4 – Balistica del TBS

(Articolo by ArbaMario @Arbalogica)

Introduzione

Il tiro al bersaglio subacqueo è una disciplina di grande fascino nella quale si possono affinare parecchie capacità, prime fra tutte la concentrazione e l’attenzione ai propri gesti e la sensibilità all’allestimento del fucile. Tuttavia per chi si accosta al tiro al bersaglio per la prima volta, specie se ha già esperienza di pesca, ottenere da subito dei risultati interessanti non è così immediato. Infatti gli allestimenti e le strategie di mira sono nettamente differenti, pur mantenendo degli utili punti di contatto: mentre ai fini venatori si ricerca spesso una estremizzazione della potenza e si approccia il tiro mirando, come si suol dire, “dritto per dritto”, cioè immaginando una traiettoria rettilinea che va dalla punta dell’asta al pesce, nel tiro al bersaglio, invece, l’allestimento dell’arma è molto meno esasperato, anche per ragioni di sicurezza e di organizzazione delle competizioni. Questo si riflette sulla traiettoria che è significativamente più parabolica e sulle strategie di mira molto più complicate e meno istintive.

Picture1Figura 1. Il bersaglio per il tiro subacqueo è costituito da 6 cerchi concentrici cui viene assegnato un punteggio crescente dall’esterno verso il centro. Il cerchio più piccolo ha un diametro di 12mm.

Di fatto, nel tiro al bersaglio subacqueo la traiettoria seguita dall’asta assume una importanza fondamentale, superiore a quella che ha nella pesca stessa. L’obiettivo del tiro al bersaglio, infatti, si focalizza sulla estrema precisione del tiro, che deve centrare un cerchietto di appena 12 millimetri di diametro, e sulla elevata ripetibilità di tali performances.

Per chi pratica il tiro al bersaglio, dunque, precisione e ripetibilità del tiro sono le finalità principali da ottenere durante gli allenamenti.

Per i neofiti è importante riuscire ad incamminarsi da subito con efficacia lungo questo percorso di miglioramento continuo che porta prima a cogliere i segreti per fare centro e poi quelli che garantiscono una elevata probabilità di ripetere il centro ad ogni tiro.

La precisione e la ripetibilità si ottengono sia lavorando sull’arma sia allenando le attitudini psicofisiche del tiratore. Poiché per scelta di regolamento il tiro al bersaglio conta solo su fucili di serie senza mirini o stabilizzatori, le capacità del tiratore vengono esaltate ben più delle caratteristiche tecniche dell’attrezzatura. Per questo motivo l’allenamento continuo e metodico per affinare la propria concentrazione e la ripetizione inconscia del gesto tecnico rappresentano il cuore della preparazione del tiratore. Trascurare però la cura dell’allestimento dell’arma e lo studio dettagliato della posizione sarebbe un grave errore da parte di si accinge a questo sport: tutto si svolge con un attrezzo figlio della tecnica e sotto le leggi fisiche che governano il nostro universo, ignorarlo è impossibile.

 

Leggi della meccanica e traiettoria

La matematica ci insegna che se abbiamo mirato bene, a parità di condizioni al contorno, l’asta traccerà sempre una e una sola traiettoria: quella verso il centro del bersaglio. Purtroppo nel mondo reale non è così e tutta la difficoltà del tiro è racchiusa nella frase “a parità di condizioni al contorno”. Si tratta di avere sempre la stessa inclinazione del fusto, la stessa quota di lancio, la stessa forza di spinta impressa dagli elastici, le stesse reazioni di rinculo e rilevamento del fucile, le stesse oscillazioni dell’asta, la stessa distanza dal bersaglio, lo stesso controllo del nostro fisico, la stessa temperatura in acqua, le stesse turbolenze, etc…

È evidente che è pressoché impossibile evitare la variabilità di queste “condizioni al contorno”, ma il lavoro del bravo tiratore mira comunque a ridurre la casualità dietro queste variabili sia dal lato tecnico, sia quello umano.

Sostanzialmente, poiché l’asta, sotto la spinta degli elastici, la forza di gravità, la spinta di Archimede, la resistenza dell’acqua e la portanza, compie una traiettoria curva, il tiratore deve cercare di porsi sempre nelle stesse condizioni di mira e di posizione per far compiere all’asta sempre lo stesso arco di parabola. Conoscendo le cause principali che generano variabilità delle condizioni iniziali, il tiratore può mettere in atto delle strategie tese a minimizzare queste piccole deviazioni.

