La relatività della forza massima

Con lo studio della relatività della forza massima cercheremo di capire come attraverso l’analisi del tempo e dello spazio possiamo determinare la Fmcp (forza massima concentrica potenziale) di un individuo, stabilendo di conseguenza l’1RM (una ripetizione massimale).

Eseguendo diverse verifiche ed esperimenti è stato realizzato un impianto matematico col quale è possibile determinare la Fmcp, utilizzando carichi a partire dall’80% di 1RM, ed eseguendo un’unica ripetizione.

Valutazione della forza massimale

L’allenamento è un’arte che si basa sulla scienza, ed un allenamento senza valutazione è un itinerario senza meta.
Carmelo Bosco

In ambito atletico la valutazione della forza è indispensabile per una ottimale programmazione del lavoro, conoscere le capacità atletiche in tempo reale è fondamentale.
L’ 1RM indica il massimo carico che può essere sollevato una sola volta senza alcun aiuto esterno, corrisponde alla forza più elevata che il sistema neuromuscolare può esprimere con contrazione volontaria.

La forza massima si può definire come la capacità di sviluppare la forza che permette di sollevare un carico massimale che non consente di modulare la velocità di esecuzione.
Carmelo Bosco

La forza massimale è la forza più elevata che il sistema neuromuscolare è in grado di esprimere attraverso una contrazione volontaria “senza limitazioni di tempo”
Carlo Vittori

L’1RM così come la Fmcp (forza massima concentrica potenziale) è un valore assoluto, che può oscillare ma solo al variare dello stato atletico di un individuo che sostanzialmente nell’immediato è impossibile modificare in termini considerevoli, resta quindi invariante “assoluto”.

Nella ricerca del 1RM i metodi più conosciuti ed utilizzati sono:

Il metodo tradizionale, è quello diretto, molto pratico e consiste nella ricerca del massimo carico sollevabile, effettuando dei tentativi dove il carico viene gradualmente aumentato fino a quando non viene eseguita una ripetizione singola non ripetibile (1RM). Il metodo diretto per la valutazione della forza massima presenta non pochi svantaggi, tra cui la possibilità di infortunio se eseguito in modo scorretto soprattutto da neofiti
Tra i metodi indiretti utilizzati nella ricerca del 1RM abbiamo il metodo isometrico, dove viene utilizzato un dinamometro, che fornisce una misurazione della forza muscolare solo in precise angolazioni e non in un movimento completo, di conseguenza poco utilizzato
Il metodo delle ripetizioni con carichi submassimali, consiste nell’esecuzione di ripetizioni ad esaurimento, che si avvale dell’utilizzo di tabelle di riferimento in cui ricercare il proprio 1RM in relazione al numero di ripetizioni eseguite con un determinato carico.

Vi sono anche delle equazioni di regressione che consentono di stimare il proprio 1RM effettuando comunque un determinato numero di ripetizioni ad esaurimento. Riporto alcuni esempi:

I metodi indiretti oltre a darci un dato approssimativo sul valore del 1RM, richiedono comunque un non trascurabile dispendio in termini di tempo e di energia, in quanto è necessario effettuare il massimo numero di ripetizioni con carichi submassimali, quindi ad esaurimento.

Un recente studio condotto da González-Badillo, Sánchez-Medina determinerebbe una correlazione tra carico relativo e velocità media permettendo così di ottenere una stima del 1RM. (Gonzalez-Badillo JJ. Sanchez-Medina L. Movement Velocity As A Measure Of Loading Intensity. Int J Sports Med, 31:347-352, 2010).

Metodi ed aspetti fisiologici

Nello studio della relatività della forza massima è stato esaminato un gruppo misto (uomini e donne) di circa 100 soggetti tra atleti esperti ed amatori, gli esercizi presi in esame principalmente sono bench press e squat. Nell’esecuzione del test è necessario rispettare la medesima esecuzione tecnica prevista nell’eseguire il proprio 1RM, ad esempio nel caso in cui dovessimo valutare la Fmcp dove è prevista una esecuzione con partenza da fermo, è chiaro che anche il test deve essere eseguito con le medesime modalità tecniche, indipendentemente dalla percentuale del carico utilizzato. Dopo un accurato riscaldamento, raggiunto il carico utile (80% 1RM) è stato chiesto al gruppo in esame di esprimersi al massimo delle proprie capacità, sollevando il carico nel più breve tempo possibile. Si è potuto verificare che indipendentemente dall’esercizio (bench press, squat) il tempo e lo spazio assumono un ruolo di parametro relativo ad una determinata Fmcp.

