Il centro di massa è un argomento di base nella fisica e nella biomeccanica, e in quest’ultima viene particolarmente considerato per diverse valutazioni non solo in termini di biomeccanica stretta, ma anche in termini pratici. Esistono però degli equivoci diffusi anche nella letteratura tecnica inerenti a questo concetto, che possono confondere e falsare l’interpretazione di diverse variabili.
Lo scopo dell’articolo è fare ordine spiegando in maniera semplice come interpretare correttamente i concetti legati al centro di massa e in quali casi è utile considerarlo e gestirlo nella pratica dell’allenamento con sovraccarichi.
Definizione
In termini semplici, il centro di massa (CoM) o baricentro rappresenta il punto medio in cui è concentrata la massa di un corpo o di un sistema (1,2). Il CoM può stabilire sia i singoli componenti di un corpo che il corpo intero, ma in biomeccanica viene più comunemente inteso nel secondo modo, ovvero come una “risultante” delle posizioni di tutte le masse che compongono il corpo umano.
In un corpo perfettamente omogeneo e simmetrico, come una sfera uniforme, il CoM coincide con il suo centro geometrico (1). Se invece la massa della sfera non fosse distribuita uniformemente, e quindi fosse più densa in una zona periferica, il CoM si troverebbe decentrato verso quella regione.
Un altro esempio intuitivo è quello di un coltello appoggiato su un dito: il punto in cui il coltello rimane orizzontale e in equilibrio coincide proprio con il suo CoM. Se la massa del coltello è distribuita uniformemente, il CoM si troverà al centro geometrico; al contrario, se il manico è più pesante della lama, il CoM si sposterà verso il manico, o viceversa.
Naturalmente, in biomeccanica il CoM viene applicato al corpo umano, un sistema non omogeneo e segmentato. La sua collocazione è complessa perché cambia continuamente posizione con il movimento, in base alla disposizione dei segmenti corporei (braccia, gambe, tronco) e all’eventuale presenza di sovraccarichi esterni.
Quando si parla di equilibrio ci si riferisce proprio alla capacità di controllare il posizionamento del CoM in relazione alla base di appoggio per evitare di cadere, sia da fermi che in movimento (2).
Nella classica posizione anatomica eretta (in piedi con le braccia lungo i fianchi), il CoM si trova all’incirca all’altezza dell’ombelico o della vertebra L2, ma leggermente anteriormente alla colonna vertebrale, all’interno del bacino; questo è il punto in cui, in tale posizione, la massa del corpo è bilanciata su tutti i suoi piani (1).
Con il movimento il CoM si sposta dinamicamente: ad esempio, distendere le braccia in avanti sposta il CoM in avanti (perché aggiunge massa anteriormente) e leggermente verso l’alto (1). In determinate posizioni, come quando si è accovacciati, il CoM può persino trovarsi al di fuori dei confini del corpo stesso (2).
Centro di gravità
Il centro di gravità (CoG) rappresenta il punto medio in cui è concentrato il peso di un corpo o di un sistema. La differenza fondamentale tra CoG e CoM risiede quindi nell’unità di misura (forza vs. massa) e nella sua dipendenza dalla gravità, di cui il primo quantifica l’effetto, ovvero il peso. Poiché il CoM è anche il punto in cui la gravità esercita la sua azione, esso è uguale al CoG (1,2).
Poiché sul pianeta Terra il CoM è proprio il punto in cui la forza di gravità risulta applicata, i due punti coincidono e in biomeccanica sono considerati equivalenti (1,2). In definitiva, il CoG è un concetto derivato dall’applicazione della gravità al CoM. Proprio per questo, il CoM è il termine formalmente più preciso e fondamentale – in quanto proprietà intrinseca del corpo – e andrebbe preferito per evitare ambiguità teoriche, nonostante l’equivalenza pratica in contesti terrestri.
Centro di massa combinato
Il centro di massa combinato (CCoM) o centro di massa del sistema è il punto che rappresenta la posizione media della massa totale di un sistema che combina due o più corpi. La sua posizione è una cosiddetta media pesata delle posizioni dei singoli CoM dei corpi combinati, in base alla loro massa (3,4). Nel contesto del resistance training tradizionale ai pesi liberi, il CCoM è un concetto fondamentale, ma potrebbe essere trascurato generando dei fraintendimenti.
Il CCoM si colloca lungo la linea retta che collega il CoM del corpo e il CoM del sovraccarico, ma è sempre più vicino al sistema dei due con la massa superiore, perché la sua massa ha maggiore peso nel determinare il punto di equilibrio dell’intero sistema combinato. Quindi, a parità di soggetto e di posizione, un bilanciere più pesante sposterà il CCoM più vicino a sé rispetto a uno più leggero (3,4).
Ad esempio, nella stessa posizione, con un carico di 100 kg il CCoM sarà significativamente più vicino al bilanciere rispetto a un carico di 70 kg. Queste differenze dettano delle compensazioni e delle alterazioni dello schema motorio da parte del soggetto per mantenere l’equilibrio e possibilmente il movimento corretto e sicuro. Infatti, carichi elevati nelle accosciate e negli stacchi comportano un aumento del torque esterno all’anca e più coinvolgimento della catena posteriore rispetto a carichi inferiori (5), probabilmente anche per questo motivo.
Nel resistance training con i pesi liberi, è fondamentale valutare il CCoM più che il CoM del corpo, poiché il primo è proprio il punto che determina l’equilibrio, la stabilità e lo sforzo richiesti durante il sollevamento. Il solo CoM corporeo invece viene valutato a corpo libero, perché non viene aggiunto alcun sistema ulteriore che si combina al corpo umano.
Base di supporto e centro di pressione
L’applicabilità del CCoM diventa cruciale in tutti quegli esercizi dove il controllo dell’equilibrio è una componente primaria, in quanto uno dei punti di riferimento attorno a cui si organizza la stabilità dell’intero sistema. Questa stabilizzazione viene determinata da come il CCoM e la sua linea di gravità (LoG) vengono posizionati nell’area delle base di supporto (BoS), su cui si regge il sistema stesso, rappresentato dal corpo del soggetto e dall’eventuale combinazione con i sovraccarichi (1).
In questi casi va riconosciuto un ulteriore principio importante, il centro di pressione (CoP). Il CoP è il punto sulla superficie di contatto (la pianta del piede in squat e hip hinge) dove viene applicata la forza di reazione del terreno (GRF, che costituisce la reazione vincolare) (1), ovvero un punto di applicazione della forza esterna ulteriore al bilanciere.
La GRF è direttamente proporzionale alla massa del sistema combinato e all’accelerazione verticale del suo CCoM (ed è quindi determinata anche dalla resistenza inerziale, proporzionale all’accelerazione/decelerazione) (2). Il CoP è fondamentale per mantenere la stabilità e prevenire cadute, il che si ottiene mantenendo la proiezione del CCoM (e quindi la LoG) all’interno della BoS.
Equivoci in biomeccanica
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