Una freccia torna dal battifreccia con la cocca scheggiata, un'altra ha preso in pieno quella accanto, una terza è finita nella ghiaia dietro il bersaglio. Raccogliendole ci si fa sempre la stessa domanda: questa la posso ancora tirare? Accanto a questa ce n'è un'altra, meno frequente ma più seria, che viene fuori quando si sente raccontare di un'asta spezzata nel momento del rilascio: com'è possibile, se un attimo prima la freccia stava intera sulla corda?
La ricerca non ha mai studiato le frecce danneggiate come le vede un arciere, con le crepe del carbonio o le cocche segnate. Ha misurato però le cose da cui dipende la risposta: i carichi che la freccia riceve, il punto in cui un'asta cede, quanto contano un'asta storta, anni di vibrazioni e un difetto di fabbrica. Le risposte hanno una solidità molto diversa, e ognuna ha il suo stato nel registro.
Dove una freccia prende i colpi
Fra gli arcieri si dà per scontato che una freccia prenda i colpi più forti quando parte e quando si pianta, e quasi niente in aria. Una sola misura diretta ha seguito la freccia per tutto il percorso: una punta elettronica con un accelerometro, avvitata su frecce da compound. Lo strumento arrivava a 16 volte l'accelerazione di gravità, e lungo l'asse dell'asta il segnale usciva da quel campo soltanto al lancio e all'impatto, mentre nel volo libero restava dentro. Riprendendo sette tiri di un compound regolato a 64 libbre con due telecamere a 5.000 fotogrammi al secondo, con una freccia leggera da 23,2 grammi scelta apposta, gli autori hanno stimato i due picchi: circa 1.100 volte la gravità al lancio e circa 3.700 di decelerazione nell'arresto in un bersaglio a sacco, più di tre volte tanto.
Sul lancio i numeri tornano anche altrove, perché modelli, calcoli e una seconda misura su un altro compound lo collocano fra circa 600 e 1.250 volte la gravità, in 12-19 millesimi di secondo. Il volo e l'impatto, invece, li ha misurati un gruppo solo, e soltanto lungo l'asse dell'asta, per cui l'affermazione che la freccia è sollecitata al massimo solo al lancio e all'impatto, mentre in volo non le succede quasi niente è riportata. Del volo e dell'impatto con il ricurvo, e dei battifreccia in schiuma dura, non ci sono numeri, e nessuno ha misurato che cosa riceve una freccia quando colpisce un'altra freccia, il telaio o un sasso.
Perché un'asta cede di punta
Durante il lancio la corda spinge la freccia dalla cocca, mentre la punta, che porta buona parte della massa, va accelerata insieme al resto: l'asta si trova compressa fra le due estremità, come una colonna caricata dall'alto. Una colonna lunga e sottile regge questo carico fino a una soglia, il carico critico che la meccanica ricava dalla rigidità e dalla lunghezza con la formula di Eulero; oltre quella soglia non si accorcia, ma si incurva di lato sempre di più. È l'instabilità a carico di punta, e si sente dire che una freccia troppo morbida per l'arco si rompe proprio così, durante il lancio.
Nei calcoli che ci sono, però, in un tiro regolare la freccia resta sotto la soglia. Un modello del sistema arco-freccia colloca la perdita di stabilità a una forza adimensionale di 14,79 e la spinta di picco di un arco e di una freccia medi da targa a 12,3. L'unica stima su attrezzatura reale, un compound con una freccia in carbonio spine 500, dà un carico assiale di picco di circa 60 newton contro un carico critico di circa 100, un margine che l'autore giudica accettabile. Per questo l'affermazione che durante il rilascio la freccia entra in instabilità a carico di punta è contraddetta: l'evidenza va contro, ma è poca e indiretta, e nessuno ha strumentato una freccia durante un tiro vicino al limite.
La freccia schiacciata fra corda e arco
Il caso in cui un'asta si spezza al rilascio è un altro, e l'unica prova di laboratorio viene dal kyudo. Lì la punta, a pieno allungo, sporge un poco oltre l'arco; se l'arciere tira più del dovuto, o usa una freccia troppo corta, la punta rientra dietro l'arco, e al rilascio la freccia resta schiacciata fra la corda e l'arco con tutta la forza dell'arco sulla cocca. Gli autori, ingegneri meccanici giapponesi, scrivono che l'incidente è molto raro e capita soprattutto a chi non ha ancora un allungo stabile o tira una freccia troppo corta, ma che può succedere anche ad arcieri di livello medio e avanzato, perché nel kyudo si preferisce che la punta sporga poco.
Per riprodurlo hanno preso due tipi di asta in duralluminio, una lega di alluminio della serie 7000, pensate per archi da 98 newton in su la prima e da 147 in su la seconda, tagliate a 850 millimetri. Le hanno compresse di punta in due modi, lentamente con una macchina di prova e di colpo con un cilindro pneumatico ripreso a 800 fotogrammi al secondo. Le due aste hanno ceduto a circa 50 e 65 newton, valori che la formula di Eulero riproduce entro pochi punti percentuali e che stanno molto sotto la forza degli archi a cui sono destinate. Dopo il cedimento si sono incurvate fino a spezzarsi, dopo circa un quarto di metro di spostamento nella prova lenta e in circa due decimi di secondo in quella rapida, e la rottura è arrivata sempre esattamente a metà, con bordi metallici affilati.
