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• carrasco manuel

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INDICE DE CAPITULOS Agradecimientos Pr61ogo

vn IX 1

1. Cinesiologia y biomecanica de la actividad fisica y el deporte: Concepto y revision historlca M. Izquierdo y R. Arteaga

I. AnaHsis y observacion del movimiento humano EI cuerpo humano en movimiento 2. EI cuerpo humano y sus movimientos M.lzquierdo y A. Alonso 3. EI sistema esqueletico y sus articulaciones G. Yicente-Rodriguez, M.I. Mesana y I. A. Lopez Calbet

17 33

Fundamentos de la medida del movimiento 4. Medlcion de variables en blomecanlca

55

1. J. Gonzalez-Badillo y M.Izquierdo 5. Cantidades fisicas, unidades y vectores en el movimiento humano • R. Arteaga y M.lzquierdo

71

Observacion, analisis y estructura del movimiento " /'

,.

6. Tecnica deportiva, modelos tecnicos y estilo personal 1. C. Morante, M.lzquierdo 7. Estructura y analisis del movimiento -, M. Izquierdo Redfn, 1. M. Echeverria y J. C. Morante 8. Observacion y analisls en deportes Individuales y colectivos M. A. Gonzalez Yillaron y M.Izquierdo 9. Evaluaclon de la tecnica deportiva 1. C. Morante

10. Aplicaciones tecnologicas para el analisls de la actividad fisica para el rendimiento deportivo 1. Gamez, D. Garrido, C. Montaner y E. Alcantara

91 107 129 157 y la salud

173

n. Analisis mecanico del movimiento: relaciones entre la fuerza, el movimiento y las traslaciones 11. Traslacion lineal de los cuerpos: Cinematica lineal

201

R.Arteaga 12. Causas de la traslacion lineal de los cuerpos: Cinetica lineal

L. MgAlegre Durall 13. Movimiento angular de los cuerpos: Cinematica angular F. 1. Rojas Ruiz

215 229

XII

.....

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD Fis/CA Y EL DEPORTE

fNDICE DE CAPfTULOS

14. Causas de la rotaclon angular de los cuerpos: Cinetica angular M. Gutierrez Davila 15. Control y anallsls del equilibrio y la estabilidad en la actividad fisica y el deporte 1. L. Lopez Elvira 16. Trabajo, potencia y energia R.Arteaga 17. Dinamica de fluidos: el efecto del agua y del aire 1.Garda lopez

m.

241 259 281 299

Aplicaciones de la biomecanlca a la actividad fisica y el deporte Tecnica y rendimiento deportivo

18. Anallsls de los movimientos de lanzamiento y golpeo 1. Campos Granell y M.lzquierdo 19. Analisis de las acciones deportivas con trayectorias aereas y movimientos con rotacion S. Llana Belloch y P. Perez Soriano 20. Biomecanlca de la natacion S, Llana Bel/oclz y P.Perez Soriano 21. Manffestacion de las fuerzas aerodinamicas en diferentes deportes: cicIismoy atIetismo 1. Garda Lopez

333 357 377 415

Material deportivo y prevencion de lesiones 22. Aspectos biomeeanieqg y flsiologlcos del calzado deportivo 1. C. Gonzalez, E. Alcantara, 1. Gamez y S.Alemany 23. Contribuciones de la blomecanlca al estudio de los terrenos de juego de hierba artificial D. Rosa, M. Sanchis, E. Alcantara y T.Zamora 24. Materiales, cargas mecanlcas y lesiones deportivas M. Meana Riera 25. Prevenclon de las lesiones deportivas M. Meana Riera 26. Biomecanlca de las colchonetas para la practica deportiva P. Perez Soriano, S. Llana Belloch y E. Alcantara

447

;


Figura 5.6. Proyeccion del vector A sobre el eje S.

x

Figura 5.7. Sistema de coordenadas cartesianas.

COMPONENTES CARTESIANOS DE UN veCTOR

Su valor viene dado par: A, = A cos tP (si el angulo es~)

SISTEMA DE REFERENCIA CARTESIANO Ala hora de repre~~tar las magnitudes vectoriales en el espacio, utilizamos como siste1lla-de referencia tres ejes de coordenadas perpendiculares entre sf y que se cortan en un punta connin que denominamos «origen de coordenadas» (Fig. 5.7). Este sistema de coordenadas 10 denominamos «sistema de coordenadas cartesianos); en honor a Rene Descartes. Existen otros sistemas de coordenadas, como las coordenadas polares, las coordenadas cilindricas a el sistema de coordenadas esfericas, En 10 que sigue utilizaremos el sistema cartesiano. En el sistema de coordenadas cartesianas un punta en el plano viene determinado par una pareja de mimeros reales P (x, y) y en el espacio par una tema P (x, y, z), tambien llamados «coordenadas cartesianas» (Fig. 5.8).

Figura 5.9.1epresentacion geometrica de las componentes cartesianasAu Ay y A, delvedorA.

Las componentes cartesianas de un vector en el plano vienen dadas por la figura 5.10 par sus proyecciones sabre los ejes cartesianos. Sin embargo, en este caso, teniendo en cuenta las razones trigonometricas de un triangulo rectangulo, solamente es necesario disponer de un solo angulo, par ejemplo 8, para poder expresar un vector en forroa bipolar: Ax=Acos

Estos puntas pueden venir, a su vez, determinados par un vector que tiene su origen en el orige!l de coordenadas y su extrema en el punta considerado. Dado un vector A, se denominan «componentes» de dicho vector (AxA.,A.) sus proyecciones sabre los ejes de coordenadas corresnondientes (Fig. 5.9). Las componentes cartesianas son mimeros y las representamos en cursiva. Utilizando este sistema de coordenadas podemos representar un vector de forroa analftica definiendo tres vectores unitarios, a sea, de modulo unidad y sin dimensiones, en cada uno de ejes de coordenadas y dirigidos en el sentido positivo de dichos ejes (Fig. 5.9). Estos vectores los designaremos siempre par feen el eje x), feen el eje y) y k (en el eje y las componentes que los definen son i= (1,0, Ol,j = (Q..l, O)J k= (0, 0, 1). Un vector generico se expresa asf: A =:.Ax i + Ay j + A, k, siendo Ax,Ay Y A, las tres componentes del vector A. Estas fomponentes son escalares y de las mismas dimensiones que A, de tal forroa que, en tres dimensiones:

Ax=Acosa Ay=Acos~ A,=Acosy

Ay=Asen

De esta forroa es facil ver (Fig. 5.11) que la suma grsfica que reali-

zabamos par el metodo del pollgono ahara podemos expresarla de forroa analjtica.En !lla p_odemos apreciar que la resultante de la suma de los

De esta forroa, podemos expresar el vector A como: A=AJ +Ay] +A,k= (A cos a); + (A cos ~)] + (Acosy) k

•

Si quisieramos determinar el modulo del vector en funcion de sus componentes, bastarfa con aplicar el teorema de Pitagoras:

C= A + B

Supongamos que en el ejemplo de la figura 5.9:

(Cx, Cy) = (A, + Bx, Ay + By)

11]+6k

Y de forroa general 10 expresamos como:

y su modulo:

Ii= CR., a, RJ = (~)x. Vectorunitario en la direccion de A

z

y

p (x, y)

••••••••••••••••••••••••

: y

:x

..:·

P(x,z,y)

Aprovechemos la ocasiol!)' obtengamos el vector unitario que lleve ignal direccion y sentido que A. Como habfamos descrito en el apartado sabre el producto de un vector par un escalar), el vector unitario vendni dado par: .

· ·

a

IAI

a

x = -Figura 5.8. Representacion de un punta en el plano y en el espacia mediante el sistema de coordenadas cartesianas.

o sea, cada una de las componentes cartesianas de la resultante es el resultado de sumar las componentes respectivas de cada uno de los vectores. y

A

IAI Ay=A sen B

~ = A = (!:_ !!__ !:_) 4; + 11]

x

LAy, LA,)

u =--

z :

Que en nuestro caso sera:

-------L~----------~------------x

vectores A y B es C. Ahara bien, las componentes de C no so~ m~ que el resultado de la soma de las componentes de ambos vectores A y B. Asf, podemos expresar analfticamente la suma de dos vectores como:

IAI =V Ai+A~+Ai A=4;+

e e

4

A'

11

,--,--

( 13,15

A 'A

6)

13,15 13,15

+6£

x

13,15

_

_

= 0,29i +0,83j +0,45k

_

Ax=A cos B

Figura 5.1 O. Componentes redangulares de un vector.

..... 76

BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

77

CANT1DADES FisICAS, UNIDADES Y VECTORES EN EL MOVIMIENTO HUMANO

Asf (Fig. 5.9):

z

z

+ -

I I

""

""

"

""

""

Ax -::;- = cos a= 0,29 A Ay -=cos#=083

""

A

A, -:::;- = cos y= 0,45 A

Az

+ Y

0

'

Y

A los cosenos de los angulos que forroa el vector A can cada uno de los ejes se les denomina «cos~os directores», ya que estes son las componentes del vector unitario, u, ,que definen la direccion de aquel,

Componentes cartesianas en dos dimensiones x II

As=AcOSIj>

Figura 5.6. Proyeccion del vector A sobre el eje S.

x

Figura 5.7. Sistema de coordenadas cartesianas.

COMPONENTES CARTESIANOS DE UN veCTOR

Su valor viene dado par: A, = A cos tP (si el angulo es~)

SISTEMA DE REFERENCIA CARTESIANO Ala hora de repre~~tar las magnitudes vectoriales en el espacio, utilizamos como siste1lla-de referencia tres ejes de coordenadas perpendiculares entre sf y que se cortan en un punta connin que denominamos «origen de coordenadas» (Fig. 5.7). Este sistema de coordenadas 10 denominamos «sistema de coordenadas cartesianos); en honor a Rene Descartes. Existen otros sistemas de coordenadas, como las coordenadas polares, las coordenadas cilindricas a el sistema de coordenadas esfericas, En 10 que sigue utilizaremos el sistema cartesiano. En el sistema de coordenadas cartesianas un punta en el plano viene determinado par una pareja de mimeros reales P (x, y) y en el espacio par una tema P (x, y, z), tambien llamados «coordenadas cartesianas» (Fig. 5.8).

Figura 5.9.1epresentacion geometrica de las componentes cartesianasAu Ay y A, delvedorA.

Las componentes cartesianas de un vector en el plano vienen dadas por la figura 5.10 par sus proyecciones sabre los ejes cartesianos. Sin embargo, en este caso, teniendo en cuenta las razones trigonometricas de un triangulo rectangulo, solamente es necesario disponer de un solo angulo, par ejemplo 8, para poder expresar un vector en forroa bipolar: Ax=Acos

Estos puntas pueden venir, a su vez, determinados par un vector que tiene su origen en el orige!l de coordenadas y su extrema en el punta considerado. Dado un vector A, se denominan «componentes» de dicho vector (AxA.,A.) sus proyecciones sabre los ejes de coordenadas corresnondientes (Fig. 5.9). Las componentes cartesianas son mimeros y las representamos en cursiva. Utilizando este sistema de coordenadas podemos representar un vector de forroa analftica definiendo tres vectores unitarios, a sea, de modulo unidad y sin dimensiones, en cada uno de ejes de coordenadas y dirigidos en el sentido positivo de dichos ejes (Fig. 5.9). Estos vectores los designaremos siempre par feen el eje x), feen el eje y) y k (en el eje y las componentes que los definen son i= (1,0, Ol,j = (Q..l, O)J k= (0, 0, 1). Un vector generico se expresa asf: A =:.Ax i + Ay j + A, k, siendo Ax,Ay Y A, las tres componentes del vector A. Estas fomponentes son escalares y de las mismas dimensiones que A, de tal forroa que, en tres dimensiones:

Ax=Acosa Ay=Acos~ A,=Acosy

Ay=Asen

De esta forroa es facil ver (Fig. 5.11) que la suma grsfica que reali-

zabamos par el metodo del pollgono ahara podemos expresarla de forroa analjtica.En !lla p_odemos apreciar que la resultante de la suma de los

De esta forroa, podemos expresar el vector A como: A=AJ +Ay] +A,k= (A cos a); + (A cos ~)] + (Acosy) k

•

Si quisieramos determinar el modulo del vector en funcion de sus componentes, bastarfa con aplicar el teorema de Pitagoras:

C= A + B

Supongamos que en el ejemplo de la figura 5.9:

(Cx, Cy) = (A, + Bx, Ay + By)

11]+6k

Y de forroa general 10 expresamos como:

y su modulo:

Ii= CR., a, RJ = (~)x. Vectorunitario en la direccion de A

z

y

p (x, y)

••••••••••••••••••••••••

: y

:x

..:·

P(x,z,y)

Aprovechemos la ocasiol!)' obtengamos el vector unitario que lleve ignal direccion y sentido que A. Como habfamos descrito en el apartado sabre el producto de un vector par un escalar), el vector unitario vendni dado par: .

· ·

a

IAI

a

x = -Figura 5.8. Representacion de un punta en el plano y en el espacia mediante el sistema de coordenadas cartesianas.

o sea, cada una de las componentes cartesianas de la resultante es el resultado de sumar las componentes respectivas de cada uno de los vectores. y

A

IAI Ay=A sen B

~ = A = (!:_ !!__ !:_) 4; + 11]

x

LAy, LA,)

u =--

z :

Que en nuestro caso sera:

-------L~----------~------------x

vectores A y B es C. Ahara bien, las componentes de C no so~ m~ que el resultado de la soma de las componentes de ambos vectores A y B. Asf, podemos expresar analfticamente la suma de dos vectores como:

IAI =V Ai+A~+Ai A=4;+

e e

4

A'

11

,--,--

( 13,15

A 'A

6)

13,15 13,15

+6£

x

13,15

_

_

= 0,29i +0,83j +0,45k

_

Ax=A cos B

Figura 5.1 O. Componentes redangulares de un vector.

CAN77DADES FfSICAS, UNlDADES Y VECTORES EN EL MOVIMIENTO HUMANO

78

Si la fuerza es de 100 N y al aplicarla forma un angulo de 30° can la horizontal desplazando el objeto a una distancia de 1m, el trabajo mecanico realizado sera de: W = 100 . 1. cos 30 = 86,60 J

Veamos algunas propiedades titiles del producto escalar de dos veetores: . 1. b = b. 2. a '1b +_c) :: a . b~+ a . 3. 0 ~. b= a' (1. b)(paraAER). 4. a·a>O,paraa .. O. 5. Ia.:. bl s a I . Ib I (desigu~d~d de Cauchy-Schwarz), 6. Si a .. 0, b .. 0 y u = 90° ~ a . b = O.EI producto escalar de veetores ortogonales es nulo ya que el cos 90° = o.

y

a·

a.

c.

P

RODUCTO VECTORIAL DE DOS VECTORES. cAl.cULO DE AREAs. MOMENTO DE UNA FUERZA Continuando can los productos entre vectores, ahora nos ocupamos del producto vectorial, que, como su propio nombre indica, es un vector. EI producto vectorial de los vectores y Iise define como un nuevo vector perpendicular al plano formado par los dos vectores (Fig. 5.15) y cuyo sentido se determina par la regia del sacacorchos a de la mano derecha (si con el Indice indicamos la direcci6n del primer vector y con el dedo coraz6n la direccion del segundo vector, el pulgar dara la direccion del producto vectorial) (Fig. 5.16). Otra regia sencilla para conocer el sentido del vector consiste en asignarle el sentido en el que avanzaria un tornillo dextregiro (rosca-

J

Cy Ay

a

PRODUCTOS ESCAlARES DE LOS VECTORES UNITARIOS DE LOS EJES CARTESIAN OS Teniendo en cuenta que los vectores unitarios de los ejes cartesianos, son perpendiculares entre sf, los productos escalares de i,j y k daran como resultado: y. Y = I,I j =0, y. k =0

x

j·j=l,j·Y=O,j·k=O

Figura 5.11. Comflonentes rectangularesde cada vector A, B y del vector resul-

tante de la suma, C.

k·k=l,k·j=O,k·Y=O

PRODUCTO ESCAlAR DE DOS VECTORES En este apartado y el siguiente tratamos los dos tipos de productos que realizamos con los vectores. No son mas que unas herramientas matematicas que utilizamos y que nos vendran muy bien para nuestras magnitudes. A.s}"el producto escalar de dos vectores, como su propio nombre indict, es un escalar y su valor numerico viene dado por: [I] La expresion analftica se obtiene de la suma de los productos formados por cada una de las componentes de uno y otro vector. Es decir, dados dos vectores a y b, expresados en sus componentes cartesianas (Fig. 5.12): a· Ii =~b,+~by+ilzbz=

_La;b;

[2]

;

Se recomienda al lector que realice por su cuenta los productos escalares de los vectores unitarios correspondientes a los ejes de coordenadas como ejercicio. Las operaciones [I]y [2] no s610permiten el calculo de la longitud de los segmentos orientados que representan (sus modules), sino tambien calcular el angulo que hay entre ellos. Suppng(lfilosque a(l, I), Ii.= = (2,0). En este caso:

cosu=

~~+~~

2

y

x

Figura 5.13. Representaciongraficatridimensionalde Jossegmentos del miembro

inferiorde un corredor definido por las coordenadas espaciales que definen 105 centrosarticularesde tobillo (A),rodilla (B)y cadera (C). En este ejemplo, el coseno del angulo comprendido entre los segmentos muslo y pantorrilla corresponde a 0,48. Para poder obtener dicho valor en grados, sera necesario, al igual que hicimos antes, calcular el arcocoseno de dicho valor:

Sentido

arccos (0,48) = 61,31°

W=

Ii· if;" Ii·6,8

= IFllfiSI

axb

Modulo [a x b] = lallblsena

Una magnitud esc alar muy conocida es el trabajo mecanico realizado por una fuerza F al producirle un desplazarniento a un objeto 5.14):

lal ={f=I,4ly Ibl =2 Despejando cos u de [I] y sustituyendo la expresion [2], el angulo entre los dos vectores vendra dado por:

cos n

b

1

-... -. -. -~ u=arccos-=45° lallbl {2'2 Esta expresion es de gran utilidad ya que, conociendo las componentes que definen dos vectores en el espacio, se puede calcular el angulo formado entre ambos. Esto es muy habitual para el calculo del desplazamiento angular en el analisis cinemitico que se realiza en Biomeciaica departiva. Por ejemplo, en la figura 5.13 se presentan los segmentos del miembro inferior de un corredor definido por la posicion de los puntas tobillo (A), rodilla (B) y cadera (C). Para calcular el angulo de la rodilla que forman el muslo y la pierna a pantorrilla se tendrian que tener en cuenta los puntosA(5,1, 3),B (4,3,2) y C (3,2, 6) que definen.los segmentos muslo pantorrilla en un sistema de coordenadas de tres dimensiones. Los vectores posicion instantanea en el espacio del muslo (v) y la pantorrilla (~, respecto al centro articular instantaneo de la rodilla se definen de la siguiente forma:

fi.

V = (3 -4,2-

3,6- 2) = (-1,-1,4)

Figura5.14. Trabajomecanico realizadopor la fuerza Fque forma un angulo a con

Figura 5.15. Productovectorialde dos vectoresa xb, indicandoelsentido, median-

lahorizontal al producir un desplazamiento, LlS,en dicho eje.

te la flecha verde.

B

A Giro de

v

va v' Vector producto vectorial

Avance del destomillador = p vectorial

r= (5 -4,1-

3,3 - 2) = (1,-2,1) EI angulo que forman muslo y pierna en lorna a la articulacion de la rodilla se calculani segiin la siguiente expresion: [email protected]. Representacion geometrica del producto escalar de dos vectores

a yo.

79

BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA AC77VIDAD FfSICA Y EL DEPORTE

5

cos a Ivllrl

0,48

Figura 5.16. Representaciongeometrica de 105productos vectoriales v xv', asf como su sentido representadopor la direccion de avance del tomillo.

CAN77DADES FfSICAS, UNlDADES Y VECTORES EN EL MOVIMIENTO HUMANO

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Si la fuerza es de 100 N y al aplicarla forma un angulo de 30° can la horizontal desplazando el objeto a una distancia de 1m, el trabajo mecanico realizado sera de: W = 100 . 1. cos 30 = 86,60 J

Veamos algunas propiedades titiles del producto escalar de dos veetores: . 1. b = b. 2. a '1b +_c) :: a . b~+ a . 3. 0 ~. b= a' (1. b)(paraAER). 4. a·a>O,paraa .. O. 5. Ia.:. bl s a I . Ib I (desigu~d~d de Cauchy-Schwarz), 6. Si a .. 0, b .. 0 y u = 90° ~ a . b = O.EI producto escalar de veetores ortogonales es nulo ya que el cos 90° = o.

y

a·

a.

c.

P

RODUCTO VECTORIAL DE DOS VECTORES. cAl.cULO DE AREAs. MOMENTO DE UNA FUERZA Continuando can los productos entre vectores, ahora nos ocupamos del producto vectorial, que, como su propio nombre indica, es un vector. EI producto vectorial de los vectores y Iise define como un nuevo vector perpendicular al plano formado par los dos vectores (Fig. 5.15) y cuyo sentido se determina par la regia del sacacorchos a de la mano derecha (si con el Indice indicamos la direcci6n del primer vector y con el dedo coraz6n la direccion del segundo vector, el pulgar dara la direccion del producto vectorial) (Fig. 5.16). Otra regia sencilla para conocer el sentido del vector consiste en asignarle el sentido en el que avanzaria un tornillo dextregiro (rosca-

J

Cy Ay

a

PRODUCTOS ESCAlARES DE LOS VECTORES UNITARIOS DE LOS EJES CARTESIAN OS Teniendo en cuenta que los vectores unitarios de los ejes cartesianos, son perpendiculares entre sf, los productos escalares de i,j y k daran como resultado: y. Y = I,I j =0, y. k =0

x

j·j=l,j·Y=O,j·k=O

Figura 5.11. Comflonentes rectangularesde cada vector A, B y del vector resul-

tante de la suma, C.

k·k=l,k·j=O,k·Y=O

PRODUCTO ESCAlAR DE DOS VECTORES En este apartado y el siguiente tratamos los dos tipos de productos que realizamos con los vectores. No son mas que unas herramientas matematicas que utilizamos y que nos vendran muy bien para nuestras magnitudes. A.s}"el producto escalar de dos vectores, como su propio nombre indict, es un escalar y su valor numerico viene dado por: [I] La expresion analftica se obtiene de la suma de los productos formados por cada una de las componentes de uno y otro vector. Es decir, dados dos vectores a y b, expresados en sus componentes cartesianas (Fig. 5.12): a· Ii =~b,+~by+ilzbz=

_La;b;

[2]

;

Se recomienda al lector que realice por su cuenta los productos escalares de los vectores unitarios correspondientes a los ejes de coordenadas como ejercicio. Las operaciones [I]y [2] no s610permiten el calculo de la longitud de los segmentos orientados que representan (sus modules), sino tambien calcular el angulo que hay entre ellos. Suppng(lfilosque a(l, I), Ii.= = (2,0). En este caso:

cosu=

~~+~~

2

y

x

Figura 5.13. Representaciongraficatridimensionalde Jossegmentos del miembro

inferiorde un corredor definido por las coordenadas espaciales que definen 105 centrosarticularesde tobillo (A),rodilla (B)y cadera (C). En este ejemplo, el coseno del angulo comprendido entre los segmentos muslo y pantorrilla corresponde a 0,48. Para poder obtener dicho valor en grados, sera necesario, al igual que hicimos antes, calcular el arcocoseno de dicho valor:

Sentido

arccos (0,48) = 61,31°

W=

Ii· if;" Ii·6,8

= IFllfiSI

axb

Modulo [a x b] = lallblsena

Una magnitud esc alar muy conocida es el trabajo mecanico realizado por una fuerza F al producirle un desplazarniento a un objeto 5.14):

lal ={f=I,4ly Ibl =2 Despejando cos u de [I] y sustituyendo la expresion [2], el angulo entre los dos vectores vendra dado por:

cos n

b

1

-... -. -. -~ u=arccos-=45° lallbl {2'2 Esta expresion es de gran utilidad ya que, conociendo las componentes que definen dos vectores en el espacio, se puede calcular el angulo formado entre ambos. Esto es muy habitual para el calculo del desplazamiento angular en el analisis cinemitico que se realiza en Biomeciaica departiva. Por ejemplo, en la figura 5.13 se presentan los segmentos del miembro inferior de un corredor definido por la posicion de los puntas tobillo (A), rodilla (B) y cadera (C). Para calcular el angulo de la rodilla que forman el muslo y la pierna a pantorrilla se tendrian que tener en cuenta los puntosA(5,1, 3),B (4,3,2) y C (3,2, 6) que definen.los segmentos muslo pantorrilla en un sistema de coordenadas de tres dimensiones. Los vectores posicion instantanea en el espacio del muslo (v) y la pantorrilla (~, respecto al centro articular instantaneo de la rodilla se definen de la siguiente forma:

fi.

