Matematikere afslører videnskaben bag kunstskøjteløb

En ny matematisk model udviklet af forskere fra University of Alberta viser, hvordan kunstskøjteløbere bevæger sig hen over isen - og kan hjælpe professionelle skatere med at finpudse deres teknik eller forhindre skader.

"Vi kan beskrive kunstskøjteløberens bevægelse, " sagde ph.d.-studerende Meghan Hall. "Hvis jeg vil lave denne bevægelse eller dette mønster, hvad skal jeg gøre med min krop? Hvad er den optimale måde at gøre det på? Eller, hvis jeg ikke er sikker på, hvordan man laver en bestemt bevægelse eller et bestemt mønster, dette system vil modellere den bevægelse, jeg skal lave for at producere den."

Hal, en rekreativ kunstskøjteløber i 20 år, udfører forskningen sammen med medstuderende Vaughn Gzenda under vejledning af Vakhtang Putkaradze.

I den første af to undersøgelser, forskerne bemærker, at tidligere forskning har set på kunstskøjteløbs todimensionelle fysik, men deres nye model er den første, der bruger ikke-holonomisk mekanik, eller mekanik med begrænsninger, at vise, hvordan en krop bevæger sig på is i tre dimensioner.

"Det viser sig, at vi kan løse dette problem i hånden, hvilket er utroligt, fordi ligninger i ikke-holonomisk mekanik er meget komplekse, " sagde Putkaradze, som i øjeblikket er seniordirektør for videnskab og teknologi hos ATCO's Transformation Team.

Sekundet, kommende undersøgelse omfatter et bibliotek med alle de forskellige bevægelser og baner, en skater kan tage.

"Det faktum, at bevægelsesligningerne er integrerbare, eller fuldstændigt løseligt, er højst overraskende, " sagde Gzenda. "Mekaniske systemer med ikke-holonomiske begrænsninger, som også er integrerbare, er yderst sjældne. Der er en relativt kort liste over kendte eksempler - et eksempel er en symmetrisk rullende kugle. En anden er, hvordan en slæde bevæger sig langs en overflade.

"Vores model er, så vidt vi ved, den nyeste på denne liste."

Praktiske anvendelser

"Kunstskøjteløb inspirerede dette forskningsprojekt, og nu inspirerer projektet mig, når jeg er på isen, " sagde hun. "Jeg har haft en meget anderledes tilgang til skøjteløb gennem hele min karriere - sandsynligvis fordi mit hoved bare tænker på denne måde. Nu har vi bygget en simulering, og jeg kan se, på skrift, hvordan man flytter min krop."

Udover inspiration på isen, forskningen har potentielle praktiske anvendelser for både skatere og trænere, Putkaradze bemærkede.

"Dette ville være en fantastisk måde at forstå, hvordan folk træner og kunne bidrage til bedre kunstskøjtetræning, " han sagde.

Det kan også hjælpe skatere med at undgå almindelige skader som spiralbrud i underbenet.

"Dette kan potentielt gælde klinge- eller støvledesign, eller endda teknik til at undgå disse skader, " tilføjede Hall.

Den første undersøgelse, "Integrerbarhed og kaos i kunstskøjteløb, "af Gzenda og Putkaradze, blev offentliggjort i Tidsskrift for ikke-lineære videnskaber .