Il dato che spiega il meccanismo è la tensione. Nella prova rapida l'asta arriva a circa 30 megapascal, contro i circa 500 a cui la lega comincia a deformarsi in modo permanente: il materiale non è sovraccarico, ed è l'instabilità della colonna che piega l'asta fino a spezzarla. Gli autori avvertono che i frammenti volano proprio davanti al viso di chi tira. L'affermazione che un'asta che cede di punta al rilascio si spezza a metà e lascia bordi taglienti è quindi riportata: la prova è netta, ma è una sola, su due aste in alluminio da kyudo, e le aste in carbonio e quelle da tiro alla targa non sono state provate.
Gli stessi autori notano che nel tiro alla targa la mano della corda si ferma più facilmente al mento e l'allungo è più corto, per cui lo scivolamento della punta dietro l'arco è meno probabile. Se succede, la meccanica fa pensare a una situazione simile, con la freccia stretta fra corda e arco, ma è un ragionamento e non una misura: quanto spesso capiti nel tiro olimpico, e come si rompa in quella posizione un'asta in carbonio, nessuno l'ha misurato.
Lo spine e il margine
Il margine che separa un lancio regolare dalla soglia dipende dall'attrezzatura. La stima sul compound elenca che cosa lo riduce: più libbraggio, più peso in punta, un'asta più lunga o più morbida; e l'autore, con i numeri del suo arco, si attende che le frecce con spine oltre 800 cedano. È una stima, in un preprint, e non descrive nessuna rottura osservata, ma indica da che parte il margine si assottiglia, cioè verso un'asta troppo morbida per l'arco che la tira.
È la stessa regola che guida la scelta dello spine, nata per far uscire la freccia pulita dall'arco. Che lo spine della freccia vada accordato al libbraggio e alla lunghezza della freccia è riportato: lo confermano tutti i modelli che l'hanno studiato, mentre nessuno ha confrontato i gruppi di arcieri con uno spine adatto e uno fuori misura. Quei modelli danno anche due valori utili qui: passare allo spine adiacente chiede circa undici newton di libbraggio, e dieci millimetri di asta valgono quattro newton e mezzo, per cui una freccia più corta si comporta come una freccia più rigida. Accorciarla troppo, però, porta la punta verso il rest, e ci si avvicina al caso ricostruito dalla prova sul kyudo.
Un'asta piegata
Dopo un urto la domanda più comune è se l'asta sia ancora dritta. Il registro tiene l'affermazione che un'asta più dritta dà impatti più raccolti come contestata, perché le prove dirette, tutte a macchina, vanno in direzioni diverse secondo quanto sono diverse le aste che si confrontano. Quella che somiglia di più a un'asta piegata da un colpo viene da un gruppo internazionale di arcieri, coordinato dall'Australia: aste in alluminio Easton X7 dritte entro un millesimo di pollice, piegate apposta al centro con un raddrizzatore a tre e poi a sei millesimi, e tirate con un compound montato su una macchina a 25 metri. Con le alette inclinate di 0,9 gradi il diametro del gruppo è passato da 27 millimetri a 30 e poi a 48.
Nel 2025, invece, su cinquantanove aste Easton X10 tirate da una macchina a 70 metri la rettilineità non entrava in nessun modello del punto d'impatto, perché quelle aste erano molto più dritte di quanto la tolleranza chiedesse: 0,007 millimetri in media, con un massimo di 0,015 contro i 0,025 dichiarati. Le due prove si conciliano se dentro un set da gara moderno la rettilineità varia troppo poco per contare, mentre un'asta che esce di molto dalla tolleranza può allargare il gruppo. Gli autori della prova sulle aste piegate aggiungono che l'alluminio può perdere rettilineità quando si tira su bersagli duri, e nella stessa prova la cocca ha cambiato il gruppo più della rettilineità: sulle stesse aste dritte, cambiando la cocca, il gruppo è passato da 44 a 27 millimetri. È su questa prova sola che il registro riporta che il tipo di cocca cambia la larghezza del gruppo.
L'usura da vibrazione
Si dice anche che le frecce non si stanchino, e che finché l'asta è integra resti quella del primo giorno. L'unica prova è un preprint del 2019, in cui una freccia per materiale, in carbonio, in alluminio e in cedro, è stata sottoposta a circa 600.000 cicli di vibrazione e poi rimisurata. Gli autori concludono che non cambia niente di significativo, ma nelle loro tabelle la rigidità stimata dopo i cicli è più alta in ogni misura, del 52 per cento nella freccia in carbonio e fra il 14 e il 29 per cento nelle altre; scende però anche la massa stimata della freccia in carbonio, da 10,3 a 9,0 grammi, cosa che un'asta intatta non dovrebbe fare, per cui una parte di quelle differenze è rumore del metodo. L'affermazione che centinaia di migliaia di cicli di vibrazione non cambiano in modo apprezzabile le caratteristiche di una freccia è perciò contraddetta, da un dato che va contro ma pesa poco. La prova, inoltre, riguarda la sola vibrazione: gli urti sul battifreccia e fra frecce restano fuori.