Vediamo ora alcuni aspetti fisiologici fondamentali di cui tener conto :

Henneman nel 1965 e Bosco negli anni 80 mostrarono che tutte le fibre muscolari si attivano già con carichi a partire dal’80% di 1RM. Da qui la necessità di utilizzare nel test della relatività della forza massima un carico pari o superiore al’80% 1RM.

Il legame tra forza e velocità fu approfondito già negli anni 30 da A. Hill grazie alla famosa curva (vedi figura n.2) che prese proprio il suo nome. Hill notò che i livelli più alti di forza corrispondevano sempre ad una velocità più tosto bassa (Di conseguenza ad un tempo maggiore di applicazione della forza). Hill dimostrò con un diagramma che man mano che il carico aumenta, oltrepassando il massimo carico possibile, la velocità retrocede fino a provocare una contrazione eccentrica, mentre la massima velocità si esprime solo a carico zero, motivo per cui nello studio corrente la velocità d’esecuzione riveste un ruolo fondamentale.

Vladimir M. Zatsiorsky stabilì che vi è un tempo utile per sviluppare la forza massimale. Per sviluppare la forza massimale necessaria per un dato movimento occorre tempo (vedi figura n.3). Il tempo necessario per raggiungere il valore di picco della forza massimale varia da persona a persona e dipende anche dal movimento; in media, se misurato isometricamente, è compreso tra 0,3 e 0,4 s circa. Normalmente il tempo necessario per raggiungere il valore di picco della forza massimale è maggiore di 0,4 s. L’incremento finale della forza è minimo, <2-3% della forza massimale, e la forza prodotta comincia a fluttuare, tanto che è difficile misurare con precisione il tempo trascorso fino al valore di picco.

Giusto per rendere l’idea riporto l’esempio di quando si schioccano le dita. Appoggiamo l’indice sulla punta del pollice ed esercitiamo una forza massimale per estenderlo, manteniamo il dito in tensione per un pò e poi rilasciamolo per colpire qualcosa. Nel secondo esercizio invece eseguiamo una semplice estensione dell’indice. Notiamo che lo schiocco è decisamente più rapido e più forte nel primo esercizio. Mentre nel secondo lo schiocco è inferiore, il motivo è perché il tempo impiegato per la distensione del dito è di circa 0,1 s, un tempo troppo breve per riuscire ad esercitare la forza massimale. Nel primo esercizio invece il tempo disponibile per accumulare la forza non è limitato e ciò permette di accumulare tensione massimale, di conseguenza quando si rilascia il dito, questa tensione accumulata viene espressa durante il movimento (Vladimir M. Zatsiorsky – William J. Kraemer Scienza e pratica dell’allenamento della forza, Calzetti e Mariuccia editori, Perugia 2008).

Il tempo sotto tensione quindi deve essere ottimale, un carico pari al 50% di 1RM ad esempio non permetterebbe di accumulare una tensione massimale utile per il test.

La teoria della relatività della forza massima quindi tiene conto di determinati aspetti fisiologici:

Il carico da utilizzare, che deve necessariamente essere pari o superiore all’80% dell’1RM

La velocità d’esecuzione, l’atleta deve esprimersi al massimo delle proprie potenzialità, l’esecuzione deve avvenire nel più breve tempo possibile, il coinvolgimento neuromuscolare deve essere massimale

Il tempo necessario per raggiungere il valore di picco, che deve essere ottimale

Obiettivi e ipotesi

L’obbiettivo dello studio della relatività della forza massima è quello di ottenere in modo molto affidabile indicazioni sul 1RM, eseguendo anche solo una ripetizione e utilizzando carichi a partire dal 75% del proprio 1RM.
Attraverso continue verifiche ed esperimenti è stata elaborata una formula, con la quale è possibile stabilire il proprio 1RM, sarà sufficiente eseguire un’unica ripetizione, utilizzando un carico pari o superiore al proprio 80% di 1RM, è fondamentale sollevare il carico nel più breve tempo possibile, esprimendosi al massimo delle proprie potenzialità.
Esiste un’inestricabile relazione tra il tempo della fase concentrica, la distanza verticale della stessa e la Fmcp. Nella relatività della forza massima il tempo assume un ruolo di parametro relativo alla Fmcp, così come lo spazio.
Ogni individuo in base alla propria Fmcp e alla propria distanza verticale della fase concentrica, impiegherà un determinato tempo.