V = (3 -4,2-

3,6- 2) = (-1,-1,4)

Figura5.14. Trabajomecanico realizadopor la fuerza Fque forma un angulo a con

Figura 5.15. Productovectorialde dos vectoresa xb, indicandoelsentido, median-

lahorizontal al producir un desplazamiento, LlS,en dicho eje.

te la flecha verde.

B

A Giro de

v

va v' Vector producto vectorial

Avance del destomillador = p vectorial

r= (5 -4,1-

3,3 - 2) = (1,-2,1) EI angulo que forman muslo y pierna en lorna a la articulacion de la rodilla se calculani segiin la siguiente expresion: [email protected]. Representacion geometrica del producto escalar de dos vectores

a yo.

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BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA AC77VIDAD FfSICA Y EL DEPORTE

5

cos a Ivllrl

0,48

Figura 5.16. Representaciongeometrica de 105productos vectoriales v xv', asf como su sentido representadopor la direccion de avance del tomillo.

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BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

do. a derechas) si girase de a hacia a siguiendo el camino mas corto (FIg. 5.16 B). El modulo 0 maguitud del producto vectorial es isual al producto de sus magnitudes multiplicado por el seno del angulo ;ue forman entre sf los dos vectores, esto es:

[a xb] = lallbl sen a Si queremos hallar el producto vectorial de dos vectores de forma que ~btengamos un vector directamente y no que obtengamos por un lado el modulo y par otro hallar el sentido mediante la regIa de la mana derecha, hemos de utiIizar 10que en Matemsticas se conoce como «determinante de orden 3», es decir:

ax!)=

~ { ~ =Tllly a.1_rla, a.1+kla, llylb, b, b, byb, by b, by b, = T (llyb,-a.by)-

r (a,b,-a.bJ+

k (a,by-a,by-llybJ

Donde, en la primera fila del determinante, situamos los vectores unitarios de los ejes cartesianos, en la segunda las componentes cartesianas del primer vector, y en la tercera las componentes cartesianas del . segundo vector. UtiIizamos la regia de los menores complementarios para desarrollar el determinante. Asi, para los vectores: v = (3 -4,2 - 3,6 - 2) = (-1,-1,4) r = ,(5 -4,1-3,3

-2) = (-1,-2,1)

El producto vectorla}.vendni dado par: i j k vxr = -1 -1 4 =[(-1 +8)-](-1-4) 1 -2 1

+k(2+

1) = 77+57+ 3k

Veamos algunas propiedades del producto vectorial que pueden ser iitiles:

Se recomienda allector que reaIice estos productos vectoriales su cuenta utiIizando la regia de la mana derecha para que ta destreza.

IMo (T) I = IMo (P) I

La maguitud de los momentos sera:

s

[a x b] = lallbl

sena=

La varill~ de la figura 5.18 puede girar aIrededor del punto 0,que permanece fijo. Supongamos, por sencillez, que solo puede moverse en el plano. Por la experiencia cotidiana de abrir puertas, sabemos que el efecto de una fuerza aplicada a la varilla depende no solo de la fuerza sino tambien del punto de la varilla en el que se aplica. Es decir una misma fuerza tiene «distinta capacidad de hacer airar» la varilla s~gun su punto de aplicacion. 0 Ala hora de analizar el equilibrio de la varilla bajo la accion de todas las fuerzas que acnian sobre ella, conviene asociar una masnitud ffsica a su «capacidad de hacer girar» , es decir, asociarl una ma~tud medible que pueda incluirse en una formulacion matematica, e Sin embargo, conocemos algunos aspectos debidos al ilia a dfa. Por ejempl~, sabemos que sea cual sea la fuerza si se aplica en el punto 0, el equilibn? no se altera y que F2 y F3 han de ser opuestas entre sf. Adenuis, cualq~ler fuerza que sea paralela ala varilla no posee «capacidad ~). Es~ experiencias parecen indicar que podemos caracterizar «la eapacidad de giro de una fuerza» mediante la magnitud, que vamos «momento» deuna fuerza F respecto a un punto 0, 3Iproducto vectorial:

axb

PRODUcrOS VEcrORlALES DE LOS VEcrORES UNITARIOS DE LOS EJES CARTESIANOS AI igual q.uebacfamos con el producto escalar, obtengamos los productos vectonales entre los vectores unitarios de los ejes cartesianos. Teniendo en consideracion que estes son perpendiculares entre sf, los productos vectoriales de I:fy K daran como resultado:

=T

P

Figura 5.18. Efec-

MOMENTO DE UNA FUERZA

c.

=-T,kxT

T=250,57N' Cabe observar que el deltoides necesita hacer una fuerza de 250,6 N para manteneren equilibrio un brazocuyo peso es de 31 N, es decir.realiza una fuerza ocho veces superior.

Iblh

a

kXk =O,kX]

de donde:

y ~epresenta el area del paralelogramo que definen ambos vectores (FIg. 5.17), ya que h es la altura del paralelogramo.

110 (F)=rxF

TxT = 0,TX] = k,i x k =-T TxT =o,JxT =-k,]xk ="-T

1110 (T) I = fuerza . brazo = T· 3 IMo (P) I = IrllFI sena=28·31·sen60°

Una aplicacidn irnportante del producto vectorial de dos vectores la encontramos analizando mas profundamente su significado. Consideremos dos vectores a y (Fig. 5.17). EI producto vectorial es un vector perpendicular al plano que forman los dos vectores y, como hemos visto anteriormente, su modulo es:

4. a x (0 + C) = a x 0 + a x 5. A(a x Ii) = (A a) x Ii= a x (A Ii) paraAER. 6. x Ii) x C = x (Ii x C). 7. (a x Ii)2 = (a . a) . (Ii· Ii) - (a. Ii)2.

(a

81

es donde esta aplicada la fuerza articular, la cual desconocemos cornpletamente, y su momenta sen! nulo. Asf pues, ha de cumplirse que:

o

cA.l.CULO DE AREAs

1. a x Ii es perpendicular a a y a 0.

2·laxbl = lal·lbl·sena. 3. a x Ii =- (ii x a).

CANTIDADES FisICAS. UNiDADES Y VECTORES EN EL MOVIMIENTO HUMANO

1..-

-1

to de las fuerzas sabre una varilla que puede girar en tarna a un puntofijaO.

Una aplicacion irnportante del producto vectorial de dos vectores en Biomecanica deportiva es el calculo del momenta de fuerza que aenia sobre un cuerpo, 0 miembro de este, para calcular la efectividad de la fuerza aplicada, causar 0 alterar el movimiento de rotacion de un cuerpo. En este sentido, la magnitud y direecion de la fuerza son importantes, pero tambien 10es el punto de aplicacion. En proximos capftulos veremos como el momenta de una fuerza respecto a un eje de rotacion se define como el producto de la fuerza por la dist~cia perpendicular entre su linea de aplieacion y el eje de rotacion, tambien conocida como «brazo de momento 0 brazo de palanca». En el diagrama de fuerzas presentado en la figura 5.19 se muestra la aceidn del nnisculo deltoides en el hombro para levantar el brazo: la fuerza del peso de todo el brazo esta situada a 28 cm del eje de rotacion situado en la articulacion del hombro. Calculamos los momentos de ambas fuerzas respecto al eje de rotacion de la articulacion del hombro que pasa por el punto y. es perpendicular al plano del papel. EI peso del brazo tiende a producir una rotacion horaria respecto a dicha articulacion, mientras que el nniscu10 deltoides tiende a producir una rotacion antiboraria. EI nnisculo esta unido al lnimero a unos 13 em de la articulacion glenohumeral formando un angulo a con aquel. EI brazo de palanca, d, para la tension muscular es aproxirnadamente de 3 cm. EI peso del brazo de la persona acnia aproxirnadameote en el codo, donde esta el centro de gravedad del brazo. Nosotros 00 resolveremos el problema completo, ya que de estas situaciones nos ocuparemos en otro capftulo, pero realizando un semianalisis estatico se podra calcular la fuerza neta que tienen que realizar los nnisculos flexores del bombro para que el sistema se mantenga en reposo. El brazo de la persona esta en equilibrio. Por ello debe cumplir las ecuaciones de equilibrio para un cuerpo extenso:

RODUcrO MIXTO DE TRES VECTORES. INTERPRETACION GEOMETRtCA A veces.se defineeI producto mixto entre Ires vectores a, oy C, como: a· (iix c)

[3]

Este producto, cuyo resultado puede verse que va a ser un escalar, se puede calcular tambien como el determinante de la matriz de orden 3 que se forma con las componentes de los vectores, es decir: a, b, c,

lly a, by b, = a,byc, + cxllyb, + a,bxcy-a,bycx-c,ilybx-a,b,cy cy c,

Una de las utiIidades del producto mixto es que da el volumen de un paralelepfpedo formado con las aristas de los vectores a, Ii y C, ya que si manejamos un poco [3] tenemos que: a· (iix c)= lalliix

cl cos 8= lallbllcl

T

°

60°

sen a cos 8

I I I I I I I I I I I I I I

---~

I I I I

(I)

P=31 N

(2) Figura 5.17. fl m6dulo del producto vectorialde'dosvectores representael area

del paralelogramo.

Elegiremos como punto para hallar momentos de las fuerzas que acnian sobre el brazo el punto de la articulacion del hombre, 0,ya que

Figura 5.19. Acci6n del muscula deltaides (T) para mantener en equilibria el

braza.

80

BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

do. a derechas) si girase de a hacia a siguiendo el camino mas corto (FIg. 5.16 B). El modulo 0 maguitud del producto vectorial es isual al producto de sus magnitudes multiplicado por el seno del angulo ;ue forman entre sf los dos vectores, esto es:

[a xb] = lallbl sen a Si queremos hallar el producto vectorial de dos vectores de forma que ~btengamos un vector directamente y no que obtengamos por un lado el modulo y par otro hallar el sentido mediante la regIa de la mana derecha, hemos de utiIizar 10que en Matemsticas se conoce como «determinante de orden 3», es decir:

ax!)=

~ { ~ =Tllly a.1_rla, a.1+kla, llylb, b, b, byb, by b, by b, = T (llyb,-a.by)-

r (a,b,-a.bJ+

k (a,by-a,by-llybJ

Donde, en la primera fila del determinante, situamos los vectores unitarios de los ejes cartesianos, en la segunda las componentes cartesianas del primer vector, y en la tercera las componentes cartesianas del . segundo vector. UtiIizamos la regia de los menores complementarios para desarrollar el determinante. Asi, para los vectores: v = (3 -4,2 - 3,6 - 2) = (-1,-1,4) r = ,(5 -4,1-3,3

-2) = (-1,-2,1)

El producto vectorla}.vendni dado par: i j k vxr = -1 -1 4 =[(-1 +8)-](-1-4) 1 -2 1

+k(2+

1) = 77+57+ 3k

Veamos algunas propiedades del producto vectorial que pueden ser iitiles:

Se recomienda allector que reaIice estos productos vectoriales su cuenta utiIizando la regia de la mana derecha para que ta destreza.

IMo (T) I = IMo (P) I

La maguitud de los momentos sera:

s

[a x b] = lallbl

sena=

La varill~ de la figura 5.18 puede girar aIrededor del punto 0,que permanece fijo. Supongamos, por sencillez, que solo puede moverse en el plano. Por la experiencia cotidiana de abrir puertas, sabemos que el efecto de una fuerza aplicada a la varilla depende no solo de la fuerza sino tambien del punto de la varilla en el que se aplica. Es decir una misma fuerza tiene «distinta capacidad de hacer airar» la varilla s~gun su punto de aplicacion. 0 Ala hora de analizar el equilibrio de la varilla bajo la accion de todas las fuerzas que acnian sobre ella, conviene asociar una masnitud ffsica a su «capacidad de hacer girar» , es decir, asociarl una ma~tud medible que pueda incluirse en una formulacion matematica, e Sin embargo, conocemos algunos aspectos debidos al ilia a dfa. Por ejempl~, sabemos que sea cual sea la fuerza si se aplica en el punto 0, el equilibn? no se altera y que F2 y F3 han de ser opuestas entre sf. Adenuis, cualq~ler fuerza que sea paralela ala varilla no posee «capacidad ~). Es~ experiencias parecen indicar que podemos caracterizar «la eapacidad de giro de una fuerza» mediante la magnitud, que vamos «momento» deuna fuerza F respecto a un punto 0, 3Iproducto vectorial:

axb

PRODUcrOS VEcrORlALES DE LOS VEcrORES UNITARIOS DE LOS EJES CARTESIANOS AI igual q.uebacfamos con el producto escalar, obtengamos los productos vectonales entre los vectores unitarios de los ejes cartesianos. Teniendo en consideracion que estes son perpendiculares entre sf, los productos vectoriales de I:fy K daran como resultado:

=T

P

Figura 5.18. Efec-

MOMENTO DE UNA FUERZA

c.

=-T,kxT

T=250,57N' Cabe observar que el deltoides necesita hacer una fuerza de 250,6 N para manteneren equilibrio un brazocuyo peso es de 31 N, es decir.realiza una fuerza ocho veces superior.

Iblh

a

kXk =O,kX]

de donde:

y ~epresenta el area del paralelogramo que definen ambos vectores (FIg. 5.17), ya que h es la altura del paralelogramo.

110 (F)=rxF

TxT = 0,TX] = k,i x k =-T TxT =o,JxT =-k,]xk ="-T

1110 (T) I = fuerza . brazo = T· 3 IMo (P) I = IrllFI sena=28·31·sen60°

Una aplicacidn irnportante del producto vectorial de dos vectores la encontramos analizando mas profundamente su significado. Consideremos dos vectores a y (Fig. 5.17). EI producto vectorial es un vector perpendicular al plano que forman los dos vectores y, como hemos visto anteriormente, su modulo es:

4. a x (0 + C) = a x 0 + a x 5. A(a x Ii) = (A a) x Ii= a x (A Ii) paraAER. 6. x Ii) x C = x (Ii x C). 7. (a x Ii)2 = (a . a) . (Ii· Ii) - (a. Ii)2.

(a

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es donde esta aplicada la fuerza articular, la cual desconocemos cornpletamente, y su momenta sen! nulo. Asf pues, ha de cumplirse que:

o

cA.l.CULO DE AREAs

1. a x Ii es perpendicular a a y a 0.

2·laxbl = lal·lbl·sena. 3. a x Ii =- (ii x a).

CANTIDADES FisICAS. UNiDADES Y VECTORES EN EL MOVIMIENTO HUMANO

1..-

-1

to de las fuerzas sabre una varilla que puede girar en tarna a un puntofijaO.

Una aplicacion irnportante del producto vectorial de dos vectores en Biomecanica deportiva es el calculo del momenta de fuerza que aenia sobre un cuerpo, 0 miembro de este, para calcular la efectividad de la fuerza aplicada, causar 0 alterar el movimiento de rotacion de un cuerpo. En este sentido, la magnitud y direecion de la fuerza son importantes, pero tambien 10es el punto de aplicacion. En proximos capftulos veremos como el momenta de una fuerza respecto a un eje de rotacion se define como el producto de la fuerza por la dist~cia perpendicular entre su linea de aplieacion y el eje de rotacion, tambien conocida como «brazo de momento 0 brazo de palanca». En el diagrama de fuerzas presentado en la figura 5.19 se muestra la aceidn del nnisculo deltoides en el hombro para levantar el brazo: la fuerza del peso de todo el brazo esta situada a 28 cm del eje de rotacion situado en la articulacion del hombro. Calculamos los momentos de ambas fuerzas respecto al eje de rotacion de la articulacion del hombro que pasa por el punto y. es perpendicular al plano del papel. EI peso del brazo tiende a producir una rotacion horaria respecto a dicha articulacion, mientras que el nniscu10 deltoides tiende a producir una rotacion antiboraria. EI nnisculo esta unido al lnimero a unos 13 em de la articulacion glenohumeral formando un angulo a con aquel. EI brazo de palanca, d, para la tension muscular es aproxirnadamente de 3 cm. EI peso del brazo de la persona acnia aproxirnadameote en el codo, donde esta el centro de gravedad del brazo. Nosotros 00 resolveremos el problema completo, ya que de estas situaciones nos ocuparemos en otro capftulo, pero realizando un semianalisis estatico se podra calcular la fuerza neta que tienen que realizar los nnisculos flexores del bombro para que el sistema se mantenga en reposo. El brazo de la persona esta en equilibrio. Por ello debe cumplir las ecuaciones de equilibrio para un cuerpo extenso:

RODUcrO MIXTO DE TRES VECTORES. INTERPRETACION GEOMETRtCA A veces.se defineeI producto mixto entre Ires vectores a, oy C, como: a· (iix c)

[3]

Este producto, cuyo resultado puede verse que va a ser un escalar, se puede calcular tambien como el determinante de la matriz de orden 3 que se forma con las componentes de los vectores, es decir: a, b, c,

lly a, by b, = a,byc, + cxllyb, + a,bxcy-a,bycx-c,ilybx-a,b,cy cy c,

Una de las utiIidades del producto mixto es que da el volumen de un paralelepfpedo formado con las aristas de los vectores a, Ii y C, ya que si manejamos un poco [3] tenemos que: a· (iix c)= lalliix

cl cos 8= lallbllcl

T

°

60°

sen a cos 8

I I I I I I I I I I I I I I

---~

I I I I

(I)

P=31 N

(2) Figura 5.17. fl m6dulo del producto vectorialde'dosvectores representael area

del paralelogramo.

Elegiremos como punto para hallar momentos de las fuerzas que acnian sobre el brazo el punto de la articulacion del hombre, 0,ya que

Figura 5.19. Acci6n del muscula deltaides (T) para mantener en equilibria el

braza.

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BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA AC77VlDAD ASICA ya DEPORTE

CANTIDADES ASICAS, UNiDADES Y VECTORES EN a MOVIMIENTO HUMANO

donde (bcsen a) no es sino el area de la base del paralelograrno (ver producto escalar y vectorial) formado por bye; y a cos e resulta ser la altura de dicho paralelepfpedo. EI area de la base por la altura da el volumen de este tipo de cuerpos geometricos (Fig. 5.20).

83

f(l blecido. En cualquier caso, y antes de que un observador 0 analista comience a registrar y clasificar informacion sobre eventos 0 conductas deportivas, debe preparar detalladamente la codificacion a traves del establecimiento de una estructura de la informacion. Mediante la codificaci6n se lIega a construir y utilizar uo sistema de sfmbolos que perrnite la obtencion de datos de manera adecuada. La fioalidad del tratamieoto de datos, sin importar el tipo de datos que se teoga, es imponer algiin orden eo un gran volumen de informaciao, asf como proceder a una reduccion de datos, de manera que sea posible obtener uuos resultados y unas conc1usiones y que se puedao comunicar mediante un informe. Esta tarea de registro de datos no presenta regIas sisternaticas y requieren de manera general un gran volumen de trabajo y consecuentemente una dedicacion considerable de tiempo. Por suerte, existen hoy dfa sistemas y/o aplicaciones de registro observacional que reducen enormemente el tiempo empleado y que ofrecen ademas muchas mas posibilidades de estudio y analisis a partir de los datos registrados. Estos sistemas presentan ya flexibilidad en la descripcion 0 codificacion de las conductas y se puede establecer uoa estructura totaIrnente personalizable con niveles descriptivos iotermedios que se ajusten en mayor grade a los intereses y objetivos del analisis, aumentando asi la calidad del registro y mejorando el ajuste entre la percepcion de 10 que se esta observando e interprelando. Existen muchas modalidades de registro y su eleccion dependera del objetivo del analisis, En funcion del nivel de sistem.atizaci~n del. registro, podemos distioguir entre las modalidades de registro mas habituales las siguientes:

aJ Registros oarrativos. Se trata de uo texto que detalla la conducta observada a modo de reportero

0

comentarista; se puede rea-

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BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA ACnVIDAD Fis/CA Y EL DEPORTE

lizar a traves dellenguaje oral 0 escrito. Es el tipo de registro mas basico debido a que generalmente se utiliza un lexica no especializado e informacion muy selectiva por parte del observador y donde generalmente no se tiene en cuenta el orden (secuencias de tiempo) de la ejecucion de las conductas. Este tipo de registro puede tomar varios formatos: I. Diario. Trata de registrar la evolucidn de una situacion 0 conducta a 10 largo de distintas sesiones y sueIe resuitar muy interpretativo por parte del observador. 2. Registros puntuales. Son breves descripciones de un evento donde interesa la accion en sf por su caracter inesperado. 3. Registro continuo. Intenta describir las situaciones mas importantes entre una serie de conductas. 4. Registros de muestras. Se refieren a escenas 0 situaciones concretas.

10 que supone un paso adelante respecto al tipo de registro anterior. Si bien se caracterizan por su estilo en formato de texto, utilizan un lexico especializado y los criterios predeterminados ala hora de describir la informacion y se tiene en cuento el orden secuencial de las conductas 0 los eventos observados. c) Registros semisistematizados. Se caracterizan por tratar de expresar la informacion de una manera mas estructurada intentando no perder informacion relevante. b) Registros descriptivos. Presentan una cierta estrucmracion,

Las !istas de control son los medios mas utilizados; facilitan el registro de presencia 0 ausencia de conductas 0 eventos determinados. Existen varias posibi!idades: "':;jO. 1. Sistemas de siguos. Se obtienen al muestrear numerosas informaciones diversas de un evento natural sin que exista ninguna suposicion previa acerca de su ponderacidn 0 irnportancia relativa. 2. Listas de rasgos. Constituyen repertorios de las distintas conductas incluidas en los objetivos de un estudio; su iinico objetivo es incluir todas las distintas conductas ocurridas (no contabilizar su frecuencia) y constituyen el punto de partida de la elaboracion de instrumentos de observacion (sistemas de categorfas). Ejemplo: «recuperar», «interceptar», «lanzar», «perder», etcetera. 3. Escalas de estimacion 0 de evaluacion, Constituyen una herramienta dirigida a cuantificar las irnpresiones que se obtienen en el proceso de observacion. Pueden ser de varios tipos; el mas conocido es la rating scale, en la que una serie de estimaciones del observador se asiguan a los correspondientes niveles que presenta.

Ejemplo 9. En la evaillacion de la conducta de saque de banda de linjllgador defiltbol, una escala de estimacion puede ser: a) Saca en corto hacia la zona retrasada. b) Saca ell largo hacia la zona retrasada. c) Saca en corto hacia la zona adelamada. d) Saca en largo bacia la zona adelantada.

OA veces. o Pocas veces. o Nunca. 4. Registros sistematizados. Cualquiera de las modalidades de registro anteriormente mencionadas se ira transformando a registro sistematizado, logrando asf que la informacion recogida pueda considerarse dato neto, sin perdidas de informacion, siendo asf capaz de dar lugar a resultados precisos y permitiendo funciona!idad y rapidez. A partir del conocirniento de los tipos de registro existentes, se pueden establecer los procedirnientos de observacion 0 medios que utilizara el observador para el registro de datos.