Riconoscere la freccia che esce dal gruppo
Molti arcieri si accorgono che una freccia ha un problema perché finisce fuori dal gruppo più spesso delle altre. Una macchina lo vede meglio, perché toglie di mezzo l'arciere. In una prova piccola del 2020 una macchina con un ricurvo da 40 libbre ha tirato sei frecce a 70 metri, in una giornata di poco vento; due erano difettose, e a una mancava un'aletta. Le quattro integre restavano dentro un cerchio di raggio doppio della deviazione standard, le due difettose finivano fuori, e ciascuna sempre dalla stessa parte, quella senza aletta in basso e l'altra a destra. Che una macchina lanciafrecce a 70 metri riconosca le frecce difettose è riportato, perché nessuno ha verificato che le frecce scartate dalla macchina siano quelle che fanno perdere punti in gara.
Per chi non ha una macchina, il problema è il rumore del proprio tiro. Nell'unico confronto fatto nello stesso impianto, a 55 metri, un arciere disperdeva 107 e 108 millimetri in verticale, contro i 34 di un robot e i 9 della sua versione migliorata; l'arciere era uno solo e tirava frecce diverse, e su questo confronto il registro riporta che una macchina lanciafrecce ben costruita raggruppa più stretto di un arciere. Per riconoscere a mano una freccia difettosa servono quindi frecce numerate e molte volée, perché il difetto deve emergere da un errore del tiro molto più grande.
Cosa ne ricavo per il campo
Nessuno studio ha messo alla prova una regola per decidere quando una freccia va buttata, e quello che segue è il modo in cui leggo queste misure sulla linea di tiro, non una procedura verificata.
La prima indicazione riguarda la lunghezza. Il caso ricostruito dalla prova sul kyudo nasce da un allungo più lungo del previsto o da una freccia troppo corta, per cui la freccia va tagliata in modo che la punta resti davanti al rest anche quando a pieno allungo si tira qualche centimetro in più del solito. Vale soprattutto per chi comincia e non ha ancora un allungo stabile, e la misura va ricontrollata ogni volta che cambiano l'allungo o la posizione del clicker. Una freccia che a pieno allungo cade dal rest non si rilascia: si torna indietro piano e si ricomincia.
La seconda riguarda lo spine. Il margine fra il carico del lancio e la soglia si riduce con più libbraggio, più peso in punta e un'asta più lunga o più morbida, per cui quando salgo di libbre ricontrollo sulla tabella del produttore che lo spine sia ancora adatto all'arco. È la stessa scelta che serve alla messa a punto, e l'articolo sul paradosso dell'arciere spiega perché.
La terza riguarda le ispezioni. Siccome i carichi più alti arrivano al lancio e nell'arresto, guardo la freccia ogni volta che ha colpito qualcosa di diverso dal battifreccia, soprattutto nella cocca e nella zona della punta. Il controllo che si insegna di solito per il carbonio, flettere l'asta con le mani e ascoltare se scricchiola, nessuno studio l'ha messo alla prova; per l'alluminio c'è la rotazione sulle unghie, e gli autori della prova sulle aste piegate scrivono che un'asta dritta entro un millesimo di pollice gira liscia, una a tre millesimi un po' meno e una a sei saltella in modo evidente. Una freccia con una crepa, una scheggiatura o la cocca spaccata io la metto da parte senza tirarla, perché nessuno ha misurato come regga il lancio un'asta in carbonio incrinata.
Per le frecce che sembrano integre ma tirano storte servono pazienza e numeri. Una freccia che per molte volée finisce fuori dal gruppo sempre dalla stessa parte va osservata: prima di dare la colpa all'asta le cambio la cocca, che nella prova sulle aste piegate pesava sul gruppo più della rettilineità, e se continua a uscire la metto da parte. Per un'asta che dopo un urto resta dritta e senza segni, invece, i dati non danno né un motivo per buttarla né la garanzia che sia rimasta quella di prima, e non esiste una scadenza in numero di tiri con una base misurata. Separare la freccia storta dagli errori del proprio tiro è il lavoro che descrive l'articolo sul pattern d'impatto delle frecce.
Dove la ricerca si ferma
Quasi tutto quello che si sa su come si rovina una freccia viene da banchi di prova e da macchine. La rottura per instabilità è stata provata su due aste in alluminio da kyudo, e nessuno ha compresso allo stesso modo un'asta in carbonio da tiro alla targa; le accelerazioni del volo e dell'impatto le ha misurate un gruppo solo, con un compound e un bersaglio a sacco; la fatica è stata studiata su una freccia per materiale e per la sola vibrazione. Nessuno ha seguito un set di frecce lungo una stagione per vedere quando e come si incrina. Per ora la decisione di buttare una freccia si regge su una meccanica ben capita, su qualche prova di laboratorio e su un buon senso che nessuno ha messo alla prova.