Due soggetti che misurano differenti distanze ma con identica Fmcp, utilizzando lo stesso carico impiegheranno tempi differenti, di conseguenza eseguiranno l’alzata con differenti velocità. Ad esempio ipotizziamo di valutare la Fmcp su un esercizio come lo squat, prendiamo in esame due soggetti, A e B che hanno la stessa Fmcp 143,64kg, ma che misurano una distanza verticale percorsa dal bilanciere differente (A=0,42m B=0,50m), utilizzando entrambi lo stesso carico 120kg (84% 1RM circa), eseguiranno l’alzata impiegando tempi differenti. Così come mostrato nella tabella n.1 il soggetto A impiegherà 0,835 secondi (esercitando una velocità media minore 0,5030 m/s), mentre il soggetto B impiegherà più tempo a chiudere l’alzata 0,915 secondi (esercitando una velocità media maggiore 0,5464 m/s). Quindi a parità di Fmcp quando la distanza verticale della fase concentrica cambia, sarà il tempo a modificarsi.

Lo stesso fenomeno si verifica nel caso di due individui che utilizzano la stessa percentuale del loro rispettivo 1RM, che misurano la stessa distanza verticale percorsa dal bilanciere ma hanno una Fmcp differente. Ad esempio, ipotizziamo di analizzare il tempo della fase concentrica di due soggetti (A e B) che misurano entrambi una distanza pari a 0,65 metri, ma con Fmcp differente (A=100kg e B=200kg), entrambi utilizzando il loro rispettivo 80% di 1RM, (quindi A=80kg e B=160kg) impiegheranno tempi diversi, così come possiamo vedere nella tabella n. 2, il soggetto A impiegherà 1,14secondi (esercitando una velocità media di 0,5702m/s) mentre il soggetto B impiegherà 0,895 secondi (Esercitando una velocità media di 0,7263m/s).
Dalla relatività della forza massima quindi si evince che quando la Fmcp aumenta, aumenterà anche la velocità media esercitata nell’utilizzo di carichi submassimali , di conseguenza quando la Fmcp aumenta, il tempo impiegato nel sollevare un determinato carico diminuirà progressivamente.

Analisi

Analizziamo una seduta d’allenamento:
Un atleta solleva 122kg su panca piana, la distanza verticale percorsa dal bilanciere della fase concentrica è pari a 0,44 metri, nel sollevare il carico impiega 0,7820 secondi per completare la fase concentrica, la massa potenziale sarà di 28,68kg, di conseguenza la Fmcp sarà 150,68kg (Il carico utilizzato 122kg sommato alla massa potenziale 28,68kg). Il carico utilizzato è pari circa l’80% del suo 1RM. Riporto su una tabella un esempio di una seduta d’allenamento di un atleta che esegue delle spinte su panca piana, come possiamo vedere ad ogni percentuale del carico utilizzato, l’atleta nella prima ripetizione di ogni serie esprime sempre la stessa Fmcp.
Nella tabella seguente possiamo notare che indipendentemente dal carico utilizzato l’atleta esprime sempre una Fmcp prossima a 150kg.

È fondamentale sottolineare che la forza massimale 1RM come dice Vittori è la forza più elevata che il sistema neuromuscolare è in grado di esprimere attraverso una contrazione volontaria SENZA LIMITAZIONI DI TEMPO, il che significa che non vi è un tempo prestabilito, eseguire il proprio 1RM potrebbe richiedere un tempo anche molto lungo, più di 5, 10, 15 secondi o anche più, quindi il valore della Fmcp e cioè quello che otteniamo con la formula è un valore assoluto, al limite delle proprie prestazioni, possiamo considerare questo valore anche come assoluto della forza muscolare concentrica, di conseguenza non raggiungibile sperimentalmente.
Nella tabella seguente è stato inserito un tempo molto lungo, 5 secondi, come possiamo notare indipendentemente dal livello di forza e dalla distanza percorsa, la massa potenziale assume un valore stazionario, simile in ogni individuo. Questo ci permette di prevedere nella ricerca dell’1RM una tolleranza media di circa 2kg sulla Fmcp indipendentemente dal livello di forza e dalla distanza percorsa.

Il tempo e lo spazio nella relatività della forza massima

È il linguaggio a doversi adattare ai fatti e non l’inverso. Cercare di modellare l’interpretazione di un fenomeno su un linguaggio già formato e riempito a priori può solo condurre a false conclusioni sulla natura delle cose.
Ludwig Wittgenstein

Possiamo considerare la contrazione muscolare come una condizione di moto, in una contrazione muscolare avviene un moto nel tempo ed un moto nello spazio.