Picture2Figura 2. Un atleta posizionato per il tiro libero. Il vettore bianco r(t) descrive la posizione del centro di massa dell’asta durante il suo moto, ovvero la traiettoria reale individuata dalla linea tratteggiata gialla. La linea tratteggiata in rosso rappresenta, invece, la traiettoria ideale rettilinea che l’asta seguirebbe se non fosse soggetta alla forza peso, detta linea di tiro.

 

L’allestimento dell’arbalete: minimizzare le imprecisioni dell’arma

La prima fonte di imprecisione, ma anche la più semplice da ottimizzare, è proprio il fucile che abbiamo deciso di impiegare. È intuitivo che la spinta degli elastici, la generazione di momenti di rinculo verticali o orizzontali, eventuali reazioni sull’asta, o la rettilineità della stessa, gli archetti o la disposizione del monofilo, sono tutti elementi che in diversa misura possono modificare la traiettoria.

La spinta degli elastici

Gli elastici sono uno dei componenti principali del nostro arbalete in quanto sono preposti a realizzare la spinta dell’asta che dovrà andare a colpire il bersaglio. Dobbiamo, pertanto, chiederci quali caratteristiche possano influire sulla ripetibilità della spinta da essi impressa.

In particolare:

  1. Le performances della spinta degradano tiro dopo tiro?
  2. La velocità con cui carichiamo le gomme, ha importanza?
  3. La temperatura influisce sulla resa elastica?

Per tutte queste domande, nella letteratura tecnico-scientifica, esiste una risposta di carattere generale strettamente legata alla particolare struttura molecolare che contraddistingue gli elastomeri. Una risposta quantitativa, invece, deve essere trovata caso per caso in funzione della mescola e delle condizioni di impiego.

Durante una gara di tiro al bersaglio, come durante una battuta di pesca, ci troveremo a caricare frequentemente l’arbalete e sparare. È necessario che in questi cicli di carico e scarico le performances meccaniche degli elastomeri non mutino eccessivamente per poter garantire dei tiri ripetibili. In realtà l’energia restituita dagli elastici subisce un progressivo degrado man mano che ripetiamo i cicli di carico e scarico.

Picture3Anche la velocità di allungamento influisce sulla risposta meccanica: un’alta velocità di deformazione determina uno spostamento delle curve verso l’alto a significare un aumento della rigidità.

Picture4Ora se questo fenomeno sia quantitativamente rilevante nel contesto di una sessione di tiro è da dimostrare, tuttavia sappiamo che è una caratteristica degli elastomeri.

Anche la temperatura condiziona notevolmente il comportamento delle gomme e anche in modo piuttosto complesso a seconda dell’allungamento percentuale e della tipologia di gomma. All’aumentare della temperatura, la gomma elongata, aumenta il suo carico, mentre al diminuire della temperatura il carico diminuisce. Tale variazione di sforzo è tanto più sensibile quanto più la gomma è stirata percentualmente.

Alcune mescole sono particolarmente più sensibili di altre alla perdita (o aumento) di carico con la temperatura per cui è bene scegliere delle mescole il più stabili possibile.

Rinculo e momenti di rinculo

La ripetibilità del tiro viene fortemente influenzata dalle reazioni indotte sul fusto e sull’asta dalla forza di spinta degli elastici. In particolare le reazioni indotte sul fusto si ripercuotono direttamente sia sul polso e sul braccio del tiratore mettendo in crisi la posizione e l’allineamento iniziali sia sull’asta che subisce deviazioni e oscillazioni a causa del contatto con il fusto. La reazione sul fusto viene indicata genericamente con il nome di rinculo.

Il rinculo è un fenomeno complesso che in realtà si può separare in tre componenti differenti che agiscono in direzioni differenti:

  • un rinculo lineare (vero e proprio) che fa arretrare il fusto e il braccio in direzione opposta a quella di eiezione dell’asta
  • un momento verticale di rinculo che tende a fare alzare la testata del fucile e abbassare il polso
  • un momento orizzontale di rinculo che tende a far spostare a destra o a sinistra il fusto.

Tutte queste componenti sono pressoché ineliminabili in quanto fenomeni scritti “nel codice genetico” della fisica, ma si possono mettere in atto delle strategie opportune per minimizzarli a patto di conoscerne l’origine e i fattori che le influenzano.

