiamo con i nostri movimenti.
Finalizzare una cattura significa esserci mossi con una buona acquaticità, aver ottimizzato il rendimento della pinneggiata ed esserci correttamente celati allo sguardo della preda.
Ogni pescatore in apnea impara quindi a proprie spese che la pinneggiata che dovrà adottare segue regola ben precise.
Se si osserva un pescatore esperto, che sia però un autodidatta dell'apnea, si nota che il movimento sebbene non particolarmente fluido e completo, garantisce di smorzare le vibrazioni ed i rumori: con successivi perfezionamenti dei propri movimenti, il pescatore ha raggiunto cioè una acquaticità che gli permette di avvicinare il pesce. Una volta arrivati a questa condizione acquisirà il gesto rendendolo istintivo e non avrà più nemmeno bisogno di pensare per compierlo correttamente.
Chi invece proviene da un corso di apnea avrà una pinneggiata immediatamente distinguibile, didattica. I movimenti saranno ampi, cadenzati in maniera ottimale ed i “punti morti” saranno minimizzati. Il rendimento di questo tipo di nuoto subacqueo è indubbiamente più alto, quindi l'apneista “brevettato” sarà mediamente più veloce o, a parità di velocità di avanzamento, consumerà meno energia e meno aria potendosi permettere apnee più lunghe.
Non tutti però sono in grado di muoversi secondo le indicazioni del proprio istruttore di apnea durante un'azione di pesca: ne consegue che il gesto atletico “perfetto” potrà provocare delle vibrazioni, dei rumori, se l'apneista non lo esegue con la sufficiente fluidità. In termini generali, comunque, a tutti è stato detto, almeno una volta, che la corretta pinneggiata prevede una falcata ampia con movimenti lenti e continui... ma è veramente così?
Se si prendono come riferimento le pale in materiali polimerici questa impostazione è indubbiamente corretta. Un polimero non presenta un comportamento meccanico ideale: le sue deformazioni, benchè di tipo sostanzialmente elastico, presentano quasi sempre una certa deformazione residua (al termine della sollecitazione).
L'entità della deformazione residua è identificata dall'isteresi del materiale: l'isteresi è la caratteristica di un sistema di reagire in ritardo alle sollecitazioni applicate e in dipendenza dello stato precedente. Ne consegue che il comportamento della pala ad una determinata sollecitazione (spinta della gamba in fase di pinneggiata) dipende, oltre che dall'intensità delle forze in gioco, anche dallo stato di deformazione in cui si trovava la pala nell'istante precedente.
Questo costituisce un difetto intrinseco delle pale in polimero, difetto la cui entità può essere minimizzata adottando una falcata ampia, lenta e continua. Il comportamento isteretico dei polimeri è particolarmente evidente se le sollecitazioni variano in maniera repentina: un incremento (o decremento) della forza applicata sulla pala del 100% (ad esempio raddoppiando o dimezzando il carico) applicato in un tempo molto breve determina un andamento della linea di deformazione della pala “sostanzialmente ritardato”.
In ogni istante la pala rincorrerà la sollecitazione, forte di uno stato tensionale relativo all’istante precedente; la conseguenza è che, se tra il carico dell’istante “1” e quello dell’istante “2” c’è una differenza notevole di intensità, la deformazione della pala nell’istante “2” dipenderà da quanto e come era deformata nell’istante “1”, oltre che dalla differenza di intensità del carico tra l’uno e l’altro. Questo cosa significa? Significa che pinneggiando “da manuale”, cioè con una falcata ampia e lenta, applicando una energia sostanzialmente costante alle pale polimeriche, queste risponderanno all’azione in maniera ottimale: modificheranno la loro forma per stati tensionali consecutivi e l’effetto dell’isteresi darà un contributo non particolarmente rilevante.