Durante una spinta su panca piana, uno stacco da terra, eseguendo uno squat, insomma ogni qualvolta spostiamo una massa, un carico, non faremmo altro che cambiare la posizione di un corpo in funzione del tempo, ma se teniamo un carico in contrazione isometrica, non ci muoviamo più nello spazio, ma continueremo a contrarre i muscoli coinvolti per contrastare la forza che l’accelerazione gravitazionale esercita ad una determinata massa, di conseguenza il moto sarà “tutto” in direzione del tempo, che nostro malgrado continuerà a scorrere.

Quando il carico che stiamo sollevando aumenta ci muoveremo più lentamente nello spazio, mentre il moto nel tempo aumenterà sempre più.

Nella relatività della forza massima il tempo e lo spazio hanno valori equivalenti, si influenzano a vicenda.

La formula

Con la formula otteniamo:

La massa potenziale (Mp) che sommato
Al carico utilizzato (M) ci permetterà di ottenere
La forza massima concentrica potenziale (Fmcp), che corrisponde alla forza più elevata che il sistema neuromuscolare è in grado di esprimere con contrazione volontaria
La formula è: Fmcp=aG/(bt-cs)+M
dove
- Fmcp si misura in 𝑘𝑔𝑝, equivale alla forza che esercitiamo per vincere un determinato carico
- a si misura in Kgp/(m/s²)
- G è l’accelerazione gravitazionale che nel nostro caso è circa 9,81m/s²
- b si misura in 1/s
- t si misura in secondi (s) è il tempo della fase concentrica o se vogliamo “moto nel tempo”
- c si misura in 1/m
- s si misura in metri (m) è lo spazio della fase concentrica o se vogliamo “moto nello spazio”
- M si misura in kgp , è il carico che stiamo sollevando

Accelerazione e gravitazione

La teoria della relatività della forza massima, nasce da un esperimento mentale così come riporto di seguito :

Immaginiamo di posizionarci in accosciata (posizione di partenza della fase concentrica dello squat), con un bilanciere (carico) per un peso complessivo di 100 kg sulle spalle, sentiremmo la pressione del bilanciere sui muscoli coinvolti.

La pressione del peso che percepiamo ovviamente è dovuta all’accelerazione gravitazionale terrestre che come sappiamo è pari a 9,81m/s².

Ipotizziamo ora che l’effetto dell’accelerazione gravitazionale venisse a mancare, sappiamo che se dovesse mancare la gravità, fluttueremmo entrambi sia il bilanciere che noi, ma ipotizziamo che l’accelerazione gravitazionale sia assente solo per il bilanciere, a questo punto non avvertiremmo più alcuna pressione sui muscoli coinvolti. Ora da questa condizione di assenza di gravità sul bilanciere e partendo dalla posizione di accosciata, ci portiamo nella posizione eretta sollevando il bilanciere ed imprimendo un’accelerazione pari a 9,81m/s².

In questo caso, durante la spinta, avvertiremmo nuovamente la stessa pressione dell’accelerazione gravitazionale terrestre sui nostri muscoli coinvolti, ecco un esempio di equivalenza tra gravitazione e accelerazione.

Nel 1915 con la teoria della relatività generale, Einstein stabilisce il principio di equivalenza tra gravitazione e accelerazione, in quanto un’accelerazione può creare un campo gravitazionale apparente, e descrive la gravità non più come una forza, ma come una caratteristica geometrica della curvatura dello spazio-tempo generata da una massa. Quindi subire un’accelerazione equivale ad essere in prossimità di una massa, tanto più grande, quanto più grande è l’accelerazione che subiamo.

Ora ipotizziamo di avere una Fmcp di 150kg nell’esercizio dello squat e di avere sulle spalle un carico pari a circa l’80% del nostro 1RM (120kg), a questo punto, partendo dalla posizione di accosciata effettuiamo l’alzata eseguendo una spinta al massimo delle nostre potenzialità, imprimendo al bilanciere la massima accelerazione possibile, in questo caso percepiamo una pressione maggiore al carico utilizzato, ecco che la forza-peso della massa utilizzata cambia, aumenta, è come se con l’accelerazione impressa alla massa noi andassimo creare un campo gravitazionale apparente, applicando una forza superiore a quella dell’accelerazione gravitazionale terrestre, se pur di poco.

La relatività della forza massima mette in relazione l’accelerazione gravitazionale, il tempo e lo spazio (distanza percorsa della fase concentrica) della Fmcp, nella ricerca di un valore preciso sul massimo carico che un individuo riesce a vincere con contrazione volontaria.

