Punta elettronica sul volo della freccia: Barton 2011

Gli autori, un gruppo del Tyndall National Institute di Cork insieme a un'azienda americana del settore, presentano una punta elettronica che si avvita al posto della punta normale e registra il volo della freccia. In un cilindro di 9 mm di diametro e 40 mm di lunghezza ci sono un accelerometro a tre assi, un interruttore d'urto che fa partire la registrazione, un microcontrollore e una memoria per quattro tiri. Dai dati il sistema ricava velocità di partenza e d'arrivo, energia cinetica, quantità di moto, tempo di volo e coefficiente di resistenza, una volta inseriti la distanza e il peso della freccia.

Il confronto principale è stato fatto al poligono balistico del NIST, l'istituto americano di metrologia, con il suo cronografo di riferimento e tre cronografi commerciali. Su quattro tiri la punta ha dato una velocità media di partenza di 82,09 m/s contro 82,575 del riferimento, lo 0,587% in meno, con una deviazione standard di 0,067 m/s contro 0,448. I cronografi commerciali, che davano valori interi, restavano tra l'1,5 e l'1,9% sotto il riferimento. Solo la punta poteva misurare anche l'arrivo: 78,193 m/s all'impatto e 173,926 ms di volo su 13,94 metri.

Prima di progettare l'involucro gli autori avevano stimato le accelerazioni da sopportare con riprese ad alta velocità di sette tiri da un compound: circa 1.100 g alla partenza e circa 3.700 g all'impatto su un bersaglio a sacco.

Per stimare le accelerazioni sono state usate due telecamere a 5.000 fotogrammi al secondo, una sulla partenza e una sull'impatto, con un compound Mathews Drenalin a 64 libbre e 29 pollici di allungo e una freccia leggera da 23,2 g segnata a intervalli noti; la posizione nel tempo è stata approssimata con un polinomio e derivata due volte. Da qui i requisiti: meno di 1.200 g alla partenza e meno di 5.000 g all'impatto per la maggior parte dei compound. L'involucro in lega d'alluminio, con la filettatura standard 8-32 degli inserti, è stato provato con cadute a 5.000 g.

L'accelerometro (un ADXL345 a 10 bit con fondo scala di 16 g) registra a 3.200 campioni al secondo per 800 ms dopo che l'interruttore d'urto supera i 150 g. Partenza e impatto mandano il sensore oltre la scala ma restano riconoscibili nel segnale, mentre il volo libero ci sta dentro. La punta pesa 6,48 g. Per il confronto al NIST è stata usata una macchina lanciafrecce Spot-Hogg Hooter Shooter con sgancio azionato ad aria, un compound Elite Hunter da 60,6 libbre e 29 pollici e frecce Easton ST Epic da 27,5 pollici e 24,753 g compresa la punta, a 13,94 metri. Gli autori dicono di aver costruito fino a 70 punte e di averne usate alcune per oltre 100 tiri senza perdita di prestazioni.

La precisione dichiarata, entro lo 0,59%, viene da quattro tiri con un solo arco, una sola freccia e una sola distanza: è un'indicazione promettente, non una validazione. La punta ha letto un po' meno del riferimento in tre tiri su quattro (nel terzo 82,00 contro 81,97), e la sua dispersione molto più bassa di quella del cronografo del NIST può voler dire che il calcolo smussa le differenze tra un tiro e l'altro; l'articolo non ne discute. Velocità d'arrivo e tempo di volo non hanno nessun riferimento indipendente, e non ci sono dati sul coefficiente di resistenza né sulle vibrazioni dell'asta, che l'abstract cita tra le grandezze misurabili.

Il sistema è pensato per il compound e per la caccia. Uno degli autori appartiene all'azienda americana che ha sviluppato il prodotto, e il lavoro è una comunicazione breve a un convegno di ingegneria dei sensori, senza analisi statistiche.

Per un arciere il dato più utile riguarda i cronografi commerciali: in questa prova i tre modelli leggevano tra l'1,5 e l'1,9% sotto il riferimento, più di un metro al secondo su 82, e davano solo valori interi. Chi confronta un dato preso con uno di questi strumenti con quello di un altro cronografo, o con la velocità dichiarata da un produttore, si porta dietro un errore di oltre un metro al secondo. Con lo stesso strumento lo scarto sistematico dovrebbe pesare meno, ma resta l'arrotondamento al metro al secondo: una differenza piccola tra due assetti, due punte o due pesi di freccia per esempio, si distingue solo con molti tiri e nella stessa luce.

Una punta che misura tutto il volo permette invece di vedere quanta velocità la freccia perde prima del bersaglio, cosa che dipende da peso, impennaggio e forma: qui da 82,09 a 78,193 m/s in 13,94 metri, un dato che vale per un solo assetto. Per il ricurvo la cosa resta teorica, perché una punta elettronica da 6,48 g non è la punta che l'arciere usa in gara, e con lei cambierebbero il bilanciamento della freccia e lo spine dinamico.