Quindi con una pala in materiale polimerico la pinneggiata da manuale è assolutamente perfetta: sfrutta il materiale ottimamente esaltandone le qualità (la deformazione trasforma la pala in un grande piano inclinato che, scivolando sull’acqua, ci spinge in avanti) e rendendone trascurabili i difetti (se la variazione di carico è trascurabile, instante per istante, gli effetti dell’isteresi sono ridotti al minimo). Ovviamente non è possibile eliminare le perdite per isteresi del materiale in quanto, in corrispondenza di ogni valore limite di ampiezza della falcata, il carico si azzera per poi invertirsi: è chiaro che, in prossimità dei limiti di falcata (nel loro intorno), le perdite saranno più importanti. Si spiega quindi perché si consiglia di mantenere una falcata ampia: più è ampio lo spazio che la pala percorre senza subire variazioni di carico, minori saranno, nel complesso, le perdite di energia dovute all’isteresi del materiale. Fig.1
Fig. 1
Invece, da un punto di vista della mera analisi dinamica del corpo umano immerso, che avanza per azione della sua pinneggiata, la falcata ampia sarebbe, di per se, un autogol. Più è ampia la falcata, infatti, più le gambe sporgeranno rispetto alla sezione frontale del corpo (la sezione dinamicamente “resistente” all’avanzamento) aumentandone le dimensioni: in pratica sarebbe come aprire alternativamente dei “flap” al di sopra ed al di sotto di tale sezione, modificando (incrementando) la resistenza complessiva incontrata dal corpo nell’avanzare. Il freno idrodinamico costituito dai “flap-gamba” è indiscutibilmente importante, altrimenti non si spiegherebbe perché i pesci veloci come i tonni o le palamite hanno delle “scanalature” entro cui ritraggono le pinne dorsali durante il nuovo veloce: le pinne dorsali costituiscono un indiscutibile freno idrodinamico che va eliminato se si vogliono raggiungere grandi velocità.
E’ evidente che è più importante ottimizzare il lavoro di spinta delle pale, piuttosto che ridurre la sezione frontale frenante, visto che la storia dell’apnea moderna si basa su questo assunto (quantomeno fino a pochi anni fa). Una unica eccezione (di importanza clamorosa però) la fa la monopinna: infatti il movimento sinuoso dell’apneista, lungo una ideale sinusoide, offre una minima sezione frontale ed al contempo sfrutta al meglio la pala. Ma la monopinna a cui ci riferiamo è realizzata praticamente da sempre in materiali compositi (le prime erano costituite da fibra di vetro annegata in resine epossidiche) e questo può fare la differenza. Il composito infatti ha un comportamento elastico moto diverso rispetto ai materiali polimerici con cui si realizzano le pale per pinne. Le prime pale in composito erano poco più che degli oggetti di culto: fragili, a rigidità e comportamento elastico più o meno costanti lungo la loro lunghezza. Ma spingevano in maniera sorprendente.
Credo che sia questa la considerazione di tutti i fortunati che anno avuto l’occasione di provare i primi modelli in carbonio apparsi sul mercato: “saranno anche fragili… ma mamma mia quanto spingono!!!” Ma perché spingono così tanto? Viene da chiederselo. Infatti se mi monto due lamine di acciaio di spessore congruo (o opportunamente provviste di costole di irrigidimento affinché non si deformino permanentemente per effetto della pinneggiata) sulle scarpette, posso disporre di una spinta potenzialmente esagerata (gambe permettendo): ma la sensazione principale che avvertirò è la fatica (combinata alla sensazione di essermi piombato troppo e nelle posizioni sbagliate). Una pala infinitamente rigida sebbene possa (idealmente) garantirmi una spinta poderosa sarà difficile (se non impossibile) da usare: anche chi ha muscoli di acciaio dovrebbe cedere comunque ai crampi che sopraggiungerebbero inevitabilmente. Di questo ce ne accorgiamo tutti quando ci fanno provare un paio di pinne con pale molto dure: ottimo sprint, ma una fatica immane.
