Er nogle underlag bedre end andre?

Hvad er dit favoritunderlag? Hvis du er ung, handler det måske om, hvad der passer bedst til dit spil. Hvis du er en ældre tennisspiller, bestemmer dine smerter i ankler, knæ og hofter sikkert dit favoritunderlag. I dette indlæg vil jeg præsentere en undersøgelse af forskellige underlags evne til at dæmpe kræfterne i benenes led. Hæng på gennem den tekniske forklaring, for resultaterne er både markante og – synes jeg – lidt overraskende.

Om sommeren i Danmark er det sjældent et problem for de ældre spillere. Næsten al udendørs tennis i Danmark foregår på grus, som både er lidt blødt og har en begrænset friktion, så der er en grænse for de kræfter, der kan forplante sig op i benene, når man løber rundt på det. Men det er interessant at sammenligne med USA, hvor de fleste baner er hard courts, som dels er hårdere end grus (hvor hårde kommer vi senere tilbage til) og dels holder sko og fødder næsten urokkeligt fast. Jo, jo, jeg har da set, at Djokovic kan glide ½ meter på en hard court, men det kan almindelige dødelige altså ikke. Nå, men jeg rejser ret ofte i USA og har altid ketsjeren med og har observeret det interessante, at rigtigt mange klubber i pensionistparadiset Florida omlægger deres baner fra hard court til grus. Det gør de netop, fordi deres aldrende publikum foretrækker det mere eftergivende underlag.

2014-10-19 14.22.23
Tennishallen i Nørresundby.

Tilbage i Aalborg starter balladen om vinteren. Jeg aftjener en slags værnepligt som bestyrelsesmedlem i en lille tennisklub i Nørresundby, som helt unikt er begavet med to pragtfulde, indendørs tennisbaner. Hver vinter myldrer det ind med medlemmer, som gerne vil holde formen ved lige hen over de kolde måneder. Men der er en klasse af medlemmer, som vi sjældent får: Alle de midaldrende og ældre spillere med begyndende slidgigt fravælger os, fordi de indendørs baner er hard courts, og de synes, at de får ondt i benene af at spille på dem. Vi har en tredje indendørs bane i byen, som består af et gulvtæppe lagt på træplader spændt ud mellem strøer. Det minder konstruktionsmæssigt om et trægulv i en gammeldags gymnastiksal, og det foretrækkes af flere af de ældre spillere.

Her kommer biomekanikeren op i mig. Ankelleddet er tættest ved gulvet, og før gulvreaktionskræfterne når hertil, skal de først igennem skoens ret bløde sål og hælens endnu blødere fedtpude. Så tænker jeg, at i forhold til disse to elementers dæmpning, betyder det nok mindre, om selve gulvet er hard court eller gymnastiksal. På den anden side set bedyrer en overvældende majoritet af modne spillere, at de får ondt i benene af at spille på hard court i Nørresundby. De er fornuftige og for det meste ædruelige personer, så noget hænger ikke sammen, og det er naturligvis en god anledning til en nærmere undersøgelse.

Den slags undersøgelser kan udføres af studerende (og kandidater) i Idrætsteknologi, som vi uddanner på Aalborg Universitet, og i foråret 2015 arbejdede Søren ter Beek, Adam Frank, Rasmus Hagen, Rasmus Kokholm, Jonas Møll og Mathias Sonsby fra 8. semester på Idrætsteknologi med netop dette emne. Nedenfor gengiver jeg nogle af deres resultater.

Der kan umiddelbart identificeres to forbundne problemstillinger. For det første vil vi gerne kunne teste gulvets evne til at absorbere stød, og for det andet vil vi gerne vide, hvad dette betyder for eventuelle smerter i leddene. Især det sidste er umiddelbart lidt vanskeligt, men de studerende fandt hurtigt ud af, at tyske forskere tidligere har tænkt over det samme og har udviklet en ”kunstig atlet”, som endda er blevet en europæisk standard. Den består af et lod og en meget stiv fjeder med en lille fod for enden. Når man dropper loddet ned på gulvet, rammer foden først, og fjederen dæmper sammenstødet. Oven på loddet er placeret et accelerometer, som er en lille elektronisk dims, der kan måle loddets acceleration ved sammenstødet med gulvet og sende signalet trådløst til en forbundet computer. De tyske forskere har kombineret loddets masse, drophøjden og fjederens stivhed på en sådan måde, at den målte acceleration formodes at kunne karakterisere påvirkningen af atletens fysiognomi. Det kræver imidlertid et ret tungt lod og en meget stiv fjeder, så vore studerende begyndte derfor deres arbejde med en matematisk model, som tillod dem at finde en kombination af mindre fjederstivhed, mindre masse og større drophøjde, som gav præcist samme påvirkning af gulvet som den tungere tyske model. Fra loddets acceleration kan man præcist beregne den kraft, som den kunstige atlet er blevet udsat for.

