Frecce in duralluminio nel kyudo: Suetsugu 2024

Nel kyudo può capitare che l'arciere tiri la corda troppo indietro, o usi una freccia troppo corta, e che la punta finisca dentro il fusto dell'arco invece di sporgere verso il bersaglio: è lo hikikomi. Se in quel momento la corda viene rilasciata, la freccia resta schiacciata tra corda e arco e riceve un forte carico lungo il suo asse. Gli autori hanno misurato in laboratorio quanto carico regge una freccia di duralluminio prima di piegarsi, e che cosa succede dopo.

Sono state provate due aste: la A, indicata per archi da circa 98 N (10 kg) in su, e la B, per archi da circa 147 N (15 kg) in su. Sotto un carico lento la A ha ceduto a circa 50 N e la B a circa 65 N, cioè a circa la metà della forza degli archi per cui sono vendute, o meno. I valori calcolati con la formula classica del carico di punta (46,8 e 62,2 N) e con un semplice modello agli elementi finiti (46,70 e 62,01 N) sono molto vicini a quelli misurati. Dopo il cedimento entrambe le aste, continuando a comprimersi per circa 250 mm, si sono spezzate a metà, con bordi metallici taglienti. Con un carico rapido, pensato per somigliare al rilascio, il comportamento è stato lo stesso: la rottura è arrivata in circa 200 ms e anche qui le aste si sono divise in due al centro. Il picco di carico iniziale corrispondeva a una sollecitazione di circa 30 MPa, molto sotto i circa 500 MPa di snervamento della lega: l'asta non si rompe per il colpo, ma perché si piega.

Le aste sono tubi di duralluminio della serie 7000: la A ha diametro esterno 7,541 mm e interno 6,880 mm, la B 7,938 e 7,176 mm, con una massa di 18,06 e 22,30 g per 0,86 m di lunghezza. Sono state tagliate a 850 mm, l'allungo tipico di un arciere alto circa 170 cm, togliendo la cocca e lasciando le penne. Il modulo elastico, misurato con un estensimetro durante una prova di trazione, è risultato di 70,3 GPa.

Nella prova statica le estremità erano chiuse da cappucci conici appoggiati in sedi a imbuto stampate in 3D, così che l'asta fosse libera di ruotare ai due capi, come quando è stretta tra corda e arco; il carico era applicato da una macchina di prova universale Shimadzu a 10 mm al minuto. Nella prova dinamica un cilindro ad aria compressa spingeva l'asta a grande velocità, un sensore laser misurava lo spostamento dello stelo, una cella di carico all'altra estremità misurava la forza e una telecamera ad alta velocità riprendeva a 800 fotogrammi al secondo. Il calcolo agli elementi finiti usava mezza asta divisa in 10 elementi trave.

Le prove sono fatte su una macchina, non con un arco: lo hikikomi è riprodotto come un'asta compressa tra due appoggi, senza una corda reale che spinge e oscilla. Il testo non dice quante aste di ciascun tipo siano state provate, e i grafici sembrano mostrare una sola prova per tipo e per condizione. I frammenti che volano verso il viso dell'arciere sono una conclusione ragionata, non un'osservazione: in laboratorio non c'erano né arcieri né archi, e la traiettoria dei pezzi non è stata misurata. Il carico rapido viene da un cilindro pneumatico, il cui andamento di velocità e forza non è confrontato con quello di un arco al rilascio.

Le aste sono due modelli di duralluminio; frecce di bambù, di carbonio o di alluminio di altri diametri non sono state provate, e che punta e cocca non cambino il carico di punta è un'affermazione degli autori, ragionevole ma non verificata. L'articolo è in giapponese, con abstract in inglese.

Lo studio misura un numero che spiega perché lo hikikomi è pericoloso: un'asta di duralluminio regge di punta circa la metà della forza dell'arco per cui è indicata, o meno, e quando cede si spezza a metà con un bordo tagliente. Per chi pratica kyudo il messaggio degli autori è che questo errore va evitato del tutto, ed è la ragione per cui l'articolo è stato scritto. Nel tiro con l'arco occidentale, notano gli stessi autori, l'ancoraggio sotto il mento e l'allungo più corto rendono la situazione meno probabile. Per analogia si può pensare a una meccanica simile ogni volta che una freccia troppo corta finisce stretta tra corda e arco al rilascio, ma nessuna freccia da ricurvo o da compound è stata provata, quindi i numeri valgono solo per queste due aste.