Procedimientos de verificaci6n A traves de los mismos se registran valores cuantitativos relacionados con la ejecucion del deportista. Entre los procedirnientos de verficacion encontrarnos: -

Registro de acontecirnientos. Cronometraje. Muestreo de tiempo. Registro de intervalos

Registro de acontecimientos Tradicionalmente relacionados con 10 que conocemos como «estadfstica» del encuentro, recoge comportamientos predefinidos y normalmente terminales. Ejemplo pueden ser: mimero de goles, perdidas del balon, etcetera.

Cronometraje Sirve para registrar la duracidn de los comportamientos 0 acciones determinadas. Ejemplo: duracion del tiempo de posesion, duracion de las interrupciones, etcetera.

Muestreo de tiempo Durante un perfodo de tiempo corto y previamente definido, el observador comprueba si se produce 0 no un determinado comportamiento. Ejemplo: comprobar si se produce un lanzarniento a porterfa entre dos posesiones consecutivas del halon por parte de un equipo.

OBSERVACI6N YANAuS/S EN DEPORTES INDIVIDUALES Y COLEcnvos

eual en gran medida no uti!iza ningiin tipo de aparataje concreto. Este tipo de analisis normalmente suele estar basado en eriterios de visualizacion genericos; de vez en cuando se plantean aspectos para polarizar Ia atencion sobre unos puntos concretos y deterrninados de antemano. EI hecho de observar correctamente es un proceso de aprendizaje que se basa en una buena 0 mala sistematizacion del mismo. La observacion directa adquiere gran irnportancia para el entrenador porque Ie proporciona informacion inmediata de la accion tecnica, con el consiguiente ahorro de tiempo ante otras formas de observacion, pero, por el contrario, la precision del mismo es en muchas ocasiones dudosa e incurre en muchos errores e irnprecisiones. Los procedirnientos de estructuracion y sistematizacion de la accion de observar ayudan a una mejor comprension posterior de la globalidad del movirniento, al igual que ala deteccion de errores 0 a confirmar virtudes concretas. Los procedirnientos de diseccionar la descripcion de la accion teenica para un mejor analisis pueden atender a criterios como la propia ejecucidn tecnica (por ejemplo, el grado de semejanza de la misma con el modelo teorico) 0 a traves de los efectos de la misma (por ejemplo, la trayectoria que lIeva un balon despues de un lanzarniento) 0 de su rendirniento (por ejemplo, si cumple el objetivo previsto, como meter gol). A traves de los procedirnientos de apreciacion se juzga cualitativamente una conducta motriz, aunque posteriormente pueda cuantificarse, tal y como expone Anguera (1989), quien indica que las escalas de apreciacidn (rating scales) permiten registrar bajo una forma cuantitativa las observaciones realizadas en una situacion, permitiendo asf describir el comportamiento de los individuos, las actividades de grupo, etcetera. Son especialmente iitiles para anotar el comportarniento en diferentes momentos mientras se desarrolla un proceso de interaccidn y para apreciar la naturaleza de un evento, considerado en su conjunto, cuando ha terminado. Segiin Anguera (1989), aportan resultados cuantitativos. Igualmente, es muy aconsejable aeudir a las escalas de apreciacion en los estadios exploratorios, pues cuando no se conocen exactamente las formas en las que se revela deterrninado tipo de comportamiento, pueden permitir definirlas. Dentro del procedirniento de apreciacion se incluyen: - EI registro anecdotico. - Las !istas de control. - Las escalas de clasificacion

0 puntuacicn.

Registro anecd6tico

Las estimacionesposibles para este caso sedan:

Procedimienfos de apreciaci6n

OSiempre. o Haaitualmente.

EI entrenador es un especialista en ver y en ocasiones intuir aspectos que pasan desapercibidos ala mayorfa de los espectadores, para 10

Listasde control Consisten en establecer una serie de frases que identifican conductas 0 acciones ante las cuales el observador seiialara su sentencia (positiva 0 negativa). La valoracion es binaria (sf/no). La suma de los sfes y noes determinara un perfil de una tecnica definida. El problema fundamental esta en la correcta consnuccion de los enunciados que hay que valorar, ya que pueden ser muy pormenorizados 0 por el contrario muy genericos, no lIegando a discriminar los resultados entre una buena y otra mala ejecucion,

Escalas de clasificaci6n 0 puntuaci6n Intentan solucionar el problema citado de las !istas; en estas el observador valora la actuacion y se pueden utilizar para determinar el perfil de la tota1idad de aeciones tecnicas de un deporte. Por otro lado, facilitan la definicion de los objetivos que se pretende conseguir con pesterioridad, ya que practicamente se presentan explicitos en la descripcion. Dentro de las escalas de punniacion 0 clasifieacien se incluyen los siguientes tipos: - Escalas ordinales 0 cualitativas. - Escalas numericas, - Escalas descriptivas.

Esca/as ordina/es

0 cua/itativas

En este metoda se suelen utilizar escalas de varios puntos. Normalmente se utilizan escalas entre 5 y 7 puntos 0 niveles. Es muy irnportante describir correctamente con que categorfa se identifica cada ejecucion, homogeneizando asf el criterio entre e intr observadores. Ejemplo 10. En 10 tabla 8.8 se presema llll ejemplo de escala ordi-

nal. Escalas numer;cas EI observador establece una serie de intervalos, empezando en el 0 y terminando en eliO. La longitud de cada intervalo puede ser variable de una escala a otra, pero dentro de la misma debe ser la misma.

Ejemplo 11.Enla tabla 8.9 se presema lin ejemplo de escala numerica.

Registro de intervalos Se establecen intervalos de tiempo definidos en los que se registra el mimero de veces que se produce una conducta. Un ejemplo es contabilizar el mimero de lanzarnientos a porterfa a partir de ese intervalo.

139

Se basa en criterios de observacion genericos donde de vez en cuando se plantean aspectos centrando la atencion de la observacion en aspectos concretos, donde el observador realiza un juicio del individuo 0 de su conducta. Es el metodo menos estructurado.

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BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA ACnVIDAD Fis/CA Y EL DEPORTE

lizar a traves dellenguaje oral 0 escrito. Es el tipo de registro mas basico debido a que generalmente se utiliza un lexica no especializado e informacion muy selectiva por parte del observador y donde generalmente no se tiene en cuenta el orden (secuencias de tiempo) de la ejecucion de las conductas. Este tipo de registro puede tomar varios formatos: I. Diario. Trata de registrar la evolucidn de una situacion 0 conducta a 10 largo de distintas sesiones y sueIe resuitar muy interpretativo por parte del observador. 2. Registros puntuales. Son breves descripciones de un evento donde interesa la accion en sf por su caracter inesperado. 3. Registro continuo. Intenta describir las situaciones mas importantes entre una serie de conductas. 4. Registros de muestras. Se refieren a escenas 0 situaciones concretas.

10 que supone un paso adelante respecto al tipo de registro anterior. Si bien se caracterizan por su estilo en formato de texto, utilizan un lexico especializado y los criterios predeterminados ala hora de describir la informacion y se tiene en cuento el orden secuencial de las conductas 0 los eventos observados. c) Registros semisistematizados. Se caracterizan por tratar de expresar la informacion de una manera mas estructurada intentando no perder informacion relevante. b) Registros descriptivos. Presentan una cierta estrucmracion,

Las !istas de control son los medios mas utilizados; facilitan el registro de presencia 0 ausencia de conductas 0 eventos determinados. Existen varias posibi!idades: "':;jO. 1. Sistemas de siguos. Se obtienen al muestrear numerosas informaciones diversas de un evento natural sin que exista ninguna suposicion previa acerca de su ponderacidn 0 irnportancia relativa. 2. Listas de rasgos. Constituyen repertorios de las distintas conductas incluidas en los objetivos de un estudio; su iinico objetivo es incluir todas las distintas conductas ocurridas (no contabilizar su frecuencia) y constituyen el punto de partida de la elaboracion de instrumentos de observacion (sistemas de categorfas). Ejemplo: «recuperar», «interceptar», «lanzar», «perder», etcetera. 3. Escalas de estimacion 0 de evaluacion, Constituyen una herramienta dirigida a cuantificar las irnpresiones que se obtienen en el proceso de observacion. Pueden ser de varios tipos; el mas conocido es la rating scale, en la que una serie de estimaciones del observador se asiguan a los correspondientes niveles que presenta.

Ejemplo 9. En la evaillacion de la conducta de saque de banda de linjllgador defiltbol, una escala de estimacion puede ser: a) Saca en corto hacia la zona retrasada. b) Saca ell largo hacia la zona retrasada. c) Saca en corto hacia la zona adelamada. d) Saca en largo bacia la zona adelantada.

OA veces. o Pocas veces. o Nunca. 4. Registros sistematizados. Cualquiera de las modalidades de registro anteriormente mencionadas se ira transformando a registro sistematizado, logrando asf que la informacion recogida pueda considerarse dato neto, sin perdidas de informacion, siendo asf capaz de dar lugar a resultados precisos y permitiendo funciona!idad y rapidez. A partir del conocirniento de los tipos de registro existentes, se pueden establecer los procedirnientos de observacion 0 medios que utilizara el observador para el registro de datos.

Procedimientos de verificaci6n A traves de los mismos se registran valores cuantitativos relacionados con la ejecucion del deportista. Entre los procedirnientos de verficacion encontrarnos: -

Registro de acontecirnientos. Cronometraje. Muestreo de tiempo. Registro de intervalos

Registro de acontecimientos Tradicionalmente relacionados con 10 que conocemos como «estadfstica» del encuentro, recoge comportamientos predefinidos y normalmente terminales. Ejemplo pueden ser: mimero de goles, perdidas del balon, etcetera.

Cronometraje Sirve para registrar la duracidn de los comportamientos 0 acciones determinadas. Ejemplo: duracion del tiempo de posesion, duracion de las interrupciones, etcetera.

Muestreo de tiempo Durante un perfodo de tiempo corto y previamente definido, el observador comprueba si se produce 0 no un determinado comportamiento. Ejemplo: comprobar si se produce un lanzarniento a porterfa entre dos posesiones consecutivas del halon por parte de un equipo.

OBSERVACI6N YANAuS/S EN DEPORTES INDIVIDUALES Y COLEcnvos

eual en gran medida no uti!iza ningiin tipo de aparataje concreto. Este tipo de analisis normalmente suele estar basado en eriterios de visualizacion genericos; de vez en cuando se plantean aspectos para polarizar Ia atencion sobre unos puntos concretos y deterrninados de antemano. EI hecho de observar correctamente es un proceso de aprendizaje que se basa en una buena 0 mala sistematizacion del mismo. La observacion directa adquiere gran irnportancia para el entrenador porque Ie proporciona informacion inmediata de la accion tecnica, con el consiguiente ahorro de tiempo ante otras formas de observacion, pero, por el contrario, la precision del mismo es en muchas ocasiones dudosa e incurre en muchos errores e irnprecisiones. Los procedirnientos de estructuracion y sistematizacion de la accion de observar ayudan a una mejor comprension posterior de la globalidad del movirniento, al igual que ala deteccion de errores 0 a confirmar virtudes concretas. Los procedirnientos de diseccionar la descripcion de la accion teenica para un mejor analisis pueden atender a criterios como la propia ejecucidn tecnica (por ejemplo, el grado de semejanza de la misma con el modelo teorico) 0 a traves de los efectos de la misma (por ejemplo, la trayectoria que lIeva un balon despues de un lanzarniento) 0 de su rendirniento (por ejemplo, si cumple el objetivo previsto, como meter gol). A traves de los procedirnientos de apreciacion se juzga cualitativamente una conducta motriz, aunque posteriormente pueda cuantificarse, tal y como expone Anguera (1989), quien indica que las escalas de apreciacidn (rating scales) permiten registrar bajo una forma cuantitativa las observaciones realizadas en una situacion, permitiendo asf describir el comportamiento de los individuos, las actividades de grupo, etcetera. Son especialmente iitiles para anotar el comportarniento en diferentes momentos mientras se desarrolla un proceso de interaccidn y para apreciar la naturaleza de un evento, considerado en su conjunto, cuando ha terminado. Segiin Anguera (1989), aportan resultados cuantitativos. Igualmente, es muy aconsejable aeudir a las escalas de apreciacion en los estadios exploratorios, pues cuando no se conocen exactamente las formas en las que se revela deterrninado tipo de comportamiento, pueden permitir definirlas. Dentro del procedirniento de apreciacion se incluyen: - EI registro anecdotico. - Las !istas de control. - Las escalas de clasificacion

0 puntuacicn.

Registro anecd6tico

Las estimacionesposibles para este caso sedan:

Procedimienfos de apreciaci6n

OSiempre. o Haaitualmente.

EI entrenador es un especialista en ver y en ocasiones intuir aspectos que pasan desapercibidos ala mayorfa de los espectadores, para 10

Listasde control Consisten en establecer una serie de frases que identifican conductas 0 acciones ante las cuales el observador seiialara su sentencia (positiva 0 negativa). La valoracion es binaria (sf/no). La suma de los sfes y noes determinara un perfil de una tecnica definida. El problema fundamental esta en la correcta consnuccion de los enunciados que hay que valorar, ya que pueden ser muy pormenorizados 0 por el contrario muy genericos, no lIegando a discriminar los resultados entre una buena y otra mala ejecucion,

Escalas de clasificaci6n 0 puntuaci6n Intentan solucionar el problema citado de las !istas; en estas el observador valora la actuacion y se pueden utilizar para determinar el perfil de la tota1idad de aeciones tecnicas de un deporte. Por otro lado, facilitan la definicion de los objetivos que se pretende conseguir con pesterioridad, ya que practicamente se presentan explicitos en la descripcion. Dentro de las escalas de punniacion 0 clasifieacien se incluyen los siguientes tipos: - Escalas ordinales 0 cualitativas. - Escalas numericas, - Escalas descriptivas.

Esca/as ordina/es

0 cua/itativas

En este metoda se suelen utilizar escalas de varios puntos. Normalmente se utilizan escalas entre 5 y 7 puntos 0 niveles. Es muy irnportante describir correctamente con que categorfa se identifica cada ejecucion, homogeneizando asf el criterio entre e intr observadores. Ejemplo 10. En 10 tabla 8.8 se presema llll ejemplo de escala ordi-

nal. Escalas numer;cas EI observador establece una serie de intervalos, empezando en el 0 y terminando en eliO. La longitud de cada intervalo puede ser variable de una escala a otra, pero dentro de la misma debe ser la misma.

Ejemplo 11.Enla tabla 8.9 se presema lin ejemplo de escala numerica.

Registro de intervalos Se establecen intervalos de tiempo definidos en los que se registra el mimero de veces que se produce una conducta. Un ejemplo es contabilizar el mimero de lanzarnientos a porterfa a partir de ese intervalo.

139

Se basa en criterios de observacion genericos donde de vez en cuando se plantean aspectos centrando la atencion de la observacion en aspectos concretos, donde el observador realiza un juicio del individuo 0 de su conducta. Es el metodo menos estructurado.

140

OBSERVACI6N Y ANAL/SIS EN OEPORTES INOIVIOUALES Y COLECTIVOS

BIOMECANICA Y SISTEMA NEUROMUSCULAR EN LA ACTIVIOAO FislCA Y EL OEPORTE

Ejelllp/o 12. Ell las tablas8.10, 8.11 y 8.12 se muesttan vatios ejemplos de esealasnumiricas (acolllecimielllosqllehay que observarmediante esealas numericas}.

141

Ejemplo 13.Ell la tabla 8.13se muestra IIlI ejemplo ell el que se valora la capacidad del lanzamiemo a porteria ellfittbol.

En los ejemplos de pelota,judo, voleibol y baloneesto se puede observar como un valor numerico se equipara a una detenninada accion y a un resultado. De los ejemplos deseritos se puede deducir que la construccion de una escala puede atender a eriterios de valoracion de la ejecucion de la accion tecnica, de los efectos producidos por la misma 0 de ambos. Incluso su nivel de concrecion resulta mas 0 menos explfcito.

Estas escalas resultan preferibles ya que la descripcidn del rasgo evita que el observador asigne un signo personal. Por otro lado, faeilitan de forma clara la definicion de los objetivos que se pretende conseguir con posterioridad, ya que practicamente se presentan explfcitos en la descripcidn. Es irnportante definir sobre que aspecto en concreto se debe realizar la descripcion y definir las virtudes y los defectos.

Esca/as descriptwas

Ejelllplo 14. Ejemplo (Bltizqllez, 1990) (Tabla 8.14) relativo a la variable ( 0,9 m, el balon superara la punta de los dedos del jugador. De esta manera: • Para ellanzamiento con a+ = 62,65° tag 62,65 = 113(9,19 +V 9,192- 2 x 9,19 h - 32)

(w±vw2-2wh-X2)

x V02

g

(9,19)2- 32_ (3 x [tag 62,65]- 9,19)2

.

h=

Si observamos dicha formula, vemos que, para que exista solucion «real» para el angulo a, debe cumplirse que: w2-2 wh-x2 ~O Despejando x20btenemos: X2sw2-2wh

- 0,9 m, tampoeo impide el eneeste.

14,69

I taga=

(9,19)2- 32_ (3 x [tag 34,66]- 9,19)2 h=

w=14,69m

a = arctag

213

2x 9,19

=3,48 m

Como h = 3,48 m > 0,9 m, no impide el enceste, pues el balon a 3 m esm a una altnra superior a la que eI jugador puede alcanzar. • Para eIIanzamiento con c, = 34,66° . tag 34,66 = 1/3 (9,19 -V 9,192- 2 x 9,19 h - 32)

tag a = 1150 (63,71 ±V 63,7F- 2 x 63,71 (-O~) -502) de donde obtenemos las soluciones: a+ = 64,32° a_= 25,10° que corresponden a los angulos de lanzamiento neeesarios para que el balon entre tocando la linea de portena,

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACT/VIDAD FfslCA Y EL DEFORTE

Causas de la traslacion lineal de los cuerpos L M. Alegre Duran

Objetivos

Figura 11.21. Momento dellanzamiento a puerta de Nayim en la final de la Recopa de Europade 1995. EItiro 10ejecuta a 25 mls y estaba a una distancia horizontal respedo al punto por donde entra a porterfade 50 m.

1. Entender el concepto de fuerza y sus caracterfsticas 2. Componer y descomponer vectores de fuerza 3. Comprender las diferencias entre masa y peso 4. Comprender la influencia de las tres leyes de Newlon en el movirniento humano 5. Comprender el concepto de impulso y cantidad de movirniento y la relacion entre ellos 6. Ser capaces de entender y elaborar diagramas sencillos de fuerzas

Resumen

»>:--------------;;~------------¥

50 em

Figura 11.22. Representacian esquern5tica dellanzamiento a puerta del gol in extremis del jugador del Zarag0z.a,en'Iafinal europea.

Figura 11.23. Angulos posibles para el gol de Nayim de la Recopa de Europade 1995.

Angulos de lanzamiento para que el balon lIegue tocando ellarguero

Observese que el rango de Ilu+ es de 0,91° y el de ba; de 3,71°.Eso da una idea de 10poco que puede errar en punterfa el jugador para hacer gol. Pero Nayim hizo un tiro alto, 10 que significa que tuvo una dificultad cuatro veces superior a la que habrfa tenido con un tiro bajo. La mecanica newtoniana a veces da idea de la destreza que requieren algunas acciones deportivas.

Segtin la figura 11.22, la altura desde el punto de lanzamiento sera h = 2,44-0,5 + 1,94 m. Igualmente sustituyendo: tag ti = 1/50 (63,71

±V 63,7F-

2 x 63,71 x 1,94- 502)

de donde obtenemos las soluciones: u+=63,41° u_=28,81° Hemos cogido la linea de meta y ellarguero como los puntos extremos de la linea vertical por la que puede entrar el balon, Entonces, los angulos necesarios para que el balon lIegue entre ellarguero y la linea de meta (Fig. 11.23) seran los intervalos: Ilu+ = [63,41°,64,32°] Ilu_ = [25,10°,28,81°]

B IBLIOGRAFiA I. Annenti A. The Physics of Sports. New YOlk American Institute of Physics, 1992. 2. Frohlich C. Physics of Sports. American Association of Physics Teachers,1986. 3. Griffing DF. The dynamics of sports, 3.' ed. Oxford (Ohio): The Dalog Company, 1987. 4. Saviron 1M. Problemas de Fisica General en un aiio olimpico. Barcelona: Revette, 1986. 5. Sears F, Zemansky M, Young H. Fisica Universitaria.Il.' ed. Mexico: Pearson-Educacidn, 2004.

Ell este capitulo se dejillira el concepto defuerza y su c/asijicaci61ly se explican losprillcipales tipos defuerza desde el punto de vista de la mecanica, COil sus prillcipales caraaeristicas y ejemplos de aplicaci61ldentro delmovimiellto humane. Tambien se establecerdnlas diferencias entre masa y peso illtroducielldo las leyes de Newton. Ell elias se enfatizara ell sus aplicaciolles, mas que ell su simple dejillici61l.Analizaremos el concepto de impulso mecanico y ealllidad de movimiento lineal y sus aplicodones enla actividadfisica y el deporte. Veremos c6mo resolver operaciones sellcillas COil vectores defuerza, tanto composici6n como descomposici61lde vectores. Por II/timo, vere11I0S diagramas defuerzas sencillos y estudiaremos slllltilidad y laforma de elaborarlos.

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Causas de la traslacion lineal de los cuerpos L M. Alegre Duran

Objetivos

Figura 11.21. Momento dellanzamiento a puerta de Nayim en la final de la Recopa de Europade 1995. EItiro 10ejecuta a 25 mls y estaba a una distancia horizontal respedo al punto por donde entra a porterfade 50 m.

1. Entender el concepto de fuerza y sus caracterfsticas 2. Componer y descomponer vectores de fuerza 3. Comprender las diferencias entre masa y peso 4. Comprender la influencia de las tres leyes de Newlon en el movirniento humano 5. Comprender el concepto de impulso y cantidad de movirniento y la relacion entre ellos 6. Ser capaces de entender y elaborar diagramas sencillos de fuerzas

Resumen

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50 em

Figura 11.22. Representacian esquern5tica dellanzamiento a puerta del gol in extremis del jugador del Zarag0z.a,en'Iafinal europea.

Figura 11.23. Angulos posibles para el gol de Nayim de la Recopa de Europade 1995.

Angulos de lanzamiento para que el balon lIegue tocando ellarguero

Observese que el rango de Ilu+ es de 0,91° y el de ba; de 3,71°.Eso da una idea de 10poco que puede errar en punterfa el jugador para hacer gol. Pero Nayim hizo un tiro alto, 10 que significa que tuvo una dificultad cuatro veces superior a la que habrfa tenido con un tiro bajo. La mecanica newtoniana a veces da idea de la destreza que requieren algunas acciones deportivas.

Segtin la figura 11.22, la altura desde el punto de lanzamiento sera h = 2,44-0,5 + 1,94 m. Igualmente sustituyendo: tag ti = 1/50 (63,71

±V 63,7F-

2 x 63,71 x 1,94- 502)

de donde obtenemos las soluciones: u+=63,41° u_=28,81° Hemos cogido la linea de meta y ellarguero como los puntos extremos de la linea vertical por la que puede entrar el balon, Entonces, los angulos necesarios para que el balon lIegue entre ellarguero y la linea de meta (Fig. 11.23) seran los intervalos: Ilu+ = [63,41°,64,32°] Ilu_ = [25,10°,28,81°]

B IBLIOGRAFiA I. Annenti A. The Physics of Sports. New YOlk American Institute of Physics, 1992. 2. Frohlich C. Physics of Sports. American Association of Physics Teachers,1986. 3. Griffing DF. The dynamics of sports, 3.' ed. Oxford (Ohio): The Dalog Company, 1987. 4. Saviron 1M. Problemas de Fisica General en un aiio olimpico. Barcelona: Revette, 1986. 5. Sears F, Zemansky M, Young H. Fisica Universitaria.Il.' ed. Mexico: Pearson-Educacidn, 2004.

