Vento e aria nel tiro con l'arco: rassegna Park 2019

Una rassegna della ricerca su come l'aria e il vento agiscono sulla freccia e sull'arciere, scritta da un ingegnere affiliato ad Archery Australia che di quella ricerca è uno dei principali autori.

I numeri che fissano la scala. Nel ricurvo maschile servono circa 665 punti su 720 nelle 72 frecce di qualificazione, una media di circa 9,2 per freccia, per stare intorno ai primi sedici e avere una probabilità ragionevole di medaglia; nel compound maschile circa 700 punti, cioè circa 9,7 per freccia, per stare intorno ai primi venti. Contro quella precisione, una freccia di ricurvo può derivare di tre o quattro anelli a 70 metri con un vento moderato, e una di compound di uno o due a 50 metri.

Durante la spinta la freccia subisce un'accelerazione di picco di circa mille volte quella di gravità. In volo libero una freccia impennata oscilla in beccheggio e imbardata attorno al proprio baricentro con un periodo che corrisponde a circa venti metri percorsi, e flette di lato a 80 o 90 hertz, conservando fino al bersaglio un'ampiezza ridotta ma ancora significativa.

Sull'aria attorno alla punta il risultato è specifico: osservando aste di grande diametro in un canale ad acqua, con punte più larghe dell'asta il flusso diventava turbolento subito dietro il gradino in tutti i casi, mentre con punte raccordate restava laminare e passava a turbolento più avanti lungo l'asta, a un numero di Reynolds di circa 450.000, per angoli di incidenza fino a due gradi.

Sulla deriva, le prove in galleria del vento e quelle a lunga distanza concordano: a parità di tutto il resto, l'asta di diametro minore derivava meno. E in prove con macchina lanciatrice, le frecce più rettilinee si raggruppavano meglio, mentre far ruotare la freccia attorno al proprio asse riduceva il gruppo in modo marcato.

I vuoti dichiarati sono altrettanto informativi: non c'è niente di pubblicato su come umidità, temperatura e pioggia agiscano sul volo della freccia, niente sulla condizione della superficie di punte e aste, niente sull'attrezzatura e sull'abbigliamento dell'arciere nel vento, e niente sulla pratica diffusa di appesantire l'arco contro le raffiche, che l'autore nota essere impegnativa da sostenere e potenzialmente legata a un rischio di infortunio.

Non c'è un protocollo da descrivere: è una rassegna narrativa, senza strategia di ricerca, criteri di inclusione o valutazione della qualità, e l'articolo si presenta per quello che è, una panoramica con l'indicazione delle direzioni da esplorare. Il testo è stato ricevuto il 14 marzo 2018 e accettato il 17 dicembre dello stesso anno.

Quello che la rassegna ripercorre è una catena di lavori che parte dal 1930, e nel farlo spiega su che cosa poggiavano. English, nel 1930, ricavò equazioni per gittata, traiettoria, tempo di volo, altezza massima e angolo di caduta, ma assunse la resistenza proporzionale alla velocità invece che al suo quadrato, cioè una legge valida alle velocità molto basse. Higgins, nel 1933, assunse un coefficiente di resistenza di 0,005 senza indicare da dove venisse. Liston, nel 1988, divise la freccia in quattro parti e usò per l'asta un'equazione che la fonte stessa dichiara applicabile sotto un numero di Reynolds di un milione, mentre quello di una freccia è molto più alto. Il lavoro del 2011 dello stesso autore della rassegna fa variare il tipo di flusso e i coefficienti lungo l'asta e ricava la resistenza integrando.

La misura diretta è il punto debole della catena, perché sostenere una freccia in galleria del vento senza disturbare il flusso è difficile. La soluzione citata come la più promettente è la sospensione magnetica usata da Miyazaki e colleghi, che tiene la freccia libera da appoggi e permette di scegliere l'angolo di incidenza: hanno misurato la resistenza della freccia intera fino a 45 metri al secondo, sotto i 55 a 65 di un ricurvo e i 75 a 90 di un compound. La freccia provata era una Easton ACE con alette Spin Wing e senza cocca, perché il lancio ad aria compressa richiedeva la parte posteriore libera.