Provando a rappresentare geometricamente la Fmcp, nella relatività della forza massima, ho ritenuto opportuno utilizzare la geometria non euclidea, quindi utilizzare uno spazio curvo con delle rette geodetiche.

Questo perché l’accelerazione gravitazionale, generata nel nostro caso dal nostro pianeta, deforma lo spazio-tempo, rendendolo curvo, di conseguenza sarà proprio l’accelerazione gravitazionale terrestre in relazione con la Fmcp e lo spazio, a determinare la posizione nel tempo di ogni individuo. Una volta stabilito la posizione nel tempo e nello spazio della Fmcp sarà possibile ottenere il valore della massa potenziale. La distanza dei punti che si muovono lungo le geodetiche determina la massa potenziale che diminuisce allo scorrere del tempo, determinandone un valore stazionario, molto basso, indipendentemente dal livello di forza e dalla distanza percorsa.

Nel grafico nun.1 sono riportati i dati della tabella nun.5 e come possiamo notare ogni individuo in base alla propria posizione nel tempo e nello spazio avrà una determinata massa potenziale.

Nel grafico num.2 sono riportati i valori della tabella num.6 e possiamo notare che quando la percentuale del carico utilizzato aumenta ed è prossimo al 100% di 1RM, indipendentemente dalla quantità di forza e dalla distanza percorsa, il tempo aumenta sempre più, pertanto la massa potenziale giunge ad un valore molto basso in ogni individuo.

Materiali

I rilievi del tempo devono essere effettuati in maniera precisa, prima di affidarvi a dispositivi come accelerometri, sensori ultrasuoni ecc., assicuratevi che questi dispositivi diano la certezza di un dato preciso, molti di questi prevedono tolleranze che facilitano calcoli sulla base di programmi impostati su di essi, ma che spesso falsano dati come tempo sotto tensione, velocità, potenza ecc.
Nello studio della relatività della forza massima sono stati utilizzati video in slow-motion con cronometro, esistono ormai molte applicazioni che permettono di estrapolare il tempo preciso di un determinato movimento, utilizzando semplicemente uno smartphone e impostando la fotocamera a 60fps.

Conclusioni

I carichi presi in esame in questo studio prevedono una percentuale minima del 80% di 1RM, anche se l’obiettivo è quello di ottenere un dato preciso già con carichi a partire dal 75% di 1RM. I risultati ottenuti confermano una inestricabile relazione tra la distanza verticale percorsa della fase concentrica, il tempo della fase concentrica e la Fmcp indipendentemente dall’esercizio. È quindi possibile monitorare e prescrivere il carico utile d’allenamento eseguendo un’unica ripetizione senza la necessità di eseguire un test diretto o indiretto minimizzando così il rischio infortuni.

Bibliografia

Carmelo Bosco, La forza muscolare, aspetti fisiologici ed applicazioni pratiche, SSS, Roma 1997.
Zatsiorsky Vladimir M. – Kraemer William J., Scienza e pratica dell’allenamento della forza, Calzetti e Mariuccia editori, Perugia 2008.
Carlo Vittori, Nervi e cuore saldi, l’allenamento del velocista nelle sue componenti motivazionali e biologiche, Calzetti e Mariucci editori, Perugia 2014.
Wilmore Jack H. – Costill David L., Fisiologia dell’esercizio fisico e dello sport, Calzetti e Mariucci editori, Perugia 2005.
Emanuele d’Ambrosio, La forza e le sue espressioni nel pugilato dilettantistico, Tesi di laurea di scienze motorie, università degli studi di Urbino “Carlo Bo”, 2009.
Einstein A., Infeld L., L’evoluzione della fisica, Bollati Boringhieri editori 1965 e 2011 Torino.

Ringraziamenti

Ringrazio mia moglie Cristina per il suo appoggio in questo lungo percorso, non privo di difficoltà e per aver sempre creduto in me.

Ringrazio amici e atleti che hanno creduto nelle mie idee, ma anche coloro che sono stati scettici.

Ringrazio mio fratello Danilo per la creazione del sito.

Ringrazio Giovanna Monetti, oltre che per la realizzazione dei disegni e dei grafici, per essersi sottoposta incondizionatamente ad innumerevoli test.

Ed infine un ringraziamento speciale va al dottor Emanuele d’Ambrosio, non solo per aver collaborato alla revisione dell’opera ma per avermi sopportato e supportato.