Ell este capitulo se dejillira el concepto defuerza y su c/asijicaci61ly se explican losprillcipales tipos defuerza desde el punto de vista de la mecanica, COil sus prillcipales caraaeristicas y ejemplos de aplicaci61ldentro delmovimiellto humane. Tambien se establecerdnlas diferencias entre masa y peso illtroducielldo las leyes de Newton. Ell elias se enfatizara ell sus aplicaciolles, mas que ell su simple dejillici61l.Analizaremos el concepto de impulso mecanico y ealllidad de movimiento lineal y sus aplicodones enla actividadfisica y el deporte. Veremos c6mo resolver operaciones sellcillas COil vectores defuerza, tanto composici6n como descomposici61lde vectores. Por II/timo, vere11I0S diagramas defuerzas sencillos y estudiaremos slllltilidad y laforma de elaborarlos.

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FislCA Y EL DEPORTE

DEFINICION DE FUERZA En mecanica, «fuerza» es toda aquella interacci6n que produce 0 tiende a producir movimientos, deformaciones, reacciones y rupturas sobre un cuerpo. Decimos que «tiende a producir» porque no siempre que acnian fuerzas se producen movirnientos, pues a veces las fuerzas pueden lIegar a producir estados de equilibrio. Por ejemplo, si un individuo sedentario intenta levantar del suelo una barra cargada de 150 kg de masa, Ie sera imposible moverla. Si un halterofilo intenta 10 mismo, sf se producira un movimiento de las pesas. En ambos casos se ban aplicado fuerzas sobre la barra cargada, pero s610quien ha aplicado mas fuerza sera capaz de producir movimiento (Fig. 12.1). Las fuerzas son vectores, esto es, poseen un «modulo» y una «direccion». La unidad de fuerza en el sistema interoacional (SI) es el newton (N), que se define como la fuerza que, aplicada a una masa de 1 kg, provoca una aceleracion de 1 rnfs2 en la direccion de la aplicaci6n de la fuerza. Podemos predecir las respuestas que producen las fuerzas si conocemos los siguientes parametres; - Magnitud de la fuerza: cantidad de fuerza aplicada. - Punto de aplicaeion de la fuerza: ellugar donde la fuerza se aplica a un cuerpo. - Direcci6n de la fuerza. - Masas de los cuerpos irnplicados. - Forma, rigidez, dureza, textura, etc., de los cuerpos. - Localizacion de los centros de masas de los cuerpos y sus partes.

MASAt

GRAVEDAD Y"PESO

Todos los cuerpos poseen cierta cantidad de materia, que denominamos «masa». La masa constituye una propiedad intrfnseca de un cuerpo que mide su resistencia a la aceleracion, es decir, es una medida de la inercia de un cuerpo. Si la misma fuerza se aplica ados objetos, el de mas masa es el que acelera menos. La masa de un cuerpo es la misma si el cuerpo esta sobre la Tierra, la Luna 0 el espacio, 0 sea, permanece constante en cualquier lugar del universo. La masa es una magnitud esca-

la, y se mide en kilogramos (kg) en el S1. La inercia explica por que es mas dificil mover a un lanzador olimpico (grande y musculoso) que a un fondista (mas pequeiio y delgado). EI «peso» de un cuerpo es la fuerza que este ejerce debido ala gravedad 0, dicho de otra forma, es la medida de la fuerza con la que la Tierra atrae a su masa. La fuerza gravitacional siempre acnia bacia abajo, bacia el centro de la Tierra. EI peso es una fuerza definida como P = III . g, donde m es la masa del cuerpo y g es la aceleraci6n de la gravedad. Como g es identica para todos los cuerpos en un punto geografico determinado, el peso de un cuerpo es proporcional a su masa. Como la masa de un cuerpo no es una fuerza, no tiene una direcci6n asociada ni es modificada por la fuerza de la gravedad. Sin embargo, el peso sf tiene una direcci6n (bacia el centro de la Tierra) y su magnitud sera modificada por las diferencias en el valor de la gravedad, dependiendo dellugar del planeta donde nos encontremos. EI valor de g (normaImente aceptado como 9,81 rnfs2) disminuye conforme nos alejamos del centro de la Tierra. Asf, los valores de g a nivel del mar son Iigeramente mayores que los que se pueden medir en lugares muy elevados. Ademas, el campo gravitatorio tambien varia con la latitud, pues la Tierra esta acbatada por los polos. Por 10tanto, mientras que la masa de un cuerpo es inmutable, el peso de este cuerpo sera distinto dependiendo dellugar donde nos encontremos. Por ejemplo, en planetas de mayor masa que la Tierra, como Jupiter, la masa de un cuerpo permaneceria constante, mientras que su peso seria mucho mayor que en la Tierra. Si pesasemos a nuestro lanzador y a nuestro fondista en la Luna, tendriamos unos valores seis veces inferiores a los de la Tierra (Fig. 12.2).

LAS LEYESDE NEWTON Isaac Newton (1642-1727) estudio en la Universidad de Cambridge y durante su juventud comenzd con los descubrimientos que Ie harian inmortal. A los 23 aiios estableci61as bases de sus trabajos sobre gravitaci6n universal y mecanica, ampliando los trabajos de Galileo y formulando las leyes del movirniento. Sin embargo, basta los 42 aiios no comenz6 a escribir su libro Philosophiae Natllra/is Principia Matematica,

CAUSAS DE LA TRASLACION UNEAL DE LOS CUERPOS

Masa=75 kg Peso= 735 N

Produce movimienlo

Tiende a producirlo

Figura 12.1. Puedehaber fuerzastanto si hay movimiento (A) como si no fo hay (8). Effevantador de fa izquierda ha producido suficiente fuerza para superarla de su peso masef de fa barra cargada.Poref contrario, fapersona de fa derechaestagenerando fuerza,pero esta no escapaz de superaref peso de fa barra.

peado siempre parara tras recorrer cierta distancia. Sin embargo, este mismo balon recorreni mucha mas distancia sobre superficies lisas y deslizantes. Por 10tanto, se concluy6 que el movimiento se raIentizaba mas o menos dependiendo de factores extemos (en este caso, la fuerza de rozarniento), siempre presentes en cierta medida. Un ejemplo aproxirnado de esta ley es el patinaje de velocidad en linea recta y a velocidad constante. Otro ejemplo 10constituye la fase de vuelo de un salta de longitud (siempre que la resistencia del aire sea pequeiia). La velocidad horizontal del saltador casi no se modificani, mientras que la velocidad vertical sera constantemente modificada por la aceleracion de la gravedad.

SEGUNDA LEYDE NEWTON: LEYDE lA ACELERACION Las modificaciones en la aceleraci6n de un objeto son proporcionales ala fuerza que las provoca, y tienen lugar en igual direcci6n y sentido en el que esta fuerza acnia. «EI cambio en el estado de un cuerpo es proporcional a la magnitud de la fuerza y se da en la misma direccicn de esa fuerza», Esta ley explica 10que Ie ocurre a un cuerpo si se aplica una fuerza resultante extema distinta de cero. Tambien es referida como «Principio fundamental de la dinamicar y se formula matemsticameute de la siguiente forma: F=m'a Figura 12.2. La masade unapersona serafa misma en fa Luna yen fa Tierra.Sin

embargo,su peso, esto es, fa fuerza con fa que estapersona es atrardapor estos cuerpos,seraunasseisvecesmenor en fa Luna.

publicado en 1686 en latin, que era el idioma de los cientificos entonces. Su obra Philosophiae... es la base de la mecanica moderoa, con las tres leyes del movirniento y su ley de la gtavitaci6n universal. Isaac Newton fue uno de los pocos genios que ha recibido reconocimiento en vida y consigui6 demostrar que el universo funciona siguiendo las leyes de la naturaleza, por encirna de las falsas creencias y S1lpetSticioiiesde su epoca. Las dos primeras leyes de Newton perrniten definir el concepto de fuerza y las variables que 10deterrninan.

PRIMERA LEYDE NEWTON: LEYDE lA INERCIA

B

217

«Un cuerpo permanecera en estado de reposo 0 movimiento uniforme hasta que su estado no sea modificado por fuerzas extemas». Como ya hemos seiialado antes, esta caracteristica de los cuerpos se denomina «mercia». La inerciade un cuerpo es su resistencia a cambiar su estado de quietud 0 de movimiento a velocidad constante ypuede ser medida 0 expresada directamente por la masa del objeto, esto es, la cantidad de materia que este posee. A mayor cantidad de materia, mayor inercia. La primera ley de Newton explica 10 que Ie ocurre a un cuerpo si no hay fuerzas extemas actuando sobre el 0 si la fuerza extema resultante es igual a cero. Es evidente, desde la experiencia diaria, que todos los cuerpos presentan dificultades para ser movidos. Sin embargo, la segunda parte de esta ley no es tan obvia, puesto que las fuerzas de rozarniento, la resistencia y la gravedad no perrniten que los cuerpos contimien en movimientos rectilineos y a velocidad uniforme indefinidamente. Antes de Galileo Galilei (1564-1642) se pensaba que todo cuerpo en movimiento tendfa hacia el reposo. De hecho, un balon de rutbol que haya sido gol-

donde F es la fuerza neta exteroa que acnia sobre un cuerpo, 111 es la masa y a es la aceleraci6n. Las fuerzas causan aceleraciones, por 10que si un cuerpo estJiaceleraado, una fuerza exteroa estara actuando sobre eJ. Entonces, i,como saber cuando un cuerpo esta sometido a fuerzas netas externas distintas de cero?: 1. Cuaiido acelera 0 desacelera. 2. Siempre que cambia de direcci6n. Casi todas las fuerzas exteroas que contribuyen a la fuerza resultante (la que acnia realmente sobre un cuerpo) cariibian con el tiempo. Si tomamos como punto de partida una fuerza que se manliene durante el tiempo, esta fuerza acelerara el cuerpo hasta una deterrninada velocidad final, que puede ser calculada par la ecuaci6n I' = a . t.Por 10 tanto, la ecuacion anterior quedaria de la siguiente forma: F·t=m·a·t Como el producto de la aceleracion por el tiempo es igual a la velacidad (I' = a . t), podemos lIegar a la siguiente expresion de la misma ecuacion: F·t=m·/).v Laparte izquierda de la ecuacion (F . t) se denomina «impulso mecanico. y es una magnitud vectorial que se expresa en newtons por segundo (N' s). La parte derecha de la ecuacion (m . Av) se llama «cantidad de movimiento» y se expresa en kilogramos por metro partido por segundo (kg· IlIls). Los cambios en la velocidad vertical durante la batida de un salta pueden ser explicados por el irnpulso sobre el suelo de la persona que salta y son inversamente proporcionales ala masa del saltador. La produccion de grandes impulsos es fundamental en muchos deportes, como aquellos que implican lanzarnientos 0 golpeos. Sin embargo, en mochas ocasiones es necesario un compromiso entre el impulso requerido y el tiempo necesario para hacerlo, puesto que en muchas situaciones del deporte el tiempo en el que se desarrollan los golpeos

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FislCA Y EL DEPORTE

DEFINICION DE FUERZA En mecanica, «fuerza» es toda aquella interacci6n que produce 0 tiende a producir movimientos, deformaciones, reacciones y rupturas sobre un cuerpo. Decimos que «tiende a producir» porque no siempre que acnian fuerzas se producen movirnientos, pues a veces las fuerzas pueden lIegar a producir estados de equilibrio. Por ejemplo, si un individuo sedentario intenta levantar del suelo una barra cargada de 150 kg de masa, Ie sera imposible moverla. Si un halterofilo intenta 10 mismo, sf se producira un movimiento de las pesas. En ambos casos se ban aplicado fuerzas sobre la barra cargada, pero s610quien ha aplicado mas fuerza sera capaz de producir movimiento (Fig. 12.1). Las fuerzas son vectores, esto es, poseen un «modulo» y una «direccion». La unidad de fuerza en el sistema interoacional (SI) es el newton (N), que se define como la fuerza que, aplicada a una masa de 1 kg, provoca una aceleracion de 1 rnfs2 en la direccion de la aplicaci6n de la fuerza. Podemos predecir las respuestas que producen las fuerzas si conocemos los siguientes parametres; - Magnitud de la fuerza: cantidad de fuerza aplicada. - Punto de aplicaeion de la fuerza: ellugar donde la fuerza se aplica a un cuerpo. - Direcci6n de la fuerza. - Masas de los cuerpos irnplicados. - Forma, rigidez, dureza, textura, etc., de los cuerpos. - Localizacion de los centros de masas de los cuerpos y sus partes.

MASAt

GRAVEDAD Y"PESO

Todos los cuerpos poseen cierta cantidad de materia, que denominamos «masa». La masa constituye una propiedad intrfnseca de un cuerpo que mide su resistencia a la aceleracion, es decir, es una medida de la inercia de un cuerpo. Si la misma fuerza se aplica ados objetos, el de mas masa es el que acelera menos. La masa de un cuerpo es la misma si el cuerpo esta sobre la Tierra, la Luna 0 el espacio, 0 sea, permanece constante en cualquier lugar del universo. La masa es una magnitud esca-

la, y se mide en kilogramos (kg) en el S1. La inercia explica por que es mas dificil mover a un lanzador olimpico (grande y musculoso) que a un fondista (mas pequeiio y delgado). EI «peso» de un cuerpo es la fuerza que este ejerce debido ala gravedad 0, dicho de otra forma, es la medida de la fuerza con la que la Tierra atrae a su masa. La fuerza gravitacional siempre acnia bacia abajo, bacia el centro de la Tierra. EI peso es una fuerza definida como P = III . g, donde m es la masa del cuerpo y g es la aceleraci6n de la gravedad. Como g es identica para todos los cuerpos en un punto geografico determinado, el peso de un cuerpo es proporcional a su masa. Como la masa de un cuerpo no es una fuerza, no tiene una direcci6n asociada ni es modificada por la fuerza de la gravedad. Sin embargo, el peso sf tiene una direcci6n (bacia el centro de la Tierra) y su magnitud sera modificada por las diferencias en el valor de la gravedad, dependiendo dellugar del planeta donde nos encontremos. EI valor de g (normaImente aceptado como 9,81 rnfs2) disminuye conforme nos alejamos del centro de la Tierra. Asf, los valores de g a nivel del mar son Iigeramente mayores que los que se pueden medir en lugares muy elevados. Ademas, el campo gravitatorio tambien varia con la latitud, pues la Tierra esta acbatada por los polos. Por 10tanto, mientras que la masa de un cuerpo es inmutable, el peso de este cuerpo sera distinto dependiendo dellugar donde nos encontremos. Por ejemplo, en planetas de mayor masa que la Tierra, como Jupiter, la masa de un cuerpo permaneceria constante, mientras que su peso seria mucho mayor que en la Tierra. Si pesasemos a nuestro lanzador y a nuestro fondista en la Luna, tendriamos unos valores seis veces inferiores a los de la Tierra (Fig. 12.2).

LAS LEYESDE NEWTON Isaac Newton (1642-1727) estudio en la Universidad de Cambridge y durante su juventud comenzd con los descubrimientos que Ie harian inmortal. A los 23 aiios estableci61as bases de sus trabajos sobre gravitaci6n universal y mecanica, ampliando los trabajos de Galileo y formulando las leyes del movirniento. Sin embargo, basta los 42 aiios no comenz6 a escribir su libro Philosophiae Natllra/is Principia Matematica,

CAUSAS DE LA TRASLACION UNEAL DE LOS CUERPOS

Masa=75 kg Peso= 735 N

Produce movimienlo

Tiende a producirlo

Figura 12.1. Puedehaber fuerzastanto si hay movimiento (A) como si no fo hay (8). Effevantador de fa izquierda ha producido suficiente fuerza para superarla de su peso masef de fa barra cargada.Poref contrario, fapersona de fa derechaestagenerando fuerza,pero esta no escapaz de superaref peso de fa barra.

peado siempre parara tras recorrer cierta distancia. Sin embargo, este mismo balon recorreni mucha mas distancia sobre superficies lisas y deslizantes. Por 10tanto, se concluy6 que el movimiento se raIentizaba mas o menos dependiendo de factores extemos (en este caso, la fuerza de rozarniento), siempre presentes en cierta medida. Un ejemplo aproxirnado de esta ley es el patinaje de velocidad en linea recta y a velocidad constante. Otro ejemplo 10constituye la fase de vuelo de un salta de longitud (siempre que la resistencia del aire sea pequeiia). La velocidad horizontal del saltador casi no se modificani, mientras que la velocidad vertical sera constantemente modificada por la aceleracion de la gravedad.

SEGUNDA LEYDE NEWTON: LEYDE lA ACELERACION Las modificaciones en la aceleraci6n de un objeto son proporcionales ala fuerza que las provoca, y tienen lugar en igual direcci6n y sentido en el que esta fuerza acnia. «EI cambio en el estado de un cuerpo es proporcional a la magnitud de la fuerza y se da en la misma direccicn de esa fuerza», Esta ley explica 10que Ie ocurre a un cuerpo si se aplica una fuerza resultante extema distinta de cero. Tambien es referida como «Principio fundamental de la dinamicar y se formula matemsticameute de la siguiente forma: F=m'a Figura 12.2. La masade unapersona serafa misma en fa Luna yen fa Tierra.Sin

embargo,su peso, esto es, fa fuerza con fa que estapersona es atrardapor estos cuerpos,seraunasseisvecesmenor en fa Luna.

publicado en 1686 en latin, que era el idioma de los cientificos entonces. Su obra Philosophiae... es la base de la mecanica moderoa, con las tres leyes del movirniento y su ley de la gtavitaci6n universal. Isaac Newton fue uno de los pocos genios que ha recibido reconocimiento en vida y consigui6 demostrar que el universo funciona siguiendo las leyes de la naturaleza, por encirna de las falsas creencias y S1lpetSticioiiesde su epoca. Las dos primeras leyes de Newton perrniten definir el concepto de fuerza y las variables que 10deterrninan.

PRIMERA LEYDE NEWTON: LEYDE lA INERCIA

B

217

«Un cuerpo permanecera en estado de reposo 0 movimiento uniforme hasta que su estado no sea modificado por fuerzas extemas». Como ya hemos seiialado antes, esta caracteristica de los cuerpos se denomina «mercia». La inerciade un cuerpo es su resistencia a cambiar su estado de quietud 0 de movimiento a velocidad constante ypuede ser medida 0 expresada directamente por la masa del objeto, esto es, la cantidad de materia que este posee. A mayor cantidad de materia, mayor inercia. La primera ley de Newton explica 10 que Ie ocurre a un cuerpo si no hay fuerzas extemas actuando sobre el 0 si la fuerza extema resultante es igual a cero. Es evidente, desde la experiencia diaria, que todos los cuerpos presentan dificultades para ser movidos. Sin embargo, la segunda parte de esta ley no es tan obvia, puesto que las fuerzas de rozarniento, la resistencia y la gravedad no perrniten que los cuerpos contimien en movimientos rectilineos y a velocidad uniforme indefinidamente. Antes de Galileo Galilei (1564-1642) se pensaba que todo cuerpo en movimiento tendfa hacia el reposo. De hecho, un balon de rutbol que haya sido gol-

donde F es la fuerza neta exteroa que acnia sobre un cuerpo, 111 es la masa y a es la aceleraci6n. Las fuerzas causan aceleraciones, por 10que si un cuerpo estJiaceleraado, una fuerza exteroa estara actuando sobre eJ. Entonces, i,como saber cuando un cuerpo esta sometido a fuerzas netas externas distintas de cero?: 1. Cuaiido acelera 0 desacelera. 2. Siempre que cambia de direcci6n. Casi todas las fuerzas exteroas que contribuyen a la fuerza resultante (la que acnia realmente sobre un cuerpo) cariibian con el tiempo. Si tomamos como punto de partida una fuerza que se manliene durante el tiempo, esta fuerza acelerara el cuerpo hasta una deterrninada velocidad final, que puede ser calculada par la ecuaci6n I' = a . t.Por 10 tanto, la ecuacion anterior quedaria de la siguiente forma: F·t=m·a·t Como el producto de la aceleracion por el tiempo es igual a la velacidad (I' = a . t), podemos lIegar a la siguiente expresion de la misma ecuacion: F·t=m·/).v Laparte izquierda de la ecuacion (F . t) se denomina «impulso mecanico. y es una magnitud vectorial que se expresa en newtons por segundo (N' s). La parte derecha de la ecuacion (m . Av) se llama «cantidad de movimiento» y se expresa en kilogramos por metro partido por segundo (kg· IlIls). Los cambios en la velocidad vertical durante la batida de un salta pueden ser explicados por el irnpulso sobre el suelo de la persona que salta y son inversamente proporcionales ala masa del saltador. La produccion de grandes impulsos es fundamental en muchos deportes, como aquellos que implican lanzarnientos 0 golpeos. Sin embargo, en mochas ocasiones es necesario un compromiso entre el impulso requerido y el tiempo necesario para hacerlo, puesto que en muchas situaciones del deporte el tiempo en el que se desarrollan los golpeos

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CAUSAS DE LA TRASLACION LINEAL DE LOS CUERPOS

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FfslCA Y EL DEPORTE

o los saltos esta limitado por el reglamento 0 por el desarrollo de la actividad deportiva. En otros gestos deportivos se buscara disminuir los valores de fuerza aumentando el tiempo requerido para detener eI movimiento, como durante las cafdas tras saltos. Cuando midamos irnpulsos en el eje vertical (Fig. 12.3), tendremos en cuenta el peso del cuerpo y calcularemos areas por encirna y por debajo de el, mientras que cuando los movirnientos se den en el eje horizontal, no 10consideraremos. E!irnpulso mecanico es medido en Biomecanica mediante, por ejemplo, plataformas dinamometricas, como el area por debajo 0 por encirna de la curva fuerza-tiempo (Fig. 12.3). Los cuerpos inmoviles no tienen cantidad de movirniento, puesto que su velocidad es cero, y las grandes cantidades de movirniento se consiguen a partir de grandes masas en movirniento, altas velocidades 0 la combinacion de ambas. Por ejemplo, un jugador de rugby con una masa de 100 kg que se desplaza a 5 mls tiene la misma cantidad de movirniento que otro jugador con la mitad de masa (50 kg) pero que se desplaza a 10 mls. En ambos la cantidad de movimiento sera de 500 kg . mls (50 kg' 10 mls 0 100 kg· 5 mls). Para detener a estos jugadores, esto es, para reducir su velocidad a cero, habra que aplicar una fuerza determinada durante cierto tiempo. Si queremos frenarles en muy poco tiempo, tendremos que aplicar una gran fuerza media, mientras que si tuviesemos mucho tiempo para detenerles, la fuerza media necesaria serfa mucho menor. Para provocar cambios en la cantidad de movirniento dependemos del impulso, estoes, de la magnitud de la fuerza y del tiempo que la aplicamos. Cuando buscamos provocar grandes cambios en la veIocidad de un cuerpo, debemoS N· s = -"'-

s

Si consideramos VIla velocidad del cuerpo en el instante tl y V21a velocidad del cuerpo en e1 instante t2; la ecuacion quedaria expresada de la siguiente forma: h

1,

[Fdt=[mdv donde la integral de la primera parte de la ecuaeion se considera el irnpulso que ejerce la fuerza durante el intervalo de tiempo (t2 - tI) Yla integral del segundo tennino es la cantidad de movirniento, donde VI es la velocidad inicial y l'21a final. Ambas magnitudes son vectoriales, esto es, tienen modulo, direccion y sentido.