Eppure c’è chi le usa sempre…
Le pale in composito, rispetto alle pale in polimero, approssimano meglio il comportamento elastico ideale, vale a dire che sono meno soggette ad isteresi. Quando applichiamo un carico, la deformazione dipenderà in via principale dall’entità del carico stesso e solo marginalmente dallo stato tensionale e deformativo dell’istante precedente. Ciò significa che con le pale in composito è possibile ridurre quella porzione di falcata in cui si concentrano le perdite di energia legate all’isteresi. Fig. 2
Fig. 2
Quindi a parità di falcata (ampia e lenta) le pale in materiale composito mi garantiranno prestazioni superiori: minore energia dispersa per isteresi e migliore linea di deformazione. Si perché il piano inclinato costituito dalla pala flessa, in acqua mentre avanziamo, se è inclinato “bene”, ci garantisce di sfruttare maggiormente la componente di spinta. Quindi la curva di deformazione è importante. Siccome il composito può essere laminato variandone la rigidità sezione per sezione, potenzialmente sarà possibile decidere “a tavolino” la sua curva deformata (in corrispondenza di una sollecitazione di riferimento): la decisione, per l’ottimizzazione del rendimento di pinneggiata, ricade gneralmente su una parabola (o, eventualmente, su un’analoga curva di grado superiore). Quanto più la fibra strutturale del composito sarà meccanicamente “performante” tanto migliore sarà l’approssimazione alla parabola che otterremo e tanto minori le perdite di energia legate all’isteresi.
Nasce un problema con le pale in composito: mentre sulle polimeriche è possibile realizzare delle canalizzazioni superficiali, o dei risalti longitudinali, che svolgono una funzione stabilizzante nei confronti della torsione e quindi delle deviazioni di moto ad essa connesse, su quelle in composito questo non è possibile.
O meglio, è possibile realizzare delle creste longitudinali di resina o delle scanalature senza alcun problema di natura realizzativa: ma queste parti si comporteranno da centine di irrigidimento, rendendo la pala rigidissima ed inutilizzabile. Ciò significa che le pale in materiale composito sono necessariamente soggette a torsione e quindi sfarfallano, svergolano, durante l’uso, scivolando lateralmente anziché rimanere allineate alla loro posizione di partenza.
Una pala che scivola lateralmente implica una dissipazione di energia, oltre che l’esecuzione di un movimento che (per chi pesca) è deleterio: è un movimento laterale, verso l’esterno, che determina l’invio di onde di pressione che indicano un nostro progressivo aumento di dimensioni. Chi si avvicinerebbe ad un “coso” tutto nero che ha un lunghissimo becco dalla punta scintillante e che per altro sta ingrandendosi? Il composito quindi mostrerebbe il fianco se non fosse per i water rails: questi canalizzano l’acqua e mantengono la pala lungo due binari. Ecco spiegato perché senza water rails le pinne in composito pare non spingano: in realtà la spinta c’è ugualmente, ma si disperde in componenti trasversali che non contribuiscono a farci avanzare.