L’arretramento (ma anche le rotazioni) del fusto può essere limitato adottando un fucile di massa notevole. Parimenti l’impiego di elastici di sezione sottile e di un fattore di allungamento modesto aiuteranno nel contenere questo effetto.

Il momento di rinculo verticale si origina dal fatto che la forza di spinta e la reazione di rinculo non sono coassiali ma separate da una distanza (detta braccio) piccola, ma sufficiente a generare un momento, ovvero una rotazione. Il polo di tale rotazione, ovvero il punto in cui è “incernierato” il fusto è la cosiddetta “sella del pollice”, ma di fatto l’articolazione stessa del polso ne fa parte. Progetti di arbaletes che minimizzano il braccio tra la forza di spinta e la reazione di rinculo, sono da preferire. Il momento di rinculo verticale, inoltre, è in grado di modificare la traiettoria dell’asta a causa della collisione della testata (che si impenna) con la porzione terminale dell’asta stessa che viene deviata verso l’alto.

Il momento di rinculo orizzontale, invece, si origina dal possibile squilibrio tra la spinta dei due bracci degli elastici.

 

Oscillazioni dell’asta

È intuitivo che una punta che oscilla nel raggiungimento del bersaglio causerà una certa indeterminazione nel risultato proporzionalmente all’ampiezza dell’oscillazione stessa. In una disciplina come il tiro al bersaglio questo fenomeno può valere punti preziosi.

L’oscillazione (o spine) trae origine dall’azione combinata del “carico di punta” e dei momenti di rinculo. Il carico di punta è connesso con l’accelerazione che subisce la freccia e con la sua rigidità. Il modo, quindi, di restituire la spinta da parte della gomma è fondamentale sia nel controllo dello spine sia nel controllo del rinculo. Gomme molto reattive che consentono il raggiungimento della velocità massima in tempi molto rapidi durante la balistica interna generano forti accelerazioni che, da un lato, imprimono una maggiore deformazione all’asta, dall’altro, danno luogo ad un impulso di rinculo più “brusco” e più difficilmente gestibile. Gomme, invece, più progressive che consentono il raggiungimento della velocità massima solo al termine della spinta, danno luogo ad una accelerazione inferiore e quindi ad una oscillazione minore, nonché ad un rinculo più gestibile.

Ovviamente gli acciai non sono tutti eguali e leghe e trattamenti che offrono una maggiore rigidità daranno risultati migliori dal punto di vista della attenuazione della flessione dell’asta e tempi di smorzamento delle oscillazioni più brevi.

 

La corretta impostazione del tiro: minimizzare le variazioni sulle condizioni iniziali

Analizziamo le principali fonti di indeterminazione che pesano sulle condizioni iniziali di tiro.

La posizione iniziale sarà determinata dal posizionamento assunto dall’atleta al momento del tiro.

La velocità iniziale dell’asta dipenderà (a) dalla balistica interna dell’arbalete e (b) dall’angolazione che imporremo al fusto rispetto al piano di appoggio e che è detta angolo di tiro theta.

Picture5Figura 3. La velocità iniziale presenta una certa angolazione rispetto al piano orizzontale (in grigio) che congiunge l’occhio del tiratore con il centro del bersaglio. Questa angolazione (angolo di tiro) consente di compensare la traiettoria parabolica reale dell’asta (in nero) facendo in modo che la freccia impatti il bersaglio proprio nel suo centro. A questo scopo, il tiratore dovrà traguardare un altro punto del bersaglio che si trova lungo il prolungamento ideale dell’asta detto linea di mira (in verde).

La combinazione di questi parametri, posizionamento e angolo di tiro, contribuisce a determinare la linea di mira che è la linea retta ideale che passa per il nostro occhio e che, lambendo il mirino (ad es. la punta dell’asta), termina in un punto del bersaglio.

 

La posizione

Una posizione corretta e sempre ripetibile è fondamentale per il raggiungimento di obiettivi di alto livello. Bisogna riuscire ad ottenere una posizione operativamente individuabile e controllabile rispetto al bersaglio.

Poiché il tabellone con i bersagli reca cinque differenti bersagli, la prima domanda che ci si potrebbe porre sulla scelta della posizione è se essa debba essere sempre la stessa in senso assoluto, ovvero una sola indipendentemente dal bersaglio a cui si mira, oppure se debba essere sempre la stessa relativamente al bersaglio da colpire.