I modelli della spinta vanno da Klopsteg e Pekalski fino alla soluzione alle differenze finite di Kooi e Sparenberg, che trattano la freccia come una trave di Euler e Bernoulli inestensibile. Sono stati confrontati con fotografie a lampo e con il video ad alta frequenza di sedici arcieri ripresi all'evento test dei Giochi di Londra, che in questo registro ha una scheda propria.

È la rassegna di un autore su un campo in cui è lui uno dei principali contributori: nove dei ventotto riferimenti sono suoi. Non c'è un metodo dichiarato di selezione, quindi quello che entra e quello che resta fuori è un giudizio, e anche le aree indicate come non studiate sono indicate in base alla conoscenza che una persona ha della letteratura.

Alcune affermazioni non hanno una fonte pubblicata dietro. Il passaggio sulle frecce che escono dall'arco già ruotando attorno al proprio asse, anche senza alette, poggia su un lavoro descritto come non ancora pubblicato, e l'autore scrive di non avere visto una spiegazione soddisfacente del perché accada.

Le cifre sulla deriva, tre o quattro anelli a 70 metri e uno o due a 50, sono date come quello che non è insolito vedere, non come una misura con una velocità del vento associata, e il vento moderato non è definito in nessun punto. Le soglie di punteggio, 665 e 700, sono approssimazioni per il campo maschile dell'epoca in cui il testo è stato scritto, e si spostano con il livello della competizione.

I limiti del lavoro sottostante sono dichiarati con chiarezza, e sono sostanziali. La resistenza di una freccia intera non è ancora stata misurata direttamente alle velocità di gara. La prova di deriva in galleria del vento era compromessa dal fatto che a velocità del vento alte le frecce arrivavano sul bersaglio inclinate, lasciando buchi allungati che rendevano imprecisa la lettura dello spostamento. E tutti i modelli di volo libero assumono aria ferma oppure aria in movimento uniforme, che è esattamente la condizione che una gara all'aperto non offre: il vento sul campo è a raffiche e cambia da un punto all'altro della distanza.

Il contenuto pratico sta nell'ordine delle cause. Fra le cose che un arciere può cambiare in una freccia per il vento, quella con una prova dietro è il diametro dell'asta: in queste misure l'asta più sottile, a parità di tutto il resto, derivava meno. La seconda è la forma della punta, dove il risultato è preciso: una punta che sporge oltre l'asta rende turbolenta l'aria da quel gradino in poi, una punta raccordata lascia il flusso laminare per una parte della lunghezza. Poi rettilineità e rotazione, che nelle prove con macchina lanciatrice hanno entrambe stretto il gruppo.

Quello che la rassegna non sostiene è il resto di quello che si dice sul meteo. Su umidità, temperatura e pioggia la posizione dell'autore è che non è stato pubblicato niente, e questo è un vuoto, non un risultato in un verso o nell'altro. Lo stesso vale per l'abbigliamento, per il comportamento dello stabilizzatore in un vento laterale e per l'abitudine di aggiungere massa all'arco contro le raffiche: è pratica senza misure pubblicate, e l'autore aggiunge che quella massa in più è faticosa da tenere e potrebbe avere un suo costo.

L'ultimo punto riguarda l'arciere più che la freccia, ed è quello su cui la rassegna insiste. La raffica non agisce solo sul volo: muove il corpo e l'arco, sposta il mirino dal punto di mira e rende più difficile eseguire il rilascio in modo pulito, sia attraverso il clicker sia con uno sgancio meccanico. Nessuna delle due cose è mai stata misurata, e l'autore la indica come l'area dove ci sarebbe più da guadagnare. Nel registro questo lavoro vale come inquadramento di un filone, non come evidenza su un'affermazione: le misure sono negli studi che cita.