2.000

2.000

1500

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Cuando buscamos aumentar la cantidad de movirniento de un objeto con nuestro cuerpo, tenemos un limite en la fuerza que podemos aplicar, por 10que buscamos aumentar al maximo el tiempo que aplicamos la fuerza, dentro de nuestros limites mecinicos y fisiologicos. En muchos deportes el principal objetivo es conseguir altas velocidades de liberacion de determinados implementos, como balones, pelotas, etc. Por 10 tanto, 10que buscamos es aumentar al maximo la cantidad de movirniento de esos objetos. A1gunas veces ellimite sera la fuerza que hay que aplicar, como cuando buscamos lanzar objetos pesados; sin embargo, cuando lanzamos 0 proyectamos objetos ligeros nuestra limitacion sera el tiempo de aplicacion de esa fuerza. Cuando 10que pretendemos es reducir la cantidad de movirniento de un cuerpo u objeto, por ejemplo durante el aterrizaje de un saito 0 recogiendo una pelota que nos han Ianzado, buscaremos disminuir los valores de fuerza que recibirnos aumentando el tiempo que estamos generando irnpulso. Por ejemplo, si buscamos reaIizar un aterrizaje blando tras un salto, intentaremos flexionar mas nuestras rodillas y tobillos, aumentando asi el recorrido de nuestro centro de gravedad y, por tanto, el tiempo que utilizamos para detener nuestro cuerpo. Por el contrario, ~i empleamos un recorrido (y por tanto un tiempo) muy pequefio para frenar nuestra caida, los valores de fuerza que recibirnos seran mucho mas altos y las posibilidades de lesionamos durante la amortiguacion mucho mayores. En la figura de abajo podemos ver las graficas fuerza-tiempo de una persona que ha realizado la amortiguacion de una caida desde 0,75 m. Como en las dos ocasiones cae desde la misma altura, la cantidad de mov~ento [m' (1' final-v inicial)] sera la misma y, por 10tanto, el irnpulso que tendril que generar para reducir su cantidad de movirniento a cero sera el mismo. E! area gris marca la parte del irnpulso que se debe al peso, por 10que solo tendremos en cuenta la parte del irnpulso que esta por encirna de esa area. En eI aterrizaje de la izquierda eI frenado se consigue con un valor de fuerza muy grande en poco tiempo, mientras que en

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la grafica de la derecha eI valor maximo de fuerza (y la fuerza media) es mucho menor, casi la mitad, pues se ha utilizado mas tiempo para reducir a cero la cantidad de movirniento. EI segundo aterrizaje 10podriamos caIificar como «blando», mientras que el primero sera percibido por qaien 10realice como «duro» (Fig. 125). . Otra forma de reducir los valores de fuerza medios en irnpactos y caidas y, por tanto, las posibilidades de lesion, consiste en colocar elementos amortiguadores en los lugares donde se va a contactar, como colchonetas, quitamiedos, etc. 10que conseguirnos con estos elementos es, por una parte, aumentar el tiempo de deceleracion del atleta y, por otra, disipar en la deformacion de estos materiales una parte de la cantidad de movirniento, reduciendo asi los valores medios de fuerza. TERCERA LEY DE NEWTON: LEY DE LA ACCION.REACCION Cuando dos cuerpos interaccionan, ejercen fuerzas entre sf. La tercera ley de Newton establece que estas fuerzas son iguales en maguitud, con la misma direccion y sentido opuesto. «A toda fuerza de accion Ie corresponde otra del mismo modulo y direccien, pero de sentido contrario, que se denomina "reaccion'», EI efecto de una fuerza sobre un cuerpo es conocido como «accion», y el efecto inverso de la fuerza sobre el mismo cuerpo se conoce como «reaccion». Si un cuerpo se mueve sin el efecto de una fuerza extema, este no podra cambiar por sf solo su estado. Dicho de otra forma, cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el otro objeto ejercera la misma fuerza sobre e1primero, pero en sentido contrario. No obstante, es irnportaote tener en cuenta que, aunque las fuerzas sean de la misma maguitud (aunque de sentido contrario), sus efectos no seran los mismos. Si un defensa de 80 kg de masa choca con un delantero de 70 kg de masa, ejercera la misma fueiza sobre eI delantero que el delantero sobre el. Sin embargo, los efectos de esa fuerza sobre ambos jugadores seran distintos debido a sus diferentes masas. Cuando un atleta salta, esta ejerciendo fuerza sobre el suelo y este se la devuelve con la misma maguitud y direccion, pero en sentido contrario.

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Figura 12.3. Cafcufodef impufso mecanico (areabajo fagrafica fuerz~.tiempoy por encima defpeso)en un squat jump 0 saftosin contramovimiento. La f[nea discontinua marca ef pesode fapersona.

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Fi~ura 1~.5. Graficasde!uerza-tiemf~ ~e dosam~rtiguacionesde una mismapersonadesdeuna afturade 0,75 m. Enambasamortiguacionesfa masade fapersonay fa dlferenCiaentre fa vefoCidadfinaf e Inlclaf es fa mlsma,por fo que ef impufso coincide en fasdossituaciones.Sin embargo,en ef aterrizajeA ef vafor de fuerzamedia es mayor que en B, aunquegeneradaen un tiempo mucho menor.

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CAUSAS DE LA TRASLACION LINEAL DE LOS CUERPOS

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FfslCA Y EL DEPORTE

o los saltos esta limitado por el reglamento 0 por el desarrollo de la actividad deportiva. En otros gestos deportivos se buscara disminuir los valores de fuerza aumentando el tiempo requerido para detener eI movimiento, como durante las cafdas tras saltos. Cuando midamos irnpulsos en el eje vertical (Fig. 12.3), tendremos en cuenta el peso del cuerpo y calcularemos areas por encirna y por debajo de el, mientras que cuando los movirnientos se den en el eje horizontal, no 10consideraremos. E!irnpulso mecanico es medido en Biomecanica mediante, por ejemplo, plataformas dinamometricas, como el area por debajo 0 por encirna de la curva fuerza-tiempo (Fig. 12.3). Los cuerpos inmoviles no tienen cantidad de movirniento, puesto que su velocidad es cero, y las grandes cantidades de movirniento se consiguen a partir de grandes masas en movirniento, altas velocidades 0 la combinacion de ambas. Por ejemplo, un jugador de rugby con una masa de 100 kg que se desplaza a 5 mls tiene la misma cantidad de movirniento que otro jugador con la mitad de masa (50 kg) pero que se desplaza a 10 mls. En ambos la cantidad de movimiento sera de 500 kg . mls (50 kg' 10 mls 0 100 kg· 5 mls). Para detener a estos jugadores, esto es, para reducir su velocidad a cero, habra que aplicar una fuerza determinada durante cierto tiempo. Si queremos frenarles en muy poco tiempo, tendremos que aplicar una gran fuerza media, mientras que si tuviesemos mucho tiempo para detenerles, la fuerza media necesaria serfa mucho menor. Para provocar cambios en la cantidad de movirniento dependemos del impulso, estoes, de la magnitud de la fuerza y del tiempo que la aplicamos. Cuando buscamos provocar grandes cambios en la veIocidad de un cuerpo, debemoS N· s = -"'-

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Si consideramos VIla velocidad del cuerpo en el instante tl y V21a velocidad del cuerpo en e1 instante t2; la ecuacion quedaria expresada de la siguiente forma: h

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[Fdt=[mdv donde la integral de la primera parte de la ecuaeion se considera el irnpulso que ejerce la fuerza durante el intervalo de tiempo (t2 - tI) Yla integral del segundo tennino es la cantidad de movirniento, donde VI es la velocidad inicial y l'21a final. Ambas magnitudes son vectoriales, esto es, tienen modulo, direccion y sentido.

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Cuando buscamos aumentar la cantidad de movirniento de un objeto con nuestro cuerpo, tenemos un limite en la fuerza que podemos aplicar, por 10que buscamos aumentar al maximo el tiempo que aplicamos la fuerza, dentro de nuestros limites mecinicos y fisiologicos. En muchos deportes el principal objetivo es conseguir altas velocidades de liberacion de determinados implementos, como balones, pelotas, etc. Por 10 tanto, 10que buscamos es aumentar al maximo la cantidad de movirniento de esos objetos. A1gunas veces ellimite sera la fuerza que hay que aplicar, como cuando buscamos lanzar objetos pesados; sin embargo, cuando lanzamos 0 proyectamos objetos ligeros nuestra limitacion sera el tiempo de aplicacion de esa fuerza. Cuando 10que pretendemos es reducir la cantidad de movirniento de un cuerpo u objeto, por ejemplo durante el aterrizaje de un saito 0 recogiendo una pelota que nos han Ianzado, buscaremos disminuir los valores de fuerza que recibirnos aumentando el tiempo que estamos generando irnpulso. Por ejemplo, si buscamos reaIizar un aterrizaje blando tras un salto, intentaremos flexionar mas nuestras rodillas y tobillos, aumentando asi el recorrido de nuestro centro de gravedad y, por tanto, el tiempo que utilizamos para detener nuestro cuerpo. Por el contrario, ~i empleamos un recorrido (y por tanto un tiempo) muy pequefio para frenar nuestra caida, los valores de fuerza que recibirnos seran mucho mas altos y las posibilidades de lesionamos durante la amortiguacion mucho mayores. En la figura de abajo podemos ver las graficas fuerza-tiempo de una persona que ha realizado la amortiguacion de una caida desde 0,75 m. Como en las dos ocasiones cae desde la misma altura, la cantidad de mov~ento [m' (1' final-v inicial)] sera la misma y, por 10tanto, el irnpulso que tendril que generar para reducir su cantidad de movirniento a cero sera el mismo. E! area gris marca la parte del irnpulso que se debe al peso, por 10que solo tendremos en cuenta la parte del irnpulso que esta por encirna de esa area. En eI aterrizaje de la izquierda eI frenado se consigue con un valor de fuerza muy grande en poco tiempo, mientras que en

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la grafica de la derecha eI valor maximo de fuerza (y la fuerza media) es mucho menor, casi la mitad, pues se ha utilizado mas tiempo para reducir a cero la cantidad de movirniento. EI segundo aterrizaje 10podriamos caIificar como «blando», mientras que el primero sera percibido por qaien 10realice como «duro» (Fig. 125). . Otra forma de reducir los valores de fuerza medios en irnpactos y caidas y, por tanto, las posibilidades de lesion, consiste en colocar elementos amortiguadores en los lugares donde se va a contactar, como colchonetas, quitamiedos, etc. 10que conseguirnos con estos elementos es, por una parte, aumentar el tiempo de deceleracion del atleta y, por otra, disipar en la deformacion de estos materiales una parte de la cantidad de movirniento, reduciendo asi los valores medios de fuerza. TERCERA LEY DE NEWTON: LEY DE LA ACCION.REACCION Cuando dos cuerpos interaccionan, ejercen fuerzas entre sf. La tercera ley de Newton establece que estas fuerzas son iguales en maguitud, con la misma direccion y sentido opuesto. «A toda fuerza de accion Ie corresponde otra del mismo modulo y direccien, pero de sentido contrario, que se denomina "reaccion'», EI efecto de una fuerza sobre un cuerpo es conocido como «accion», y el efecto inverso de la fuerza sobre el mismo cuerpo se conoce como «reaccion». Si un cuerpo se mueve sin el efecto de una fuerza extema, este no podra cambiar por sf solo su estado. Dicho de otra forma, cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro, el otro objeto ejercera la misma fuerza sobre e1primero, pero en sentido contrario. No obstante, es irnportaote tener en cuenta que, aunque las fuerzas sean de la misma maguitud (aunque de sentido contrario), sus efectos no seran los mismos. Si un defensa de 80 kg de masa choca con un delantero de 70 kg de masa, ejercera la misma fueiza sobre eI delantero que el delantero sobre el. Sin embargo, los efectos de esa fuerza sobre ambos jugadores seran distintos debido a sus diferentes masas. Cuando un atleta salta, esta ejerciendo fuerza sobre el suelo y este se la devuelve con la misma maguitud y direccion, pero en sentido contrario.

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Figura 12.3. Cafcufodef impufso mecanico (areabajo fagrafica fuerz~.tiempoy por encima defpeso)en un squat jump 0 saftosin contramovimiento. La f[nea discontinua marca ef pesode fapersona.

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CAUSAS DE LA TRASLACION LINEAL DE LOS CUERPOS

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

Muy a menudo, en los movimientos del ser humano la fuerza de reaccion no es evidente, puesto que el segundo cuerpo implicado es la Tierra. Sin embargo, cuando nos colocamos encima de una superficie flexible 0 deformable, podemos ver mayor 0 menor deformacicn dependiendo de la magnitud de las fuerzas que estemos ejerciendo contra esta superficie. Si en la deformacion perdemos mucha de la fuerza que ejercemos contra el suelo para, por ejemplo, carninar, no habra fuerza de reaccion y, por 10 tanto, no podremos avanzar. Esta es una de las razones por las que es mucho mas complicado carninar sobre arena blanda, pues absorbe gran parte de la fuerza que ejercemos contra el suelo y recibimos menos fuerzas de reacci6n para poder avanzar (Fig. 12.6). Siempre que dos cuerpos entran en contacto 0 hay atraccion gravitatoria entre ellos, recibinin la misma cantidad de fuerza que aplican sobre el otro, pero en sentido contrario. Por ejemplo, la fuerza gravitatoria de la Tierra sobre nuestra masa (el peso) genera una reaccion con igual modulo y direccion, pero en sentido contrario.

Conservacion de la cantidad de movimiento lineal Un cuerpo continuara moviendose con una cantidad de movimiento constante hasta que una fuerza externa acme sobre el. En los movimientos que se realizan en la Tierra, esta fuerza externa es en muchas ocasiones la fuerza de rozamiento. Ademas, la cantidad de movimiento de un cuerpo tambien puede ser modificada por la aplicacidn de otro tipo de fuerzas, como el golpeo del baldn de un rematador en voleibol 0 los impulsos que realiza un patinador sobre hielo para aumentar su velocidad. Un cuerpo que esta en reposo, esto es, con cantidad de movimiento cero, permanecera paraao1!asta que una fuerza externa modifique su estado. Es 10 que se denomina «principio de conservacion de la cantidad de movimiento». Cuando se producen choques 0 colisiones entre objetos, hay'un cambio en la cantidad de movimiento de cada uno de los cuerpos, aunque la cantidad de movimiento total permanece constante. El principio de conservaci6n de la cantidad de movimiento puede servir para predecir el comportamiento de dos cuerpos que chocan, siempre que conozcamos sus velocidades y masas. Esto es simplemente otra forma de expresar la tercera ley de Newton (accion-reaccion). Aplicada en este contexto, el

Acci6n > reacci6n

C lASlFICACION Figura 12.6. Avanzar sobre la arena blanda de la playa es mas diffcll y menDsefi-

ciente que avanzarsobre un pavimento duro, pues parte de las fuerzas de accion provocan la deformacion delsuelo y lasfuerzas de reaccion que nos Ileganson de menor magnitud que las que hemos aplicado. principio de conservaci6n de la cantidad de movimiento dice que cuando dos 0 mas objetos colisionan, la cantidad de movimiento total tras el impacto es igual a la que habra antes del mismo. Si un ciclista con una masa de 70 kg se desplaza a 10 mls y empuja hasta detenerse a un compaiiero de su equipo de su misma masa que esta parado, el resultado final es que el prinierCiclistli se qlledarii paradoy sll C6rripanerode equipo se desplazani a la misma velocidad que el (Fig. 12.7). Como resumen, a continuacion vamos a sefialar los principios basicos que hay que tener en cuenta respecto ala conservaci6n de la cantidad de movimiento: - Mayores impulsos (F . t) aplicados a objetos en reposo produciran mayores cambios en la cantidad de movimiento y, por 10 tanto, mayores ve[ocidades finales. - Para un mismo impulso, cuanto mayor sea la masa del cuerpo que 10 recibe, menor sera su velocidad final.

A

m,.vl

- Si una misma fuerza es aplicada durante mas tiempo, la velocidad fmal del cuerpo sera mayor. - E[ maximo impulso se conseguira maximizando la fuerza, maximizando el tiempo de aplicacicn de [a misma 0 combinando valores optimos de fuerza y tiempo de aplicacion. Este ultimo caso es el que suele emplearse en deporte. - Para mantener la cantidad de movimiento de un cuerpo que recibe fuerzas de rozamiento, siempre sera necesario cierto impulso. Sin embargo, los impulsos necesarios para mantener esta velocidad sieinpre seran mfnimos comparados con aquellos necesarios para pasar de una cantidad de movimiento nula a la actual. DE lAS FUERZAS

Las fuerzas pueden ser identificadas como internas 0 externas en relacion al sistema desde el que se exarninan. Las fuerzas internas acnian desde dentro del sistema, como las generadas por la contraccion muscular 0 por el motor de un coche, mientras que las fuerzas externas se producen desde fuera del sistema, esto es, de la piel 0 de la estructura del automovil hacia fuera. Ladefinicion de fuerzas intemas y externas depende de que establezcamos como sistema. En Biomecanica se suele considerar el cuerpo humano como un sistema y las fuerzas generadas por los •nnisculos como fuerzas intemas. Aunque partimos de la idea de que las fuerzas internas generadas por los nnisculos pueden provocar nuestro movimiento, esto no es completamente cierto. Los rnovimientos producidos en nuestros segrnentos corporales debido a la contraccion muscular solo producinindesp[azamiento si hay fuerzas externas actuando sobre nuestro sistema (sobre nuestro cuerpo), pues eI cuerpo solo puede desplazarse si empuja 0 es empujado por otro cuerpo. Cuando un futbolista quoha saltado para rematar de cabeza se da cuenta de que 10 ha hecho demasiado pronto e intenta modificar su trayectoria en el aire para llegar mas tarde a rematar, es incapaz, puesto que necesita algun apoyo (a1guna fuerza extema) para poder hacerlo. Sin embargo, si consigue apoyar sus brazos 0 sus piernascontraalgo (el suelo u otro jugador), sera capaz de modificar su direcci6n y velocidad puede que consiga rematar ese balon (Fig. 12.8). Esto es, simplemente, una aplicacion de la tercera ley de Newton. -

221

Las fuerzas externas son aquellas que acnian sobre un cuerpo como consecuencia de su interaccidn con 10 que Ie rodea. La gravedad y las fuerzas por contacto entre dos 0 mas cuerpos son fuerzas externas. Por ejemplo, para [anzar un balon 0 para poder caminar, debemos aplicar fuerza sobre e[ halon y sobre el suelo, respeetivamente. La fuerza de reaccion del suelo (Fig. 12.9) permite acelerar nuestro cuerpo y avanzar mientras earninamos. T1POS DE FUERZAS EN MEcANlCA

Fuerzas de reaccion Son [as fuerzas que un cuerpo ejeree sobre otro como respuesta a la fuerza que el primer cuerpo ejeree sobre e[ segundo. La direccion es la misma que la fuerza de accion y el sentido el eontrario. Se basan en la tercera ley de Newton. E[ peso de una persona (la fuerza resultante de [a aceleracion de la gravedad sobre su masa) genera una fuerza de la misma magnitud y direccion, pero de sentido contrario y que se aplica en [a zona donde la persona esta en eontaeto con el suelo, [a fuerza de reaccion del sue[o (Fig. 12.10). Es importante haeer hincapie en que no solo en el suelo se dan fuerzas de reaccion y que, por 10 tanto, pueden tener cualquier direccion y sentido, dependiendo de [os cuerpos que entreu en contacto.

Fuerza ascensional Es la fuerza que experimenta un cuerpo cuando esta sumergido en un fluido, sea aire 0 agua. La magnitud de esta fuerza es explicada por el principio de Arqufinedes: «Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen desalojado». Siempre acnia con direccion vertical y sentido hacia arriba sobre el centro volumetrico del cuerpo sumergido, tambien llamado «centro de flotacion». La fuerza aseensional acuatica, tambien llamada «fuerza de flo-

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Figura12.7. En lasituacion A el primer cic/istalIegacon una gran cantidad de movimiento, provocado por su alta velocidad, y comienza a empujar a un compaiiero que estl parado (con velocidad cero). Cuando el primer cic/ista queda parado, elsegundo tiene la misma cantidad de movimiento que lIevabael primero antes de que entrasen en contado y la cantidad de movimiento total del sistema (105 dos cic/istas)permanece constante. m: masa; v: velocidad.

cion 0 velocidad,puesto que, aunque genera fuerzasintemas, no hay fuerzas externas que actUensobre ella. No podra modificarsu trayedoria 0 velocidad hastaque no se apoye contraalgo y empiecen a aduar fuerzas externas sobre ella.

Figura 12.9. Apoyo en la marchahumana en el que aparecen 105 vedores de fuerza que generamos al tocar elsuelo (accion) y 105 que recibimos, de igual magnitud y direccion, pero de sentido contrario(reaccion). Si no existiese el vector de fuerza de reaccion, serfamos incapaces de avanzar.

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CAUSAS DE LA TRASLACION LINEAL DE LOS CUERPOS

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

Muy a menudo, en los movimientos del ser humano la fuerza de reaccion no es evidente, puesto que el segundo cuerpo implicado es la Tierra. Sin embargo, cuando nos colocamos encima de una superficie flexible 0 deformable, podemos ver mayor 0 menor deformacicn dependiendo de la magnitud de las fuerzas que estemos ejerciendo contra esta superficie. Si en la deformacion perdemos mucha de la fuerza que ejercemos contra el suelo para, por ejemplo, carninar, no habra fuerza de reaccion y, por 10 tanto, no podremos avanzar. Esta es una de las razones por las que es mucho mas complicado carninar sobre arena blanda, pues absorbe gran parte de la fuerza que ejercemos contra el suelo y recibimos menos fuerzas de reacci6n para poder avanzar (Fig. 12.6). Siempre que dos cuerpos entran en contacto 0 hay atraccion gravitatoria entre ellos, recibinin la misma cantidad de fuerza que aplican sobre el otro, pero en sentido contrario. Por ejemplo, la fuerza gravitatoria de la Tierra sobre nuestra masa (el peso) genera una reaccion con igual modulo y direccion, pero en sentido contrario.

Conservacion de la cantidad de movimiento lineal Un cuerpo continuara moviendose con una cantidad de movimiento constante hasta que una fuerza externa acme sobre el. En los movimientos que se realizan en la Tierra, esta fuerza externa es en muchas ocasiones la fuerza de rozamiento. Ademas, la cantidad de movimiento de un cuerpo tambien puede ser modificada por la aplicacidn de otro tipo de fuerzas, como el golpeo del baldn de un rematador en voleibol 0 los impulsos que realiza un patinador sobre hielo para aumentar su velocidad. Un cuerpo que esta en reposo, esto es, con cantidad de movimiento cero, permanecera paraao1!asta que una fuerza externa modifique su estado. Es 10 que se denomina «principio de conservacion de la cantidad de movimiento». Cuando se producen choques 0 colisiones entre objetos, hay'un cambio en la cantidad de movimiento de cada uno de los cuerpos, aunque la cantidad de movimiento total permanece constante. El principio de conservaci6n de la cantidad de movimiento puede servir para predecir el comportamiento de dos cuerpos que chocan, siempre que conozcamos sus velocidades y masas. Esto es simplemente otra forma de expresar la tercera ley de Newton (accion-reaccion). Aplicada en este contexto, el

Acci6n > reacci6n

C lASlFICACION Figura 12.6. Avanzar sobre la arena blanda de la playa es mas diffcll y menDsefi-

ciente que avanzarsobre un pavimento duro, pues parte de las fuerzas de accion provocan la deformacion delsuelo y lasfuerzas de reaccion que nos Ileganson de menor magnitud que las que hemos aplicado. principio de conservaci6n de la cantidad de movimiento dice que cuando dos 0 mas objetos colisionan, la cantidad de movimiento total tras el impacto es igual a la que habra antes del mismo. Si un ciclista con una masa de 70 kg se desplaza a 10 mls y empuja hasta detenerse a un compaiiero de su equipo de su misma masa que esta parado, el resultado final es que el prinierCiclistli se qlledarii paradoy sll C6rripanerode equipo se desplazani a la misma velocidad que el (Fig. 12.7). Como resumen, a continuacion vamos a sefialar los principios basicos que hay que tener en cuenta respecto ala conservaci6n de la cantidad de movimiento: - Mayores impulsos (F . t) aplicados a objetos en reposo produciran mayores cambios en la cantidad de movimiento y, por 10 tanto, mayores ve[ocidades finales. - Para un mismo impulso, cuanto mayor sea la masa del cuerpo que 10 recibe, menor sera su velocidad final.