ArtificialAthlete
Den kunstige atlet. For neden ses fjederen med fod. Over denne loddet, og øverst en lille kasse med accelerometer.

Den nye udgave af den kunstige atlet blev fremstillet, og den kan ses på billedet klar til at måle i tennishallen i Nørresundby.
De studerende gik nu i gang med at undersøge to aspekter. For det første ønskede de at bestemme den rå forskel mellem tre forskellige slags gulve: Et råt betongulv, en hard court tennisbane og et trægulv i en gammeldags gymnastiksal. For det andet ville de gerne kende betydningen af skoen på de forskellige gulvtyper. Til dette formål droppede de loddet på tre forskellige typer badmintonsko med såler af forskellige hårdheder. Det giver i alt 12 forskellige kombinationer, og resultaterne ses i figuren nedenfor.

floorresults
Kraftpåvirkning af den kunstige atlet på forskellige underlag. C = Concrete = betongulv. C+S1 = Sko nr. 1 på betongulv. C+S2 = Sko nr. 2 på betongulv. C+S3 = Sko nr. 3 på betongulv. H = Hard court. H+S1 = Sko nr. 1 på hard court. H+S2 = Sko nr. 2 på hard court. H+S3 = Sko nr. 3 på hard court. W = Wood = trægulv. W+S1 = Sko nr. 1 på trægulv. W+S2 = Sko nr. 2 på trægulv. W+S3 = Sko nr. 3 på trægulv.

Bemærk, at hvert forsøg blev gentaget mange gange, og søjlernes højde er middelværdien af resultaterne, mens de tynde T-formede streger angiver den statistiske spredning af resultaterne. Her er der tale om en teknisk måling med stor reproducérbarhed, og derfor er den statistiske usikkerhed lille; resultaterne ser ud til at være temmeligt pålidelige.

Hvis vi i første omgang fokuserer på søjlerne C, H og W, kan vi se flere overraskende ting. Hard court har inden for den statistiske usikkerhed samme hårdhed som beton. Derfor kan vi sige, at hard court, som burde indeholde en smule stødabsorbering, i hvert fald i Nørresundby Tennishal er et meget hårdt underlag. Overraskende meget anderledes er det med trægulvet, som kun overfører halvt så store kræfter til den kunstige atlet som hard court. Det er en temmelig stor forskel.

Gør skoene også en forskel? Ja, det gør de bestemt, især på hard court, hvor de reducerer kraften med ca. 30%, men det er meget overraskende, at denne reduktion er mindre end reduktionen fra trægulvet alene. Trægulv plus sko reducerer naturligvis yderligere, og reduktionen er her omkring 60%, mens den for trægulvet alene er 50%. Skoene betyder altså relativt mindre på trægulvet end på hard court.

Endelig er der en overraskelse gemt i de tre forskellige sko, som man skal have haft i hånden for at forstå. Man kan se, at sko nr. 2 på alle underlag stødabsorberer lidt bedre end de to andre. Dette er overraskende, fordi sålen på denne sko umiddelbart virker som den hårdeste. Forklaringen er, at på de blødere såler træder den kunstige atlet igennem den bøde zone og får komprimeret sålen så meget, at den bliver hård. I dette tilfælde er det altså bedre med en lidt hårdere sål, der beholder sin elasticitet gennem hele deformationen.

Jeg må med andre ord æde min første indskydelse om skoenes større betydning i mig og indrømme, at det nok ikke er rent hysteri, når tennisspillere på den anden side af deres første ungdom klager over smerter ved at spille på hard court. Husk dog, at selvom den kunstige atlet er en videnskabeligt udviklet og anerkendt målemetode, så er der ingen garanti for, at den fuldstændigt svarer til belastningssituationen for en atlets ben. Husk også, at stød vinkelret på gulvet, som vi har testet her, kun er den ene del af historien. Den anden del består af friktionskræfterne, altså parallelt med gulvet. Her er det muligt, at et underlag med større glathed end traditionel hard court kunne reducere påvirkningen. Måske skal vi til at strø løst sand på vores hard courts…

Den originale rapport har følgende reference:

Søren ter Beek, Adam Frank, Rasmus Hagen, Rasmus Kokholm, Jonas Møll & Mathias Sonsby: Impact force-reducing abilities of floor-shoe cominations examined with a modified Berlin Artificial Athlete. Aalborg University, Faculty of Medicine and Health, 2015.

Reklamer

Skriv et svar

Udfyld dine oplysninger nedenfor eller klik på et ikon for at logge ind:

WordPress.com Logo

Du kommenterer med din WordPress.com konto. Log Out / Skift )

Twitter picture

Du kommenterer med din Twitter konto. Log Out / Skift )

Facebook photo

Du kommenterer med din Facebook konto. Log Out / Skift )

Google+ photo

Du kommenterer med din Google+ konto. Log Out / Skift )

Connecting to %s