Il primo caso, evidentemente, adotta una semplificazione sulla posizione di tiro perché ci vede fissi in una posizione assegnata nella piscina, ma impone di adottare cinque differenti set di riferimento per la linea di mira, uno per ciascun bersaglio.

Picture6 Figura 4. Confronto tra il posizionamento di due atleti durante una sessione di allenamento preparatoria per una gara. A sinistra l’elegante e perfetto posizionamento di Giuseppe Meduri. A destra un giocoso esempio da non imitare ad opera del simpatico e bravo T-Lux.

Il secondo caso consiste nel cercare di tenere sempre lo stesso allineamento e la stessa quota di mira rispetto ai singoli bersagli. Il che vorrà dire che dovremo, di volta in volta, spostarci e allinearci con i bersagli centrale o laterali, ma facendo sì che anche il nostro occhio si trovi sempre alla stessa quota di mira relativamente al bersaglio: dovremo quindi adottare tre quote differenti, una per i bersagli bassi, una per il bersaglio centrale e una per i bersagli alti. Questa difficoltosa e attenta variazione della posizione ci consentirà di adottare una unica linea di mira indipendentemente dal bersaglio a cui spariamo e di ridurre errori di parallasse.

È ovvio che tra questi due casi estremi ci possono essere varie combinazioni intermedie che possono adattarsi meglio alle predisposizioni di ciascun tiratore.

 

L’angolo di tiro e la linea di mira

La scelta opportuna della posizione risolve il problema che matematicamente si indica con “posizione iniziale”. Il problema della costanza della velocità iniziale, invece, dipende sia dall’arma, sia, ancora una volta, da noi. Infatti la velocità iniziale non è solo un numero (determinato dalla balistica interna dell’arbalete), ma è anche una direzione e un verso. E sono proprio le angolazioni che noi imponiamo al fusto che contribuiscono a determinare la direzione iniziale della velocità. In tal senso l’angolo di tiro influisce sulle condizioni iniziali della velocità.

È dunque fondamentale individuare degli opportuni riferimenti che ci consentano di tenere sempre la stessa angolazione del fusto rispetto al bersaglio prescelto.

Se abbiamo scelto di tirare da una posizione unica, per esempio prendendo come riferimento il bersaglio centrale, l’angolo di tiro (verticale) sui bersagli superiori e inferiori dovrà essere adattato e risulterà impercettibilmente più piccolo di quello di riferimento preso sul bersaglio centrale.

Ad una prima osservazione questa correzione potrebbe lasciare stupiti, tuttavia ci rendiamo ben conto della riduzione dell’angolo di tiro se estremizziamo tale angolazione: pensiamo di dover tirare ad un bersaglio posto perfettamente al di sopra di noi e ad uno perfettamente al di sotto, in entrambe i casi l’angolo di tiro si sarà ridotto a zero!

Chiusa questa digressione, torniamo ad analizzare il caso concreto della posizione unica di tiro. Abbiamo compreso, quindi, che oltre all’angolo di tiro di riferimento sul bersaglio centrale, dovremo adottare altre due angolazioni di tiro: una per i bersagli alti e una per i bersagli bassi. A queste corrisponderanno delle linee di mira differenti. In definitiva, la posizione unica comporta l’adozione di cinque differenti linee di mira.

Se, invece, sceglieremo sempre la stessa posizione relativa al singolo bersaglio dovremo assumere cinque posizionamenti differenti, i riferimenti relativi all’angolazione del fusto, però, non dovranno mai cambiare e sarà possibile adottare una unica linea di mira.

 

Tensioni muscolari e reazione al momento del tiro

Le nostre responsabilità sulla riuscita del tiro non sono ancora terminate. Il controllo psicomotorio è fondamentale. L’autocoscienza e la capacità di sentire e immaginare il nostro corpo nello spazio sono determinanti. La capacità di tendere gradualmente e saldamente i muscoli di polso e braccia per reagire e limitare il rinculo offre un contributo essenziale alla precisione del tiro. Tante volte infatti capiterà di lasciare andare il polso facendo deviare a destra o a sinistra il tiro. Molta cura, altresì, va posta nella posizione e nella rigidità dell’articolazione del gomito. Non ultimo il controllo sulla posizione e allineamento delle spalle, del collo e all’inclinazione della testa.

Questa che coinvolge gli aspetti umani è la parte più difficile dell’allenamento di un tiratore e richiederebbe una trattazione specifica che lascio a chi ha più competenza di me a riguardo.