Biomecanica aplicada a la natacion

La flotación.

Tenemos que distinguir dos tipos de flotación para su correcto estudio, la flotación estática en la que el cuerpo no se mueve respecto al agua y la flotación dinámica en la que el agua o el cuerpo se mueven uno respecto al otro.

Flotación estática

Si un cuerpo flota o no en el agua dependerá de si la densidad media es superior, igual o inferior al del agua donde se encuentra.

La flotación en reposo viene dada por el Principio de Arquímedes, según e cual, “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y ascendente igual al peso del fluido desalojado.” Dicho empuje se denomina empuje hidrostático (Eh).

Por lo que si el peso del agua desalojada es superior al peso del cuerpo introducido en ella, dicho cuerpo flotara.

Por el contrario si el peso del agua desalojada es inferior al peso del cuerpo introducido en ella, dicho cuerpo no flotara.

Ec.1: Eh = magua g = vagua ?agua g Ec.2: P = mcuerpo g = vcuerpo ?cuerpo g

vagua = vcuerpo g = g

?fluido ? ?cuerpo

La densidad del agua pura (solamente agua, ya que los minerales aumentan su densidad) varía ligeramente con la temperatura, pero puede considerarse próxima a los 1000 Kg./m3. Por lo que como hemos visto antes si un cuerpo tiene mayor densidad que el agua se hundirá irremediablemente ya que la fuerza hidrostática será inferior a la fuerza de su peso (masa por gravedad). Si por el contrario la fuerza hidrostática, que recuerda es igual al peso del agua desalojada por el cuerpo, es superior a la fuerza que la gravedad ejerce sobre el cuerpo,

dicho cuerpo flotara.

El cuerpo humano tiene densidades diferentes en función de los materiales con los que esta hecho. Por ejemplo los huesos, el tejido óseo, tiene una densidad muy alta de 1800 Kg./M3. Los tejidos como el muscular, el tendinoso y el ligamentoso poseen densidades ligeramente superiores a las del agua, unos 1020-1050 Kg./m3, y, el único tejido menos denso que el agua, es el tejido adiposo, con una densidad de unos 950 Kg./m3.

Visto esto uno se puede preguntar porque flotamos, básicamente por los varios litros de aire que guardamos en nuestros pulmones, esto aumentan el volumen a cambio de muy poco peso lo que hace que la densidad media del cuerpo quede por debajo de la del agua, por eso si vaciamos totalmente nuestros pulmones de aire normalmente no flotamos. Puede que un niño obeso o un adulto muy obeso flote aun si aire en los pulmones.

Podemos poner el ejemplo de una flotador, este solo flota cuando esta lleno de aire.

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Biomecanica aplicada a la natacion

La fuerza de sustentación en la natación

Explicación tradicional, teniendo en cuenta el teorema Bernoulli

Cuando la mano se encuentra en el agua y se enfrenta a la corriente esta se desplaza tanto por arriba como por debajo de la mano, si el ángulo de ataque es correcto, la corriente de agua que pasa por encima de la mano se desplazara a mayor velocidad que la corriente de agua que pasa por debajo de la mano.

Esta diferencia de velocidad provoca una diferencia de presiones que a su vez provoca una fuerza perpendicular y hacia arriba. A esta fuerza se le llama fuerza de

sustentación, sustentación hidrodinámica, o fuerza ascensional.

Esta fuerza se puede explicar desde otras leyes de la dinámica de fluidos o desde las

propias de Newton, los físicos aun no se han puesto de acuerdo y existen varias teorías, la más usada y la más utilizada por los textos deportivos y propuesta por Counsilam en los años 70 es la teoría de Bernoulli

“en el seno de un fluido incompresible y sin rozamiento, la suma de la presión hidrostática, la debida a la altura y la debida a la velocidad es constante en todos los puntos de la corriente fluida” (la teoría de Bernoulli extraído apuntes Raúl Arrellano Colombina 1996).

De esta ley de la dinámica de fluidos extraemos la conclusión de que la velocidad es inversamente proporcional a la presión. Es decir cuanto más rápido circule el agua por el dorso de la mano, menos presión ejercerá esta. Por lo que la fuerza de sustentación estará en función de la diferencia entre la presión de la zona de la palma y la presión del dorso. Para conseguir la mayor diferencia posible y por consecuencias la más alta fuerza de sustentación tenemos que aumentar las diferencias de velocidad entre los dos lados de la mano, esta diferencia de velocidad esta en función de la velocidad de la corriente y del ángulo de ataque.

A un misma velocidad de la corriente pueden corresponder infinitas magnitudes de la fuerza de sustentación en función del ángulo de ataque, ángulo con la que la mano barre el agua, este ángulo solo puede estar entre 0º y 90º, siendo el ángulo de 45º, para una corriente perfecta, el que mayor magnitud puede conseguir de la fuerza de sustentación o ascensional.

La fuerza de sustentación se genera en dirección perpendicular a la dirección de la corriente que pasa por la mano.

Factores que afectan a la fuerza de sustentación.

El ángulo de ataque La velocidad de la corriente La velocidad relativa de la corriente Detalla las variables que nos conciernes, descartando las que como la densidad del medio, en nuestro caso es siempre constante, no tienen relevancia en este escrito.

“ La fórmula correspondiente sería: L=CL*q*S donde CL es el coeficiente de sustentación, dependiente del tipo de perfil y del ángulo de ataque; q la presión aerodinámica (1/2dv² siendo d la densidad y v la velocidad del viento relativo) y S la superficie alar. “ (extraído de http://inicia.es/de/vuelo/PBV/PBV13.html)

Aplicación en la técnica de la natación

A principios de los años 70 Counsilman mediante la grabación pudo observar que los nadadores buscaban planos inclinados en sus trayectorias, con el tiempo y más investigaciones se ha descubierto que la mayor eficacia propulsiva se consigue mediante el correcto equilibrio en la utilización de la fuerza de sustentación y la fuerza debida a la resistencia de forma. (Adatado PLATONOV & FESSENKO, SISTEMAS ENTREN MEJORES NADADORES)

El Teorema de Bernoulli

Ecuación más usada: v2/2 + p/d + gz = Constante presión estática + presión dinámica = la presión total = constante presión estática + 1/2 x densidad x velocidad x velocidad = la presión total = constante

Teniendo en cuenta las teorías de la relatividad y teorías de Newton

Aunque en todos los textos que he tenido la oportunidad de leer se da como fijo que la teoría de Bernoulli, es la explicación de la fuerza de sustentación, en el mundo de los físicos es una vieja discusión que aun no se ha dado por terminada. Las complejas explicaciones de esta discusión están muy lejos del propósito de estos escritos, pero tienes la red si quieres seguir ampliando tus conocimientos.

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