A

m,.vl

- Si una misma fuerza es aplicada durante mas tiempo, la velocidad fmal del cuerpo sera mayor. - E[ maximo impulso se conseguira maximizando la fuerza, maximizando el tiempo de aplicacicn de [a misma 0 combinando valores optimos de fuerza y tiempo de aplicacion. Este ultimo caso es el que suele emplearse en deporte. - Para mantener la cantidad de movimiento de un cuerpo que recibe fuerzas de rozamiento, siempre sera necesario cierto impulso. Sin embargo, los impulsos necesarios para mantener esta velocidad sieinpre seran mfnimos comparados con aquellos necesarios para pasar de una cantidad de movimiento nula a la actual. DE lAS FUERZAS

Las fuerzas pueden ser identificadas como internas 0 externas en relacion al sistema desde el que se exarninan. Las fuerzas internas acnian desde dentro del sistema, como las generadas por la contraccion muscular 0 por el motor de un coche, mientras que las fuerzas externas se producen desde fuera del sistema, esto es, de la piel 0 de la estructura del automovil hacia fuera. Ladefinicion de fuerzas intemas y externas depende de que establezcamos como sistema. En Biomecanica se suele considerar el cuerpo humano como un sistema y las fuerzas generadas por los •nnisculos como fuerzas intemas. Aunque partimos de la idea de que las fuerzas internas generadas por los nnisculos pueden provocar nuestro movimiento, esto no es completamente cierto. Los rnovimientos producidos en nuestros segrnentos corporales debido a la contraccion muscular solo producinindesp[azamiento si hay fuerzas externas actuando sobre nuestro sistema (sobre nuestro cuerpo), pues eI cuerpo solo puede desplazarse si empuja 0 es empujado por otro cuerpo. Cuando un futbolista quoha saltado para rematar de cabeza se da cuenta de que 10 ha hecho demasiado pronto e intenta modificar su trayectoria en el aire para llegar mas tarde a rematar, es incapaz, puesto que necesita algun apoyo (a1guna fuerza extema) para poder hacerlo. Sin embargo, si consigue apoyar sus brazos 0 sus piernascontraalgo (el suelo u otro jugador), sera capaz de modificar su direcci6n y velocidad puede que consiga rematar ese balon (Fig. 12.8). Esto es, simplemente, una aplicacion de la tercera ley de Newton. -

221

Las fuerzas externas son aquellas que acnian sobre un cuerpo como consecuencia de su interaccidn con 10 que Ie rodea. La gravedad y las fuerzas por contacto entre dos 0 mas cuerpos son fuerzas externas. Por ejemplo, para [anzar un balon 0 para poder caminar, debemos aplicar fuerza sobre e[ halon y sobre el suelo, respeetivamente. La fuerza de reaccion del suelo (Fig. 12.9) permite acelerar nuestro cuerpo y avanzar mientras earninamos. T1POS DE FUERZAS EN MEcANlCA

Fuerzas de reaccion Son [as fuerzas que un cuerpo ejeree sobre otro como respuesta a la fuerza que el primer cuerpo ejeree sobre e[ segundo. La direccion es la misma que la fuerza de accion y el sentido el eontrario. Se basan en la tercera ley de Newton. E[ peso de una persona (la fuerza resultante de [a aceleracion de la gravedad sobre su masa) genera una fuerza de la misma magnitud y direccion, pero de sentido contrario y que se aplica en [a zona donde la persona esta en eontaeto con el suelo, [a fuerza de reaccion del sue[o (Fig. 12.10). Es importante haeer hincapie en que no solo en el suelo se dan fuerzas de reaccion y que, por 10 tanto, pueden tener cualquier direccion y sentido, dependiendo de [os cuerpos que entreu en contacto.

Fuerza ascensional Es la fuerza que experimenta un cuerpo cuando esta sumergido en un fluido, sea aire 0 agua. La magnitud de esta fuerza es explicada por el principio de Arqufinedes: «Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen desalojado». Siempre acnia con direccion vertical y sentido hacia arriba sobre el centro volumetrico del cuerpo sumergido, tambien llamado «centro de flotacion». La fuerza aseensional acuatica, tambien llamada «fuerza de flo-

y

B

m2·0

m,.O

m2'v2 Figura 12.8. Unapersona que esta en el aire sera incapaz de modificar su direc-

Figura12.7. En lasituacion A el primer cic/istalIegacon una gran cantidad de movimiento, provocado por su alta velocidad, y comienza a empujar a un compaiiero que estl parado (con velocidad cero). Cuando el primer cic/ista queda parado, elsegundo tiene la misma cantidad de movimiento que lIevabael primero antes de que entrasen en contado y la cantidad de movimiento total del sistema (105 dos cic/istas)permanece constante. m: masa; v: velocidad.

cion 0 velocidad,puesto que, aunque genera fuerzasintemas, no hay fuerzas externas que actUensobre ella. No podra modificarsu trayedoria 0 velocidad hastaque no se apoye contraalgo y empiecen a aduar fuerzas externas sobre ella.

Figura 12.9. Apoyo en la marchahumana en el que aparecen 105 vedores de fuerza que generamos al tocar elsuelo (accion) y 105 que recibimos, de igual magnitud y direccion, pero de sentido contrario(reaccion). Si no existiese el vector de fuerza de reaccion, serfamos incapaces de avanzar.

-

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FfslCA Y EL DEPORTE

Figura 12.10. Fue/ZaSde accion y reaccion generadaspor fa aceferacion de fagra-

vedad sobre fa masa de una persona.

tacion», es la que perrnite que se pueda flotar en los deportes acuaticos y la «fuerza ascensional aeree es la responsable del vuelo de los globos aerostaticos. Los cuerpos flotan cuando la fuerza de su peso es menor 0 igual (Fig. 12.U) ala fuerza ascensional que generan debido aI peso del velamen de aire 0 agua que desalojan. Cuando el peso de un cuerpo es mayor que la fuerza ascensional que genera, este descendera,

CAUSAS DELA TRASLA_

ca, resulta proporcional. La fuerza de rozamiento impedini que el disco se deslice a 10 largo de la superficie y, mientras el disco no se mueva, su maguitud sen! la misma que la de la componente de fuerza tangencial que lira del disco hacia abajo (Fig. 12.13). La fuerza de rozamiento no depende del area que entra en contacto entre dos superficies,aunqueen principiopueda parecer que es asf.Como hemos comentado, la fuerza de rozamiento depende de la interaccion entre las moleculasy, en principio, cuando aumentamosla superficie que esrnen contacto, habra mas molecules interaccionando. Sin embargo, si la fuerza normalpermanececonstante,esta se distribuinien un area mayor y la presion entre las dos superficies sera menor. Las fuerzas de interaccion entre cada una de las molecules senin tambien menores.Por 10 tanto, el aumento en la superficie de contacto llevara a un aumento del mimero de interaccionesentre moleculas,pero debido ala menor presion, estas seran mas debiles y, por 10 tanto, el efecto total sobre la fuerza de rozamiento resultara nulo (Fig. 12.14). EI otro factor que determina que entre dos superficies haya mayor 0 menor fuerza de rozamientoes el coeficiente de rozamiento, normalmente llamado J1.. El valor de J1. varia dependiendo de las caracterfsticas de las superficies que estan en contacto y podemos modificarlo muy facilmente mediante cambios en la temperatura, aiiadiendo sustancias que 10 aumenten 0 disminuyan, mojando una de las superficies, etc. La fuerza de rozamiento, junto con la de resistencia, son las responsables de que los cuerpos no permanezcan a velocidad constante cuando se desplazan en linea recta.

\

B

de rozamiento Fuerza normal

Figura 12.14. Cuando la fuerza normal y el coeficiente de rozamiento {JI} son constantes, la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos permanecera constante. Enambas situaciones, lapersona esta tirando de la caja sin poder desplazarla, por 10 que fa fuerza tangencial sera igual a fa fuerza de rozamiento. A pesar de fa distinta superficie que esta en contado en la situacion A y en la situacion B, la fuerza de rozamiento sera la misma en las dos.

La ecuacion que expresa el valor de la fuerza de rozamiento es: Fuerza de rozamiento = 11'F. donde J1. es el coeficiente de rozamiento y F, la fuerza normal.

Fuer:za de rozamiento Fuer:za de resistencia

Se origina por la interaccion entre las moleculas de las superficies de dos cuerpos.Incluso las Stlpemciesque pueden parecer muy lisas presentan irregularidades cuando son vistas aI microscopio (Fig. 12.12).Su direccion es paralela aI desplazamiento entre superficies, pero el sentido resulta contrario aI movimiento relativo. Cuando la fuerza de rozamiento acnia entre dos superficies que no se mueven entre sf, existe rozamiento estatico y cuando las superficies se mueven entre sf hay rozamiento dinamico, La fuerza de rozamiento maxima es mayor cuando un objeto esta parado que cuando ha iniciado su desplazamiento. Si colocamos un disco de musculacion sobre una superficie inclinada y 10 intentamos desplazar, costara mas hacerlo si el disco pesa 200 N que si pesa 100N. La parte del vector del peso que cae perpendiculara la superficiesobrela que esrnel disco se denomina efuerza normal», y la fuerza de rozamiento, tanto la estatica como la dinami-

Todos sabemos por experiencia que requiere mucho mas esfuerzo mantener una velocidad alta sobre la bicicleta que ir despacio. La fuerza deresistencia aI avance se origina por el avance de un cuerpo en un fluido 0 por el paso de un fluido por un cuerpo, por 10 que 10 importante es el movimientorelativo del fluido sobre el cuerpo. Esta fuerza puede lIegara limitar en gran medida el avance en el aire y el agua, dependiendo de la velocidad a la que nos desplacemos.La direccion de esta fuerza es la del avance del cuerpo y su sentido contrario a este avance. La fuerza de resistencia depende de los siguientes factores: Figura 12.12. Aunque dos superficies pueden parecer completam~nte lisas,siempre hay irregularidadesentre elias que producen rozamiento. En la Figuravemos como si aumentamos 10 suficiente la zona de interaccion entre las dos superficies, aparecen esas irregularidades.

Fuerza de flotadon .

UNEACDELOSCUERPOS~

- La forma y el perfil del cuerpo y su acabado (mas 0 menos liso,

con muchas rugosidades, etcetera). - EI area del cuerpo que entra en contacto con el fluido en movimiento. - La densidad del fluido. - La velocidad relativa entre el fluido y el cuerpo.

discos, esferas 0 cilindros que giran mientras se desplazan. Se origina siguiendo el principio de Bernoulli, que dice que cuando la velocidad de un fluido es alta, la presion resulta menor,y cuando la velocidad es baja, la presion mayor; dicho de otra forma, la suma de las presiones estatica y dinamica es constante para una misma altura. La diferencia de presioDesque existe, por ejemplo, entre los lados de un ala hace que se origine una fuerza perpendicular aI flujo relativo (Fig. 12.15). La fuerza generadase da en cualquierdirecciondel espacio,con sentido hacia laozona de baja presion y perpendicular a la direccion del viento relativo.La fuerza de sustentacion afecta a las trayectorias de cuerpos que se desplazan en el aire y el agua, como aviones, discos de atletismo y saltadores de esquf. Fuer:zas centrifuga

y centripeta

Los movimientosangularesse producenpor la modificacionconstante del vectorde velocidadpor la lIamada«aceleracioncentripeta»,que tiene un sentido hacia el centro del recorrido angular que estamos realizando. Se originan en los movimientos angulares, con direccion radial respecto aI eje de giro, sentido hacia fuera (centrifuga)y hacia dentro (centrfpeta). Fuerza de sustentad6n

La ecuacion que explica esta fuerza es la siguiente: Fuerza de resistencia = 1/2 Cx • S . P . v2

Flujo de aire relativo

donde e, es el coeficiente aerodinamico,que viene dado por la forma del perfil del cuerpo, S es la superficie que entra en contacto con el flujo de aire 0 agua, p es la densidad del aire 0 del agua yves la velocidad relativa de la corriente de aire 0 agua aI chocar con el cuerpo. Peso Figura 12.11. Cuando ef peso de un cuerpo es iguaf a fa fuerza de flotacion gene-

radapor ef peso del vofumen de agua que desafoja, este flotara, sin ascender ni descender ICF:centro de flotacion; cdg: centro de gravedad}ladaptada de Hochmuth, 1984; 76.

Figura 12.13. Fuerzade rozamiento de un disco de musculacion en un plano inclinado. La (uerzanormalIF,)es la componente del peso IF perpendicular a lasuperficie inclinada. Mientrasel disco no comience a resbalar,la fuerza de rozamiento IFJsera igual a la componente tangencial de la fuerza IF). EIvedor de esta com-

ti

ponente ha side desplazado para colocarlo en la misma /(nea de accion que la fuerza de rozamiento.

Fuer:za de sustentacion

Cuando se produce interaccion entre el movimiento de un cuerpo en un fluido bajo determinadas circunstancias, aparece la fuerza de sustentacion. Se presenta en cuerpos con perfiles simetricos, asimenicos 0 en

Figura 12.15. EIperfil del ala de un avian hace que el airepase mas rapidopor su parte superior,originandoasruna zona de bajapresion relativaque a su vez genera la fuerza de sustentacion que mantiene al avian en el aire. Cuanto mas rapido pase el flujo de airepor laparte superior respedo a laparte inferior,mayor sera la fuerza de sustentacion.

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Figura 12.10. Fue/ZaSde accion y reaccion generadaspor fa aceferacion de fagra-

vedad sobre fa masa de una persona.

tacion», es la que perrnite que se pueda flotar en los deportes acuaticos y la «fuerza ascensional aeree es la responsable del vuelo de los globos aerostaticos. Los cuerpos flotan cuando la fuerza de su peso es menor 0 igual (Fig. 12.U) ala fuerza ascensional que generan debido aI peso del velamen de aire 0 agua que desalojan. Cuando el peso de un cuerpo es mayor que la fuerza ascensional que genera, este descendera,

CAUSAS DELA TRASLA_

ca, resulta proporcional. La fuerza de rozamiento impedini que el disco se deslice a 10 largo de la superficie y, mientras el disco no se mueva, su maguitud sen! la misma que la de la componente de fuerza tangencial que lira del disco hacia abajo (Fig. 12.13). La fuerza de rozamiento no depende del area que entra en contacto entre dos superficies,aunqueen principiopueda parecer que es asf.Como hemos comentado, la fuerza de rozamiento depende de la interaccion entre las moleculasy, en principio, cuando aumentamosla superficie que esrnen contacto, habra mas molecules interaccionando. Sin embargo, si la fuerza normalpermanececonstante,esta se distribuinien un area mayor y la presion entre las dos superficies sera menor. Las fuerzas de interaccion entre cada una de las molecules senin tambien menores.Por 10 tanto, el aumento en la superficie de contacto llevara a un aumento del mimero de interaccionesentre moleculas,pero debido ala menor presion, estas seran mas debiles y, por 10 tanto, el efecto total sobre la fuerza de rozamiento resultara nulo (Fig. 12.14). EI otro factor que determina que entre dos superficies haya mayor 0 menor fuerza de rozamientoes el coeficiente de rozamiento, normalmente llamado J1.. El valor de J1. varia dependiendo de las caracterfsticas de las superficies que estan en contacto y podemos modificarlo muy facilmente mediante cambios en la temperatura, aiiadiendo sustancias que 10 aumenten 0 disminuyan, mojando una de las superficies, etc. La fuerza de rozamiento, junto con la de resistencia, son las responsables de que los cuerpos no permanezcan a velocidad constante cuando se desplazan en linea recta.

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B

de rozamiento Fuerza normal

Figura 12.14. Cuando la fuerza normal y el coeficiente de rozamiento {JI} son constantes, la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos permanecera constante. Enambas situaciones, lapersona esta tirando de la caja sin poder desplazarla, por 10 que fa fuerza tangencial sera igual a fa fuerza de rozamiento. A pesar de fa distinta superficie que esta en contado en la situacion A y en la situacion B, la fuerza de rozamiento sera la misma en las dos.

La ecuacion que expresa el valor de la fuerza de rozamiento es: Fuerza de rozamiento = 11'F. donde J1. es el coeficiente de rozamiento y F, la fuerza normal.

Fuer:za de rozamiento Fuer:za de resistencia

Se origina por la interaccion entre las moleculas de las superficies de dos cuerpos.Incluso las Stlpemciesque pueden parecer muy lisas presentan irregularidades cuando son vistas aI microscopio (Fig. 12.12).Su direccion es paralela aI desplazamiento entre superficies, pero el sentido resulta contrario aI movimiento relativo. Cuando la fuerza de rozamiento acnia entre dos superficies que no se mueven entre sf, existe rozamiento estatico y cuando las superficies se mueven entre sf hay rozamiento dinamico, La fuerza de rozamiento maxima es mayor cuando un objeto esta parado que cuando ha iniciado su desplazamiento. Si colocamos un disco de musculacion sobre una superficie inclinada y 10 intentamos desplazar, costara mas hacerlo si el disco pesa 200 N que si pesa 100N. La parte del vector del peso que cae perpendiculara la superficiesobrela que esrnel disco se denomina efuerza normal», y la fuerza de rozamiento, tanto la estatica como la dinami-

Todos sabemos por experiencia que requiere mucho mas esfuerzo mantener una velocidad alta sobre la bicicleta que ir despacio. La fuerza deresistencia aI avance se origina por el avance de un cuerpo en un fluido 0 por el paso de un fluido por un cuerpo, por 10 que 10 importante es el movimientorelativo del fluido sobre el cuerpo. Esta fuerza puede lIegara limitar en gran medida el avance en el aire y el agua, dependiendo de la velocidad a la que nos desplacemos.La direccion de esta fuerza es la del avance del cuerpo y su sentido contrario a este avance. La fuerza de resistencia depende de los siguientes factores: Figura 12.12. Aunque dos superficies pueden parecer completam~nte lisas,siempre hay irregularidadesentre elias que producen rozamiento. En la Figuravemos como si aumentamos 10 suficiente la zona de interaccion entre las dos superficies, aparecen esas irregularidades.

Fuerza de flotadon .

UNEACDELOSCUERPOS~

- La forma y el perfil del cuerpo y su acabado (mas 0 menos liso,

con muchas rugosidades, etcetera). - EI area del cuerpo que entra en contacto con el fluido en movimiento. - La densidad del fluido. - La velocidad relativa entre el fluido y el cuerpo.

discos, esferas 0 cilindros que giran mientras se desplazan. Se origina siguiendo el principio de Bernoulli, que dice que cuando la velocidad de un fluido es alta, la presion resulta menor,y cuando la velocidad es baja, la presion mayor; dicho de otra forma, la suma de las presiones estatica y dinamica es constante para una misma altura. La diferencia de presioDesque existe, por ejemplo, entre los lados de un ala hace que se origine una fuerza perpendicular aI flujo relativo (Fig. 12.15). La fuerza generadase da en cualquierdirecciondel espacio,con sentido hacia laozona de baja presion y perpendicular a la direccion del viento relativo.La fuerza de sustentacion afecta a las trayectorias de cuerpos que se desplazan en el aire y el agua, como aviones, discos de atletismo y saltadores de esquf. Fuer:zas centrifuga

y centripeta

Los movimientosangularesse producenpor la modificacionconstante del vectorde velocidadpor la lIamada«aceleracioncentripeta»,que tiene un sentido hacia el centro del recorrido angular que estamos realizando. Se originan en los movimientos angulares, con direccion radial respecto aI eje de giro, sentido hacia fuera (centrifuga)y hacia dentro (centrfpeta). Fuerza de sustentad6n

La ecuacion que explica esta fuerza es la siguiente: Fuerza de resistencia = 1/2 Cx • S . P . v2

Flujo de aire relativo

donde e, es el coeficiente aerodinamico,que viene dado por la forma del perfil del cuerpo, S es la superficie que entra en contacto con el flujo de aire 0 agua, p es la densidad del aire 0 del agua yves la velocidad relativa de la corriente de aire 0 agua aI chocar con el cuerpo. Peso Figura 12.11. Cuando ef peso de un cuerpo es iguaf a fa fuerza de flotacion gene-

radapor ef peso del vofumen de agua que desafoja, este flotara, sin ascender ni descender ICF:centro de flotacion; cdg: centro de gravedad}ladaptada de Hochmuth, 1984; 76.

Figura 12.13. Fuerzade rozamiento de un disco de musculacion en un plano inclinado. La (uerzanormalIF,)es la componente del peso IF perpendicular a lasuperficie inclinada. Mientrasel disco no comience a resbalar,la fuerza de rozamiento IFJsera igual a la componente tangencial de la fuerza IF). EIvedor de esta com-

ti

ponente ha side desplazado para colocarlo en la misma /(nea de accion que la fuerza de rozamiento.

Fuer:za de sustentacion

Cuando se produce interaccion entre el movimiento de un cuerpo en un fluido bajo determinadas circunstancias, aparece la fuerza de sustentacion. Se presenta en cuerpos con perfiles simetricos, asimenicos 0 en

Figura 12.15. EIperfil del ala de un avian hace que el airepase mas rapidopor su parte superior,originandoasruna zona de bajapresion relativaque a su vez genera la fuerza de sustentacion que mantiene al avian en el aire. Cuanto mas rapido pase el flujo de airepor laparte superior respedo a laparte inferior,mayor sera la fuerza de sustentacion.

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CAUSAS DE LA TRASLACION UNEAL DE LOS CUERPOS

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

De la segunda ley de Newton sabemos que F = m . a, por 10que la fuerza centripeta estJi influida por la masa del cuerpo en movirniento, por la aceleracion angular 0 tangencial, con las siguientes ecuaciones: Fuerza centripeta = m . (02 • r Fuerza centripeta = m-

v2

r donde m es la masa del objeto, (0 la velocidad angular, v la velocidad tangencial y r el eje de giro. Por la ley de la accion-reacclon sabemos que cada fuerza tiene su reaccion de igual magnitud y de sentido opuesto. Para la fuerza centrfpeta la reaccion es llamada «fuerza centrifuga», y acnia en sentido contrario al centro de giro. Cuando un jugador de balonroano lanza un balon, se genera una fuerza hacia el eje de giro, el hombro, y otra hacia fuera del eje de giro, la fuerza centrifuga. Cuarito mayor sea la velocidad de giro de la mano respecto al hombro y cuanto mayor sea la distancia del hombro ala mano, mayor sera la fuerza centrifuga y mas fuerza tendra que hacer el deportista para poder sujetar el balon (Fig. 12.16).

LA FUERZA COMO VEcrOR PROPIEDADES DE LA FUERZA Una magnitud es algo que se puede medir; par ejemplo, una distancia en metros 0 una fuerza en newtons ... Las magnitudes escalares son aquellas defrnidas simplemente por un mimero, como la masa, el voluFuerza centrifuga

men 0 la temperatura. Las magnitudes vectoriales son tambien definidas por mimeros, pero ademas poseen una direccion y un senti do. Todas las magnitudes vectoriales, entre ellas la fuerza, deben ser definidas por los siguientes parametres (Fig. 12.17): -

Magnitud: cantidad de fuerza aplicada. Direccion de la fuerza. Punto de aplicacion; lugar donde es aplicada la fuerza. Linea de accidn: linea recta que se extiende desde e1 punto de aplicacion en la direccion de la fuerza a ambos sentidos e indefinidamente. Las fuerzas producen la misa aceleracion a los cuerpos en cualquier punto de su linea de accion.

Cuando trabajamos con fuerzas grificamente podemos modificar su posicion, siempre que respetemos las siguientes reglas: 1. Podemos desplazar el vector a 10largo de la linea de accion, siempre que no modifiquemos su modulo. 2. Tambien podemos moverIo en el plano en el que estemos trabajando para, por ejemplo, colocar su punto de aplicacion en la cabeza de otro vector que queremos sumar, siempre sin modificar el modulo y la direccion. 3. Siempre debemos mantener la escala de todos los vectores con los que estemos trabajando.