Ma torniamo ad analizzare il modello iniziale: le quota parte di dispersione di energia della pala dovuta al comportamento isteretico (e ciò che ne consegue) è ridotta ai minimi termini utilizzando un buon composito. Quindi non pare non esserci più nessuna ragione di adottare una falcata ampia. Mi spiego, riducendo l’ampiezza riduco anche la sezione frontale, e quindi sono soggetto ad una resistenza idrodinamica di minore intensità. Se effettivamente la riduzione delle perdite legate all’isteresi adottando i compositi è importante, è probabile che riducendo l’ampiezza della falcata si aumenti l’efficienza complessiva della pinneggiata. Faccio un esempio numerico che non ha alcuna attinenza con la realtà ma che può essere utile a chiarire il concetto:
Energia spesa dall’apneista 100% (Etot)
Energia dispersa a causa di fenomeni legati all’isteresi della pala in polimero 8% (falcata ampia) (Eipfa)
Energia dispersa a causa di fenomeni legati all’isteresi della pala in polimero 14% (falcata stretta) (Eipfs)
Energia dispersa a causa di fenomeni legati all’isteresi della pala in composito 3% (falcata ampia) (Eicfa)
Energia dispersa a causa di fenomeni legati all’isteresi della pala in composito 4% (falcata stretta) (Eicfs)
Energia dispersa a causa di resistenza idrodinamica con falcata ampia 12% (Erifa)
Energia dispersa a causa di resistenza idrodinamica con falcata stretta 8% (Erifs)
Come già segnalato le percentuali indicate sono completamente inventate, non corrispondono a valori sperimentali reali: sono però utili per capire i compromessi che devono adottare i progettisti delle pale, e gli apneisti che le utilizzano, per esaltarne le qualità. Si può comunque affermare con tranquillità che le differenze di rendimento non sono percentualmente molto sensibili e quindi la componente soggettiva gioca un ruolo molto importante: chi ha acquisito una perfetta pinneggiata, da manuale di apnea, non troverà probabilmente alcun vantaggio nella falcata stretta e nella cosiddetta “azione di punta”. Ma questo solamente perché in lui è talmente istintivo il movimento ampio che l’esecuzione di movimenti differenti comporta delle sbavature (del gesto atletico) che compromettono il rendimento complessivo. Per altro l’analisi di massima fatta fino ad ora si limita a considerare la sola pala: è vero invece che il comportamento elastico della pala in composito è influenzato dall’azione smorzante dei longheroni cui è vincolata. Quindi l’ipotetica drastica riduzione delle perdite legate all’isteresi è solo virtuale: si abbatteranno le perdite nella pala ma permarranno quelle nei longheroni!
E’ per questo motivo che, recentemente, alcuni produttori hanno realizzato scarpette con longheroni di dimensioni limitate e dalla rigidità contenuta: in questo modo il loro contributo alle perdite si riduce rispetto ai longheroni tradizionali. Analogamente, esistono scarpette prive di longheroni che eliminano completamente l’effetto negativo smorzante degli stessi. In questi casi sarà energeticamente conveniente la pinneggiata a falcata stretta. Ma questa fantomatica “azione di punta” in cosa consiste? Riducendo l’ampiezza della falcata se ne aumenta generalmente la frequenza, accade quindi che la porzione terminale della pala, in corrispondenza dei punti di inversione della spinta (limite superiore e limite inferiore della falcata), risulta essere ancora curvata in un verso mentre il resto della pala è curvo in maniera opposta. Tra i due tratti a differente curvatura è presente un flesso.
Avanzando nel movimento di spinta (della pala con la gamba) il flesso trasla lungo la pala verso la sua estremità terminale: in pratica aumenta l’ampiezza della zona di pala flessa secondo la direzione di spinta della gamba e si riduce quella flessa secondo gli stati di sollecitazioni precedenti all’inversione di spinta. Fig. 3
Fig. 3
Ad un certo punto l’elasticità intrinseca della pala ci “regala” un ritorno automatico della porzione terminale: in pratica, quando il flesso raggiunge una determinata sezione della pala, l’elasticità della stessa fa si che ci sia un ritorno “automatico” della porzione rimanente (gialla in figura), fino a farle assumere curvatura coerente con quella della porzione iniziale (verde in figura). Questa caratteristica delle pale in composito è assolutamente strepitosa ed è percepibile in maniera evidente solo se si adotta una falcata stretta, visto che in tale condizione è un continuo susseguirsi di variazioni della curvatura. Con una falcata stretta quindi possiamo “spremere” qualcosa in più dal comportamento elastico di una buona pala in composito (ovviamente i migliori risultati s otterranno utilizzando compositi a base di fibre strutturali di elevata qualità, come il carbonio ad esempio); se abbiniamo questa caratteristica al fatto che la resistenza idrodinamica del corpo umano adottando questo tipo di pinneggiata è inferiore… scopriamo che la falcata stretta forse è la migliore azione motrice.