COMPOSICION Y RESOLUCION DE FUERZAS Las operaciones con magnitudes vectoriales no pueden ser realizadas de la misma forma que las. escalares. Por ejemplo, la masa puede ser sumada, restada, multiplicada y dividida, pero los valores de dos 0 mas fuerzas no pueden ser sumados a no ser que se encuentren en la misma direccion, Los resultados de operaciones con vectores pueden ser calculados matematicamente y de forma grafica, A continuacion veremos los resultados de algunas operaciones sencillas con vectores, tanto de forma gnfica como numerics. Cuando hallemos la composicion 0 la resolucion de vectores gnificamente, debemos ser muy cuidadosos con la longitud de los modules, sus angulos y el factor de escala. Si sabemos realizar operaciones con vectores de fuerzas, podremos, por ejemplo, hallar la suma de todas fuerzas que acnian sobre un cuerpo 0 descomponerIas para hallar sus distintas componentes y simplificar los calculos,

Suma y resta de vedores Cuando se suman dos 0 mas fuerzas el resultado se suele Hamar «composicion de fuerzas», El vector que se obtiene de una composicion de vectores se denoroina «fuerza resultante» 0 «resultante», Una composicion de fuerzas aparece cuando mas de una fuerza extema es aplicada a un cuerpo 0 sistema. El efecto global de estas fuerzas es 10que deterroina hacia donde se moveni el cuerpo. Debemos entender la coreposicion como una combinacion de fuerzas. En la figura 12.18 los vectores que se suman esuin en azul y la resultante en rojo: lOON + lOON =200N Si se suman dos fuerzas con la misma direccion pero distinto sentido, el vector resultante tendra el sentido del vector con mayor modulo y su modulo sera igual ala diferencia de modules de los dos vectores originales (Fig. 12.19). Laforma matematica de expresar estas dos operaciones es: 200 N + (-100 N) 100 N

A+(-B)=R A-B= R Hasta ahara los ejemplos que hemos presentado muestran fuerzas que acnian en la misma linea de accion, 10 que hace que hallar los vectores resultantes sea sencillo, tanto gnifica como matematicamente. Cuando las fuerzas que se suman estan en el mismo plano pero no en la misma direccion, el vector resultante puede ser hallado colocando el punto de aplicacion del segundo vector en la cola del primer vector (Fig. 12.20 A). Otra forma de solucionar graficamente este problema es utilizar vectores concurrentes, esto es, aquellos con un mismo punto de aplicacion pero direcciones distintas (Fig. 1210 B). La resolucion matematica de esta operacicn se realizaria con la siguiente ecuacion;

•

A

8

,..

'--

+

'

...'.'

...'

A

.......

••

Punta de aphcaaan

A

tgB=-::;-, B

La resta de un vector sobre otro de distinta direccion tambien puede ser resuelta graficamente tratando el problema como una sUlllaje veetores (Fig. 1212). Por ejel!l.Plo,~ resta de vectores de fuerzaA - B puede sertratada como la sumaA + (-B). La figura 12.23 muestra la resultante de cuatro vectores de fuerza que acnian a la vez sobre un cuerpo. Laresolucion se ha realizado mediante la consnuccion de un poligono. La descomposicion de fuerzas es muy uti! en Biomecanica, por ejemplo para conocer los componentes vertical y anteroposterior en las fuerzas de reaccion del suelo (Fig. 12.24).

Figura 12.21.

I ~:;,

...

--11

A

B = arctg-:;B

....

A

-8

_'+~=R~

12.22.

+

._8

Figura 12.19 .

'

+)f

A= 'I11III\:;;........

~beza a

Dondq R t?!l la magnitud del vector resultante yael angulo entre los veetoresAyB. Si los vectores forman un aagulo recto (Fig. 12.21), podemos conocer el angulo del vector resultante por trigonometria mediante la siguiente ecuacion:

Figura 12.18.

)I

..' .' .. .'

R

,.

225

A

)10

= 8Jf

)10 , A

c

LY.

+8J( B

+ ~

= 84/if1!J1l:~~

_

A

B

A

••••••• Unea de acci6n

Figura 12.16. Diagramade fuerzas de una persona lanzando un balon en el que se han marcado las fuerzas centrfpeta y centrffuga.

Figura 12.23. Resolucion de cuatro vectores de fuerza aduando ala vez sabre un Figura 12.17. Parametrosque componen un vector.

Figura 12.20. Dos formas (Ay B) de hallarun vector resultantegraficamente.

cuerpo.

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CAUSAS DE LA TRASLACION UNEAL DE LOS CUERPOS

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De la segunda ley de Newton sabemos que F = m . a, por 10que la fuerza centripeta estJi influida por la masa del cuerpo en movirniento, por la aceleracion angular 0 tangencial, con las siguientes ecuaciones: Fuerza centripeta = m . (02 • r Fuerza centripeta = m-

v2

r donde m es la masa del objeto, (0 la velocidad angular, v la velocidad tangencial y r el eje de giro. Por la ley de la accion-reacclon sabemos que cada fuerza tiene su reaccion de igual magnitud y de sentido opuesto. Para la fuerza centrfpeta la reaccion es llamada «fuerza centrifuga», y acnia en sentido contrario al centro de giro. Cuando un jugador de balonroano lanza un balon, se genera una fuerza hacia el eje de giro, el hombro, y otra hacia fuera del eje de giro, la fuerza centrifuga. Cuarito mayor sea la velocidad de giro de la mano respecto al hombro y cuanto mayor sea la distancia del hombro ala mano, mayor sera la fuerza centrifuga y mas fuerza tendra que hacer el deportista para poder sujetar el balon (Fig. 12.16).

LA FUERZA COMO VEcrOR PROPIEDADES DE LA FUERZA Una magnitud es algo que se puede medir; par ejemplo, una distancia en metros 0 una fuerza en newtons ... Las magnitudes escalares son aquellas defrnidas simplemente por un mimero, como la masa, el voluFuerza centrifuga

men 0 la temperatura. Las magnitudes vectoriales son tambien definidas por mimeros, pero ademas poseen una direccion y un senti do. Todas las magnitudes vectoriales, entre ellas la fuerza, deben ser definidas por los siguientes parametres (Fig. 12.17): -

Magnitud: cantidad de fuerza aplicada. Direccion de la fuerza. Punto de aplicacion; lugar donde es aplicada la fuerza. Linea de accidn: linea recta que se extiende desde e1 punto de aplicacion en la direccion de la fuerza a ambos sentidos e indefinidamente. Las fuerzas producen la misa aceleracion a los cuerpos en cualquier punto de su linea de accion.

Cuando trabajamos con fuerzas grificamente podemos modificar su posicion, siempre que respetemos las siguientes reglas: 1. Podemos desplazar el vector a 10largo de la linea de accion, siempre que no modifiquemos su modulo. 2. Tambien podemos moverIo en el plano en el que estemos trabajando para, por ejemplo, colocar su punto de aplicacion en la cabeza de otro vector que queremos sumar, siempre sin modificar el modulo y la direccion. 3. Siempre debemos mantener la escala de todos los vectores con los que estemos trabajando.

COMPOSICION Y RESOLUCION DE FUERZAS Las operaciones con magnitudes vectoriales no pueden ser realizadas de la misma forma que las. escalares. Por ejemplo, la masa puede ser sumada, restada, multiplicada y dividida, pero los valores de dos 0 mas fuerzas no pueden ser sumados a no ser que se encuentren en la misma direccion, Los resultados de operaciones con vectores pueden ser calculados matematicamente y de forma grafica, A continuacion veremos los resultados de algunas operaciones sencillas con vectores, tanto de forma gnfica como numerics. Cuando hallemos la composicion 0 la resolucion de vectores gnificamente, debemos ser muy cuidadosos con la longitud de los modules, sus angulos y el factor de escala. Si sabemos realizar operaciones con vectores de fuerzas, podremos, por ejemplo, hallar la suma de todas fuerzas que acnian sobre un cuerpo 0 descomponerIas para hallar sus distintas componentes y simplificar los calculos,

Suma y resta de vedores Cuando se suman dos 0 mas fuerzas el resultado se suele Hamar «composicion de fuerzas», El vector que se obtiene de una composicion de vectores se denoroina «fuerza resultante» 0 «resultante», Una composicion de fuerzas aparece cuando mas de una fuerza extema es aplicada a un cuerpo 0 sistema. El efecto global de estas fuerzas es 10que deterroina hacia donde se moveni el cuerpo. Debemos entender la coreposicion como una combinacion de fuerzas. En la figura 12.18 los vectores que se suman esuin en azul y la resultante en rojo: lOON + lOON =200N Si se suman dos fuerzas con la misma direccion pero distinto sentido, el vector resultante tendra el sentido del vector con mayor modulo y su modulo sera igual ala diferencia de modules de los dos vectores originales (Fig. 12.19). Laforma matematica de expresar estas dos operaciones es: 200 N + (-100 N) 100 N

A+(-B)=R A-B= R Hasta ahara los ejemplos que hemos presentado muestran fuerzas que acnian en la misma linea de accion, 10 que hace que hallar los vectores resultantes sea sencillo, tanto gnifica como matematicamente. Cuando las fuerzas que se suman estan en el mismo plano pero no en la misma direccion, el vector resultante puede ser hallado colocando el punto de aplicacion del segundo vector en la cola del primer vector (Fig. 12.20 A). Otra forma de solucionar graficamente este problema es utilizar vectores concurrentes, esto es, aquellos con un mismo punto de aplicacion pero direcciones distintas (Fig. 1210 B). La resolucion matematica de esta operacicn se realizaria con la siguiente ecuacion;

•

A

8

,..

'--

+

'

...'.'

...'

A

.......

••

Punta de aphcaaan

A

tgB=-::;-, B

La resta de un vector sobre otro de distinta direccion tambien puede ser resuelta graficamente tratando el problema como una sUlllaje veetores (Fig. 1212). Por ejel!l.Plo,~ resta de vectores de fuerzaA - B puede sertratada como la sumaA + (-B). La figura 12.23 muestra la resultante de cuatro vectores de fuerza que acnian a la vez sobre un cuerpo. Laresolucion se ha realizado mediante la consnuccion de un poligono. La descomposicion de fuerzas es muy uti! en Biomecanica, por ejemplo para conocer los componentes vertical y anteroposterior en las fuerzas de reaccion del suelo (Fig. 12.24).

Figura 12.21.

I ~:;,

...

--11

A

B = arctg-:;B

....

A

-8

_'+~=R~

12.22.

+

._8

Figura 12.19 .

'

+)f

A= 'I11III\:;;........

~beza a

Dondq R t?!l la magnitud del vector resultante yael angulo entre los veetoresAyB. Si los vectores forman un aagulo recto (Fig. 12.21), podemos conocer el angulo del vector resultante por trigonometria mediante la siguiente ecuacion:

Figura 12.18.

)I

..' .' .. .'

R

,.

225

A

)10

= 8Jf

)10 , A

c

LY.

+8J( B

+ ~

= 84/if1!J1l:~~

_

A

B

A

••••••• Unea de acci6n

Figura 12.16. Diagramade fuerzas de una persona lanzando un balon en el que se han marcado las fuerzas centrfpeta y centrffuga.

Figura 12.23. Resolucion de cuatro vectores de fuerza aduando ala vez sabre un Figura 12.17. Parametrosque componen un vector.

Figura 12.20. Dos formas (Ay B) de hallarun vector resultantegraficamente.

cuerpo.

..,. 226

CAUSAS DE LA TRASLACI6N UNEAL DE LOS CUERPOS

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FislCA Y EL DEPORTE

po, que son simplemente representaciones mecanicas de los cuerpos. Las fuerzas externas suelen ser dibujadas como vectores a escala, de forma que sus longitudes equivalen a sus magnitudes. Todos los puntos donde un cuerpo toea a1goexterno a el son puntos donde puede haber fuerzas actuando. Para evitar confusiones, y como solo interesan las fuerzas que acnian sobre el deportista, 10dibujaremos solo, aislado de 10que Ie rodea. Los pasos que hay que seguir para realizar un diagrama de fuerzas son los siguientes:

Figura 12.24. Esquema de los componentes vertical y anteroposterior sobre una plata[ormade fuelZas.

Algunos fenomenos se entienden mas facilmente si el vector de fuerza que los provoca es dividido en sus componentes. En la figura 12.25podemos ver el vector original en azul y sus componentes en rojo. EI proceso consiste en trazar paralelas a los ejes horizontal y vertical tomando como referencia el punto de aplicacion de ambos vectores y las proyecciones de ambos sobre los 'ejes. A veces en vez de los ejes horizontal y vertical utilizamos las componentes normal y tangencial a una superficie, por ejemplo, un plano inclinado. Como ya sefialamos antes, la componente normal representa la parte de la fuerza que acnia perpendicularrnente sobre la superficie, mientras que la tangencial es paralela a esta superficie. Ambas componentes son perpendiculares entre sf. Matematicamente las eomponentes normal y tangencial de un vector de fuerza se hallan meaiBnte trigonometria (Fig. 12.26).

1. Aislar el cuerpo que queremos estudiar de 10que Ie rodea. 2. Determinar las fuerzas externas que acnian sobre el cuerpo. 3. Resolver independientemente las fuerzas verticales y las horizontales y aquellas que no son ni horizontales ni verticales dividirlas en sus componentes vertical y horizontal. 4. Resolver las operaciones con vectores, bien graficamente, bien de forma matematica. Cuando una persona esta sobre el suelo tiene aI menos dos vectores de fuerza vertical actuando sobre ella: el primero es su peso y el segundo la fuerza de reaccion del suelo. Como se puede ver en la figura 12.27,la figura de la persona ha sido aislada de 10que la rodea y las fuerzas de reaccion se han dibujado en los puntos donde acnian sobre el cuerpo. En la figura 1218podemos ver como hallar la resultante de las fuerzas que acnian sobre una persona que se desplaza corriendo. A diferencia del diagrama de fuerzas de la figura 12.27,la fuerza neta que acnia sobre esta persona es distinta de cero, por 10que esta experimentara una aceleracion en la direccion y el sentido de la fuerza resultante.

D

IAGRAMA DE lAS FUERZASQUE AcrUAN SOBRE UN CUERPO Cuando un cuerpo es sometido a fuerzas externas, los cambios en su estado son determinados por la resultante de esas fuerzas, Para poder visualizar y comprender mejor el efecto de estas fuerzas externas sobre el cuerpo, se dibujan los diagramas de fuerzas que acnian sobre un cuer-

I y~ - !---?i'] ;L........ ~i ~ ~0 ~t l.,.. ~ .....~ if,

>

if,

Figura 12.27. Eneste diagramade [ueaas se muestran la [uelZa del peso y la de reaccion del suelo. Ambas tienen la misma magnitud y direccion, pero sentido contrario,por 10 que se anulan y la [uelZaneta resultante es cero.

!

By=Bsenq>

81

I

.... ~ ...J B,= B cosq>

R,=Rsena

! Ay=AsenO

o : .................................. / A,=Acos 0

1--------------

......... ~

......;'

Figura 12.28. Fueaas que actuan sobre un atleta cuando esta corriendo. Que el

deportistaavance 0 no dependera de la rt;sultantede las fuelZas que actUa~sob~e el, como el peso IFJ,la iueas de reaccion del suelo IF) y la [uelZade reslstencla al avance del aire IF) ladaptadade Hay, 1993; 70).

Figura 12.30. Resolucion del diagramade [uelZasde la Figuraanterior.F, y F,son

los componentes normal y tangencial del peso, respectivamente, y F",es la reaccion a la [ueaa normal. F,es la fuelZa de reaccion neta y F,la [uelZade resistencia al avance provocada por el desplazamiento del cic/istaen el aire. Fees la fuerza generada por el cic/ista al pedalear y R el vector de [uelZaresultante de todas las fuelZas extemas que actuan sobre el cic/ista.

rozamiento'sea mayor 0 igual que la resultante de las fuerzas que !iran del ciclista hacia abajo. Debido a las fuerzas de resistencia aI avance (FJ y de rozarniento (Fr),no es posible mantener tina velocidad constante a no ser que haya otras fuerzas externas actuando en el sentido del movimiento. En este caso, las fuerzas extemas son, primero, la fuerza que Figura 12.29. Diagramade las iueuss ~emas gue a 4) = (-0,97 m) . J = -68,5 J

Hemos de hallar eI trahajo aplicado entre las posiciones 2 y 4 (Fig. 16.14). Las fuerzas que realizan trabajo mecanico entre.dichas posicio-

TRABAJO MEcANlCO MOTRIZ Y RESISTENTEREALIZADO EN ELPERioDO ANTERIOR Recordemos que eI centro de gravedad (cdg) desciende 20 cm en este penodo, como se muestra en la figura 16.15. Ahora vamos a tratar ~I apartado anterior en dos partes.

2 saIto

Evidentemente ha de cumplirse que:

saito y de salida del segundo saito.

El trabajo es negativo, pues al inicio del segundo salto la velocidad es menor que al final del primer salto, 0 sea, el sujeto se frena.

1 saIto

Wm(3 -i> 4) + 0 = Em(4) - Em(3)

O,20m

TRABAJO MEcANlCO APLiCADO DESDe QUE TOCA ELSUELO EN LA CAiDA DEL PRIMER SALTOHASTA QUE LO DEJA EN ELSEGUNDO SALTO

ENERGiA ELAsTICAADICIONAL En el segundo salto, en vez de alcanzar 0,35 m, llega hasta 0,40 m. La energfa cinetica adicional que ha empleado eI deportista para alcanzar 0,40 m debe ser igual a la diferencia de energfa potencial en ambos casos, es decir: E:a::

=AEp=mg (0,40-0,35)

= (0,49 m): J = 34,3 J

Comprobemos desde otro punto de vista el resultado anterior: el deportista que ha saltado 0,45 men el primer salto en el segundo solo alcanza 0,35 m. Para ello ha de realizar un trabajo aplicado total de frenado de (-0,97 m): J. Si quisieramos que en el segundo saito alcance 10 cm mas, es decir, 0,45 m, necesitaria una energfa elastica adicional

2

4

TRABAJO MEcANlCO RESISTENTE 0,45 m O,35m

2

4

En la primera parte eI sujeto llega a la posicion 2 con una velocidad completamente vertical y desciende hasta que en la posicion 3 su velacidad es nula. En este perfodo realiza un trabajo de frenado que llamamos «resistente»; segiin el teorema de la energfa mecanica;

5

Em= E, + Ep= 112mv2+ mgh =cte Tomaremos origen para las alturas, la horizontal que definen los puntos 1,2,4 Y5 correspondientes a la posicion del centro de gravedad justo antes de dejar eI suelo. EI squat es un salta vertical dentro de la baterfa del test de Bosco. El sujeto parte en posicion de cucIilIas forrnando un angulo articular en

sustituyendo queda:

••

I I I I

W, (2 -i> 4) = 112m (2,62)2 -112

TRABAJO MEcANlCO EN UN SAL TO VERTICAL Supongamos que un depd~~ con una masa de 70 kg realiza un salto completamente vertical desde Iii.posicion de salida de un salta de squat de la baterfa del test de Bosco elevando su centro de gravedad 45 cm; cae con los pies estirados, fIexiona sus piemas y vuelve a saltar alcanzado 35 cm. EI salto es completamente vertical. Solo a efectos de cIaridad en el dibujo de este apartado, los dibujaremos inclinados. Mientras esta en el aire, la tinica fuerza que acnia es la fuerza gravitatoria (consideramos la accion de la fuerza de resistencia al aire despreciable). Dicha fuerza es conservativa y, par tanto, se conserva la energia mecaaica durante el vuelo:

En la segunda parte el sujeto parte de la posicion 3, donde su velocidad es nula, hasta alcanzar una velocidad de despegue completarnente vertical en la posicion 4. En este periodo reaIiza un trabajo que llamamos «motor»; segiin eI teorema de la energfa mecanica:

4

2

VELOCIDADDESALIDA DELPRIMER Y DELSEGUNDO SAL TO Para calcular la velocidad de salida . . " del primer salto aplicamos la conservaFigura16.12. Col de Naylm eJecutado a una velocldad de 25 m/s formando un angulo de 64° con lahorizontal. cion de la energfa mecanica entre el punto 1 (cuando deja eI suelo) y el punto disminuye su energfa cinetica y va aumentando la energia potencial graen el cual alcanza la altura maxima, donde sabemos que la velocidad vervitatoria basta alcanzar la altura maxima. AI bajar disminuye la energia tical es nula: potencial y va aumentando la cinetica. Em(1) = Em(0,45 m) -i> 112 mv] + 0 = 0 + mg 0,45

291

W,+Wr=AEm sustituyendo queda: W,(2 ~ 3) +0 =Em (3)-Ero (2) W, (2 ~ 3) + 0 = [0 + mg (-0,20)] - [112 m (29m

Figu~ 16.13. Reprf!Sentacionesquematica de 105 dos saltos. En verde figuranlas veloCldadesde salida y lIegada de ambos saltos. Para cada saito las velocidades

son iguales.

10 que da un resultado para el trabajo resistente de: W,= (-6,37 m): J =-4459 J

I I I I

,, 'riI.J'

.

O,20m

3

Figura 16.15. Representacion esquematica de la velocidad de carda del primer

saito,paradainomentanea en el punto mas bajo y velocidad de salida delsegundo saito.

_ 292

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD Ffs/CA Y EL DEPORTE

de (-097 m)· J,es decir, que el trabajo de frenado sea nulo. Pero si queremos que alcance solo 5 cm mas, necesitaria la mitad, ya que la variacion de energia potencial es linealmente proporcional a h: 0,97m --=34,3J 2 como asi ha sido. En este ultimo saito sin duda el deportista ha aprovechado mejor el ciclo estiramiento-acortamienro de los nnisculos de las piemas.

POTENCIA. POTENCIA MEc.ANICA EN ELTEST DE BOSCO EI concepto de trabajo no menciona el tiempo. Asi, cuando hablabamos del trabajo mecanico realizado por la estudiante de la figura 16.5, intuirnos que no es 10 mismo que levante Ia barra en 0,5 s que en 1 s. La forma correcta de describir esto es expresarlo en tenninos de potencia. Cotidianamente, potencia es sinonimo de energfa 0 fuerza, pero en Biomecanica no es correcto y hablamos de «potencia» cuando queremos expresar Ia rapidez con la que se efecnia un trabajo, como levantar la barra olimpica que hemos citado previamente; aI igual que el trabajo y hi energfa, es una magnitud escalar. Si se realiza un trabajo mecsnico !1W sobre un cuerpo en un intervalo de tiempo !1t,definirnos potencia media: !1W

P =m

!1t

al trabajo mecanico medio realizado, por unidad de tiempo. La unidad del SI de potencia se denomina «vatio» (W): 1 W = 1 Jfs EI vatio es una unidad muy cormin de potencia electrica. Una bombilla de 60 W convierte 60 J de energfa electrica en luz y calor. Una bombilla: tambien podria especificarse en caballos de fuerza 0 caballos de vapor (hp): 1 hp = 746W =0,746 kW Es decir, un caballo de fuerza equivale a tres cuartos de kilovatio. Los fabricantes de automdviles en muchas ocasiones presentan sus iiltimos modelos anunciando que el coche es capaz de alcanzar los 100 kmJh en 5-6 s. En realidad estan dando una medida de la potencia de ese turismo; las marcas de automoviles se pelean por sacar al mercado modelos cada vez mas potentes, es decir, que alcancen los 100 kmJh en menos tiempo. Si la estudiante de la figura 16.5 realiza una fuerza constante de 12 Kgf en cada mana durante 0,5 s desplazando la barra olimpica 50 em, la potencia mecanica media ejercida por la fuerza muscular de cada mana sera de:

P=

TRABAJO, POTENCIA Y ENERGfA

!1W dW lim -=-=W AI-0!1t dt

.

Ahora bien, vista la ecuacion anterior, y teniendo en cuenta el trabajo elemental realizado por una fuerza, dW, al producir un desplazamiento elemental £ la potencia tambien podemos expresarla de Ia siguiente forma: dW P·df __ P=-=--=F·v dt dt Esta expresion indica la rapidez instantanea con la que una determinada fuerza realiza trabajo sobre un objeto. Es un producto esc alar, aI igual que el trabajo mecanico. No hay mejor ejemplo para este casu que la relacion fuerza-velocidad muscular (Fig. 16.16).