L’unico neo che si può muovere a questo tipo di azione è che ad essa corrisponde una maggiore frequenza di colpi e quindi, probabilmente, comporta un affaticamento complessivo dei muscoli della gamba un po’ maggiore, rispetto alla pinneggiata da manuale. Anche qua però la componente soggettiva è estremamente importante i movimenti ampie lenti non sono di facile esecuzione per tutti (quantomeno possono risultare poco istintivi), mentre l’azione impulsiva e cadenzata della falcata stretta è, per molti, più semplice da apprendere. Per non parlare dello specifico allenamento e delle caratteristiche fisiologiche di ogni singolo individuo.
Nella pesca l’analisi si fa ancora più complessa. La falcata ampia determina delle onde di pressione che si propagano trasversalmente al subacqueo e che ripetutamente, e con cadenza regolare, sono emesse all’esterno rispetto ala sagoma frontale dello stesso:
le gambe che sporgono (al di sopra ed al di sotto della sagoma) possono mettere in allerta le prede che percepiscono dei segnali che possono svelare le nostre reali dimensioni.
Nonostante la nostra sagoma frontale sia minima, le vibrazioni emesse fanno capire al pesce che la nostra “appendice caudale” è molto lunga, tanto da sporgere in maniera evidente dalla sagoma.
In pratica il pesce è in grado di stimare le nostre reali dimensioni e comprendere che siamo potenzialmente più pericolosi di quello che potrebbe apparire dalla dimensione della nostra sola sezione frontale.
Con la falcata stretta, invece, non tradiamo il nostro bluff: le nostre reali dimensioni non sono svelate.
Di contro però emettiamo un treno di onde vibrazionali molto discontinuo, con frequenza elevata e cadenzato ad ogni ciclo da due “impulsi” più intensi: infatti il colpo descritto in precedenza con il termine “azione di punta” è rapido e secco e genera sicuramente delle vibrazioni di intensità elevata.
In pratica i pesci potrebbero interpretare questi segnali come un indice di aggressività.
Si pensi ai tonni che, quando accelerano per sferrare l’attacco, compiono delle pinneggiate di ampiezza contenuta ma rapidissime e potenti.
Può darsi che la nostra preda non interpreti le nostre vibrazioni dovute al nuoto subacqueo con falcata stretta come quelle emesse da un tonno (o altri veloci predatori) in fase di attacco e quindi si metta immediatamente in fuga. Nella realtà dei fatti, però, durante l’azione di pesca è raro cadere vittima della propria pinneggiata: nell’agguato le pinne servono poco più che per indirizzare il moto, l’organo motore è la mano libera con cui ci trainiamo afferrando gli scogli; nella fase di discesa della pesca profonda (aspetto, caduta o agguato che sia) smetteremo di pinneggiare già a pochi metri dalla superficie per planare verso il fondale in totale immobilità.
In fase di risalita invece il più, ormai, sarà fatto. Quindi, per lo stacco dal fondo e per l’accelerazione necessaria a vincere il nostro stato di negatività, è opportuno adottare un’azione energica ed efficiente. Personalmente, adottando pinne in composito a base di fibra di carbonio, devo ammettere che trovo più efficiente la falcata stretta, falcata grazie ala quale mi sembra pure di risparmiare energia.
Questa sensazione forse l’avverto perché, non essendo allenato ai movimenti troppo ampi, nell’ipotesi di falcata ampia farei lavorare i muscoli delle gambe in una condizione di sforzo cui non sono abituati e quindi sottoponendoli ad un rapido esaurimento. In pratica quello che si verifica nella scelta delle pinne e nella scelta di come usarle è un compromesso tra le caratteristiche fisico-strutturali delle stesse e le nostre prestazioni atletiche, il tutto farcito da una indefinita componente di soggettività, dovuta alla nostra percezione dell’azione. Forse però approfondire le basi fisiche può aiutare ad interpretare a meglio le proprie sensazioni, magari perfezionando l’azione.