RELACION FUERZA MUSCUlAR·VELOCIDAD DE CONTRACCION MUSCUlAR La relacion fuerza-velocidad de la figura 16.16 describe la relacion entre la fuerza concentrica y la correspondiente velocidad de acortamiento del rmisculo, Para la contraccicn muscular esta relacion fue descrita en forma matematica por el ingles Archiball V. Hill en 1938, aunque fue en 1922 cuando Ie dieron el premio Nobel de Medicina por su labor de investigacion sobre la termodimimica de los nnisculos, que ccmpartio con el fisiologo aleman Otto Fritz Meyerhof. En realidad la ecuacion de Hill todavia es utilizada hoy en dfa mas a menudo que cualquier otra para describir la relacion fuerza-velocidad de acortamiento muscular. Establece que: (F + a)(v + b) = (Fo + a) b

Ecuacion [7]

donde Fo es la fuerza isometrica maxima de un rmisculo, I' la velocidad de acortamiento yay b constantes para cada nnisculo en unidades de fuerza (N) y velocidad (mfs). En dicha figura podemos apreciar que la fuerza que un rmisculo puede producir disminuye seglin la velocidad de contraccion aumenta hasta que llega a una velocidad critica a la cualla fuerza llega a ser cero. Dicha velocidad corresponde, segiin [7], a: Fob Vo=-a La forma de la curva fuerza-velocidad depende fuertemente de la distribucion del tipo de fibra muscular dentro del nnisculo, ya que, aun-

v

p

Pm"= (1/3 Fo)(1/3v-)

!1W (12·9,81) ·0,5

P =m!1t

0,5

=117,7W

La rapidez con la que se realiza trabajo puede no ser constante; por ello, aI igual que hemos hecho con otras magnitudes, definirnos la poten-

F fuerza muscular. En verde la fuerzarelacion patencia-fuerza.

que la fuerza por unidad de area de las fibras musculares rapidas y lentas es casi la misma, la velocidad maxima de acortamiento difiere en un factor a1rededor de 2. Por ello, para una velocidad de acortamiento de un rmisculo en el que predominan las fibras rapidas puede ejercer mas fuerza que uno en el que predomina las lentas, aunque sus fuerzas isometricas maximas sean iguales. Esto puede explicar por que atletas con un alto porcentaje de fibras rapidas obtienen mejores resultados que aquellos con un alto porcentaje de fibras lentas en pmebas donde se combinan una velocidad de ejecucion de movirniento alta con altos requerimientos de fuerza, como pruebas de velocidad, lanzamientos y saltos.

RELACION POTENCIA MUSCUlAR·VELOCIDAD DE CONTRACCION MUSCUlAR

293

to, aI sujeto se le requiere doblar la rodilla 90° , para 10 cual tiene una fase previa de familiarizacien. Ademas, para evitar trabajo producido debido a los desplazamientos horizontales y laterales, estes deben ser minimizados de tal forma que el salto sea iinicamente vertical. EI protocolo de este test (Fig. 16.17) tambien exige mantener las manos sobre las caderas durante todo el salto. Para calcular la potencia mecanica media (W), por ejemplo durante 60 s, debemos obtener:

-;-W W=-=-(l)

in

La relacion potencia-velocidad la hemos visto anteriormente puesto que la potencia es el producto escalar de la fuerza por la velocidad instantanea;

W es el trabajo mecanico medio durante los 60 s, por ejemplo, y t, es el tiempo de contacto medio de los saltos verticales. Ademas, suponemos que mientras esta en contacto con el suelo, el tiempo que tarda en bajar es el mismo que tarda en subir. EI trabajo mecanico realizado durante un salto en la fase de contacto con el suelo podemos obtenerlo aplicando el teorema de la energia:

que se reduce a la multiplicacion escalar de la magnitud fuerza, F, Y la velocidad, 1', para el casu especial del nnisculo esqueletico, es decir:

W, + Wr=!1E, +!1Ep (2)

P=Fv Para contracciones concentricas la potencia muscular es cero para contracciones isometric as (V = 0) y para contracciones a la velocidad critica de acortamiento, Vo (Fig. 16.16), porque F = O. Curiosamente, la potencia de un nnisculo es maxima cuando la velocidad de acortamiento es un 30% de la velocidad maxima de acortamiento y cuando la fuerzaes un 30% de la fuerza isometrics maxima, esto es:

En el siguiente apartado, y a modo de ejemplo, calculamos la potencia mecinica media de los nuisculos del tren inferior en una serie de saltos continuados.

Potencia mecanica media per unlded de masa de un saito en un test de reactividad de la bateria del test de Bosco La potencia y capacidad de saito del hombre puede evaluarse de acuerdo con la aproximacion de las leyes del movimiento midiendo el tiempo de vuelo de saltos verticales consecutivos durante cierto periodo de tiempo. EI tiempo de vuelo puede medirse mediante un dispositivo electronico lIamado «plataforma de contactos». Este aparato consiste en un temporizador digital (± 0,001 s) conectado a traves de un cable a una plataforma resistiva 0 capacitiva. EI temporizador se dispara a traves de los pies del sujeto en el momento de dejar la plataforma y para en el momenta en el que vuelve a caer sobre ella. De esta forma el tiempo de vuelo, II" del saIto es registrado. Si realizamos varios saltos, el temporizador va sumando los respectivos II' de cada salto. Para estimar la potencia mecanica maxima de los miisculos extensores de la piema, el protocolo requiere que el sujeto salte continuamente, con esfuerzo maximo, durante cierto periodo comprendido entre 15 y 60 s. Ademas, para estandarizar el desplazamiento angular de la rodilla durante la fase de contac-

Las fuerzas que realizan trabajo SOD la gravitatoria, la muscular y la de rozamiento. Si, como antes hemos dicho, minirnizamos tanto el desplazamiento horizontal como ellateral, podemos considerar el trabajo mecanico de friccion wfdespreciable. Por tanto (2), queda como: 1

W,=-mv~+mgh,(3) 2 donde he es la altura que se eleva el cdg durante el contacto y I'e la velocidad fmal durante la fase de contacto, que sera la velocidad inicial, VI' durante la fase de vuelo.

Calculo de la Vv durante la fase de vuelo Mientras esta en el aire, el sujeto esta sometido a la fuerza gravitatoria y ala resistencia del aire. Si despreciamos la contribucion de la resistencia del aire, la energfa mecanica se conserva durante el vuelo. Asf pues, la energia mecanica en el instante del despegue del suelo sera igual ala energfa mecanica en el instante de alcanzar la altura rnaxima: 1 -mv~ 2

1 =-mv; 2

= mgh, (4)

sustituyendo en (3): \V, = mg (hi' + hJ (5) A continuacion, calculamo los desplazamientos verticales.

Desplazamiento durante la fase de vuelo Suponemos que el movimiento del cdg durante la subida es igual al de bajada, es decir, que los tiempos son iguales. Esto requiere que el sujeto caiga de la misma forma que despega, 0 sea, estirado (Fig. 16.18) impone una condici6n de protocolo en dicho saIto. Es facil ver que

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD Ffs/CA Y EL DEPORTE

de (-097 m)· J,es decir, que el trabajo de frenado sea nulo. Pero si queremos que alcance solo 5 cm mas, necesitaria la mitad, ya que la variacion de energia potencial es linealmente proporcional a h: 0,97m --=34,3J 2 como asi ha sido. En este ultimo saito sin duda el deportista ha aprovechado mejor el ciclo estiramiento-acortamienro de los nnisculos de las piemas.

POTENCIA. POTENCIA MEc.ANICA EN ELTEST DE BOSCO EI concepto de trabajo no menciona el tiempo. Asi, cuando hablabamos del trabajo mecanico realizado por la estudiante de la figura 16.5, intuirnos que no es 10 mismo que levante Ia barra en 0,5 s que en 1 s. La forma correcta de describir esto es expresarlo en tenninos de potencia. Cotidianamente, potencia es sinonimo de energfa 0 fuerza, pero en Biomecanica no es correcto y hablamos de «potencia» cuando queremos expresar Ia rapidez con la que se efecnia un trabajo, como levantar la barra olimpica que hemos citado previamente; aI igual que el trabajo y hi energfa, es una magnitud escalar. Si se realiza un trabajo mecsnico !1W sobre un cuerpo en un intervalo de tiempo !1t,definirnos potencia media: !1W

P =m

!1t

al trabajo mecanico medio realizado, por unidad de tiempo. La unidad del SI de potencia se denomina «vatio» (W): 1 W = 1 Jfs EI vatio es una unidad muy cormin de potencia electrica. Una bombilla de 60 W convierte 60 J de energfa electrica en luz y calor. Una bombilla: tambien podria especificarse en caballos de fuerza 0 caballos de vapor (hp): 1 hp = 746W =0,746 kW Es decir, un caballo de fuerza equivale a tres cuartos de kilovatio. Los fabricantes de automdviles en muchas ocasiones presentan sus iiltimos modelos anunciando que el coche es capaz de alcanzar los 100 kmJh en 5-6 s. En realidad estan dando una medida de la potencia de ese turismo; las marcas de automoviles se pelean por sacar al mercado modelos cada vez mas potentes, es decir, que alcancen los 100 kmJh en menos tiempo. Si la estudiante de la figura 16.5 realiza una fuerza constante de 12 Kgf en cada mana durante 0,5 s desplazando la barra olimpica 50 em, la potencia mecanica media ejercida por la fuerza muscular de cada mana sera de:

P=

TRABAJO, POTENCIA Y ENERGfA

!1W dW lim -=-=W AI-0!1t dt

.

Ahora bien, vista la ecuacion anterior, y teniendo en cuenta el trabajo elemental realizado por una fuerza, dW, al producir un desplazamiento elemental £ la potencia tambien podemos expresarla de Ia siguiente forma: dW P·df __ P=-=--=F·v dt dt Esta expresion indica la rapidez instantanea con la que una determinada fuerza realiza trabajo sobre un objeto. Es un producto esc alar, aI igual que el trabajo mecanico. No hay mejor ejemplo para este casu que la relacion fuerza-velocidad muscular (Fig. 16.16).

RELACION FUERZA MUSCUlAR·VELOCIDAD DE CONTRACCION MUSCUlAR La relacion fuerza-velocidad de la figura 16.16 describe la relacion entre la fuerza concentrica y la correspondiente velocidad de acortamiento del rmisculo, Para la contraccicn muscular esta relacion fue descrita en forma matematica por el ingles Archiball V. Hill en 1938, aunque fue en 1922 cuando Ie dieron el premio Nobel de Medicina por su labor de investigacion sobre la termodimimica de los nnisculos, que ccmpartio con el fisiologo aleman Otto Fritz Meyerhof. En realidad la ecuacion de Hill todavia es utilizada hoy en dfa mas a menudo que cualquier otra para describir la relacion fuerza-velocidad de acortamiento muscular. Establece que: (F + a)(v + b) = (Fo + a) b

Ecuacion [7]

donde Fo es la fuerza isometrica maxima de un rmisculo, I' la velocidad de acortamiento yay b constantes para cada nnisculo en unidades de fuerza (N) y velocidad (mfs). En dicha figura podemos apreciar que la fuerza que un rmisculo puede producir disminuye seglin la velocidad de contraccion aumenta hasta que llega a una velocidad critica a la cualla fuerza llega a ser cero. Dicha velocidad corresponde, segiin [7], a: Fob Vo=-a La forma de la curva fuerza-velocidad depende fuertemente de la distribucion del tipo de fibra muscular dentro del nnisculo, ya que, aun-

v

p

Pm"= (1/3 Fo)(1/3v-)

!1W (12·9,81) ·0,5

P =m!1t

0,5

=117,7W

La rapidez con la que se realiza trabajo puede no ser constante; por ello, aI igual que hemos hecho con otras magnitudes, definirnos la poten-

F fuerza muscular. En verde la fuerzarelacion patencia-fuerza.

que la fuerza por unidad de area de las fibras musculares rapidas y lentas es casi la misma, la velocidad maxima de acortamiento difiere en un factor a1rededor de 2. Por ello, para una velocidad de acortamiento de un rmisculo en el que predominan las fibras rapidas puede ejercer mas fuerza que uno en el que predomina las lentas, aunque sus fuerzas isometricas maximas sean iguales. Esto puede explicar por que atletas con un alto porcentaje de fibras rapidas obtienen mejores resultados que aquellos con un alto porcentaje de fibras lentas en pmebas donde se combinan una velocidad de ejecucion de movirniento alta con altos requerimientos de fuerza, como pruebas de velocidad, lanzamientos y saltos.

RELACION POTENCIA MUSCUlAR·VELOCIDAD DE CONTRACCION MUSCUlAR

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to, aI sujeto se le requiere doblar la rodilla 90° , para 10 cual tiene una fase previa de familiarizacien. Ademas, para evitar trabajo producido debido a los desplazamientos horizontales y laterales, estes deben ser minimizados de tal forma que el salto sea iinicamente vertical. EI protocolo de este test (Fig. 16.17) tambien exige mantener las manos sobre las caderas durante todo el salto. Para calcular la potencia mecanica media (W), por ejemplo durante 60 s, debemos obtener:

-;-W W=-=-(l)

in

La relacion potencia-velocidad la hemos visto anteriormente puesto que la potencia es el producto escalar de la fuerza por la velocidad instantanea;

W es el trabajo mecanico medio durante los 60 s, por ejemplo, y t, es el tiempo de contacto medio de los saltos verticales. Ademas, suponemos que mientras esta en contacto con el suelo, el tiempo que tarda en bajar es el mismo que tarda en subir. EI trabajo mecanico realizado durante un salto en la fase de contacto con el suelo podemos obtenerlo aplicando el teorema de la energia:

que se reduce a la multiplicacion escalar de la magnitud fuerza, F, Y la velocidad, 1', para el casu especial del nnisculo esqueletico, es decir:

W, + Wr=!1E, +!1Ep (2)

P=Fv Para contracciones concentricas la potencia muscular es cero para contracciones isometric as (V = 0) y para contracciones a la velocidad critica de acortamiento, Vo (Fig. 16.16), porque F = O. Curiosamente, la potencia de un nnisculo es maxima cuando la velocidad de acortamiento es un 30% de la velocidad maxima de acortamiento y cuando la fuerzaes un 30% de la fuerza isometrics maxima, esto es:

En el siguiente apartado, y a modo de ejemplo, calculamos la potencia mecinica media de los nuisculos del tren inferior en una serie de saltos continuados.

Potencia mecanica media per unlded de masa de un saito en un test de reactividad de la bateria del test de Bosco La potencia y capacidad de saito del hombre puede evaluarse de acuerdo con la aproximacion de las leyes del movimiento midiendo el tiempo de vuelo de saltos verticales consecutivos durante cierto periodo de tiempo. EI tiempo de vuelo puede medirse mediante un dispositivo electronico lIamado «plataforma de contactos». Este aparato consiste en un temporizador digital (± 0,001 s) conectado a traves de un cable a una plataforma resistiva 0 capacitiva. EI temporizador se dispara a traves de los pies del sujeto en el momento de dejar la plataforma y para en el momenta en el que vuelve a caer sobre ella. De esta forma el tiempo de vuelo, II" del saIto es registrado. Si realizamos varios saltos, el temporizador va sumando los respectivos II' de cada salto. Para estimar la potencia mecanica maxima de los miisculos extensores de la piema, el protocolo requiere que el sujeto salte continuamente, con esfuerzo maximo, durante cierto periodo comprendido entre 15 y 60 s. Ademas, para estandarizar el desplazamiento angular de la rodilla durante la fase de contac-

Las fuerzas que realizan trabajo SOD la gravitatoria, la muscular y la de rozamiento. Si, como antes hemos dicho, minirnizamos tanto el desplazamiento horizontal como ellateral, podemos considerar el trabajo mecanico de friccion wfdespreciable. Por tanto (2), queda como: 1

W,=-mv~+mgh,(3) 2 donde he es la altura que se eleva el cdg durante el contacto y I'e la velocidad fmal durante la fase de contacto, que sera la velocidad inicial, VI' durante la fase de vuelo.

Calculo de la Vv durante la fase de vuelo Mientras esta en el aire, el sujeto esta sometido a la fuerza gravitatoria y ala resistencia del aire. Si despreciamos la contribucion de la resistencia del aire, la energfa mecanica se conserva durante el vuelo. Asf pues, la energia mecanica en el instante del despegue del suelo sera igual ala energfa mecanica en el instante de alcanzar la altura rnaxima: 1 -mv~ 2

1 =-mv; 2

= mgh, (4)

sustituyendo en (3): \V, = mg (hi' + hJ (5) A continuacion, calculamo los desplazamientos verticales.

Desplazamiento durante la fase de vuelo Suponemos que el movimiento del cdg durante la subida es igual al de bajada, es decir, que los tiempos son iguales. Esto requiere que el sujeto caiga de la misma forma que despega, 0 sea, estirado (Fig. 16.18) impone una condici6n de protocolo en dicho saIto. Es facil ver que

294

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

TRABAJO. POTENCIA Y ENERGfA

Desplazamiento total Teniendo en cuenta (6) y (9): 1 h, =-gt, (I., + Iv) 8 Por tanto, el trabajo total realizado por la fuerza muscular durante un salta (5) vendradado por: 1 w=w,=-mg2IvtT 8 Lapotencia mecanica media por unidad de masa durante la fase positiva de la fase de contacto sera:

Figura 16.17. Posicionde partidaen el

Figura 16.18. Instantaneaen la carda

test de reactividad de la baterfa de Bosco.

de un salta en el test de Bosco.

durante el movimiento de bajada el desplazamiento del cdg viene dado por:

w

W,

m

m- tj2

g2 Iv~ tT (10)

41.,

Ahora bien, en la serie de los n saltos la plataforma de Bosco va sumando los tiempos de vuelo; por 10 tanto el tiempo de vuelo medio de un salto sera; Tv tv =n

Desplazamiento durante la lase de contacto

Si en la serie de saltos el tiempo total es de 60 s, entonces el tiempo medio de un salta sera:

T

...... 'J'

EI desplazamiento dcl'"'cdgpodemos estimarlo suponiendo qne la velocidad vertical desde el punto mas bajo del cdg hasta el punto~de despegue del suelo del sujeto aumenta linealmente con el tiempo y que el tiempo de la fase positiva del tiempo de contacto es la mitad del tiempo de contacto total (Asmussen y Bonde-Petersen, 1974). En este caso y suponiendo, al igual que hacfamos anteriormente, que el desplazamiento de subida es igual al de bajada: he

1 (1.,)2

T, T - Tv 60 - Tv

te=-=--=--

n

V

c

= a-2

n

n

sustituyendo en (10):

=2" a 2" =8 a . t~(7) I.,

sustituyendo en (7):

Ademas, como:

1

Pero si el movimiento es con aceleracion constante y teniendo en cuenta que en el punto mas bajo la velocidad vertical es cero:

60

tv=-=n n

02_ e

= m

Tv 60 0_

n

n

60-Tv 4--

=---

(11)

4n(60-Tv)

sean de la especie que sean. Por ejemplo, una de las pizas de la figura 16.19 contiene aproximadamente 16 MJ de energfa, alrededor de la mitad de la energia de II de gasolina. Tanto las plantas como los animales operan dentro de las leyes de la termodinamica. EI ser humano y otros organismos son sistemas demasiado complicados para analizarlos de forma precisa y exacta en este libro, pero los principios termodinamicos basicos son validos en este caso. La primera ley de la termodinamica proporciona una herramienta apropiada para tratar los factores que intervienen en el complejo proceso del metabolismo humano, cuyos procesos fisiologicos no pretendemos sustituir. Segiln la primera ley de la termodinamica, el cambio de energia interna viene dado por: AU=AQ-AW Ecuacion [8] donde consideramos que la perdida de calor sera negativa y si el sistema absorbe calor sera positiva. EI trabajo realizado por el sistema estudiado sera positivo y, si se realiza trabajo sobre el sistema de estudio, 10 consideramos negativo. Supongamos que una persona realiza trabajo mecanico jugando al tenis. En general el cuerpo perdera calor y AQsera negativo y su energia interna disminuira, Dividiendo [8] por At, obtenemos las tasas de cambio correspondientes: AU AQ AW At

rASA DE CAMBIO DE ENERGiA ImERNA Supongamos que una persona consume oxigeno a una tasa elevada de 120 Ipor hora. Como: Equivalente energetico del oxigeno

La tasa de cambio de energla intern a podemos medirla con cierta precision detectando la tasa de consumo de oxigeno para convertir un alimento en energia y materiales de deshecho. Asi, elaboramos la tabla 16.2. EI equivalente energetico del oxigeno correspondiente~a un alimento es el cociente entre la energia liberada y el oxigeno consumido. Asf, los hidratos de carbona liberan 21,1 KJ de energia al combinarse con 1 Ide oxigeno para convertirse mediante una serie de pasos en anhldrido carbonico y agua y liberar dicha energfa, Definirnos el contenido energetico, por unidad de masa de un alimento como la cantidad de energia liberada por unidad de masa. Podemos ver en la tabla 16.2 que el equivalente energetico es aproximadamente el mismo, pudiendo establecer un valor medio de 20,1 KJIl para transforrnar el consumo de oxigeno medido en tasa de cambio de energia interna.

litros de oxigeno consumido

E' liberada = (20,1)' 120 = 2412 KJ Por tanto, la tasa de cambio de energia interna durante este perfodo sera: AU 2.412.000 J ----At 3.600 s

670W

rasas metabolicas Todos los seres consumen energia interna, aunque solo sea cuando duermen. Estar despierto pero en reposo requiere mayor consumo de energia diario que estar dorrnido. En Ia tabla 16.3 podemos verlas tasas metabolicas requeridas para diversas actividades por unidad de masa. La tasa de consumo de energfa en reposo pero despierto se denomina «tasa metab6lica basal» (Tabla 16.3) y su valor aproximado para el ser humano es:

I

AU) =1,2~ At basal kg

n

10cual da la potencia mecanica media por unidad de masa durante la fase positiva de la fase de contacto de un salta en dicho test. De esta manera, para aplicar la formula (11), solo necesitamos conocer la suma de los tiempos de vuelo registrados por el temporizador para cada salta realizado y el mimero de saltos realizados durante el periodo de trabajo elegido.

para un var6n medio de 20 aiios resulta un poco inferior para una mujer, 1,1 :

tambien para 20 aiios. La mayor parte de esta energia consumi-

'"

METABOLISMO HUMANO Por ultimo, en este capitulo vamos a ver algunos aspectos del metabolismo humano desde el punto de vista energetico. Todos los seres vivos necesitan energia, aunque sea para mantener sus proceso vitales. Las plantas verdes mediante la fotosintesis obtienen su energia a traves del sol. Los animales, en general, la obtienen de los alimentos,

E'liberada

La energia liberada sera, utilizando el promedio estandar sera:

At

pero como:

sustituyendo en (8) da:

Mooiicada de Kane Jill. Sterrrem MM. Fisica, (2.' ed. Batte!ona: Reorc!l£j. 1992.

--=--At

295

Figura 16.19. Diversosalimentosparareponer energra.Nuestra FuenteFundamen-

tal de energrason los alimentos.

da se utiliza para producir trabajo interior para satisfacer las demandas internas de los organos vitales del cuerpo humano y despues se convierte en calor. Como ellector ya sabe, los alirnentos no los emplea directamente el cuerpo, sino que 10hace a traves de un proceso complejo y complicado mediante el cual primero se convierten en trifosfato de adenosina (ATP), que puede ser utilizado por los tejidos. En esta transformaci6n aproximadamente e155% de Ia energia interna se pierde en forma de calor; el resto se uti1iza para realizar trabajo interno en los 6rganos del cuerpo para

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TRABAJO. POTENCIA Y ENERGfA

Desplazamiento total Teniendo en cuenta (6) y (9): 1 h, =-gt, (I., + Iv) 8 Por tanto, el trabajo total realizado por la fuerza muscular durante un salta (5) vendradado por: 1 w=w,=-mg2IvtT 8 Lapotencia mecanica media por unidad de masa durante la fase positiva de la fase de contacto sera:

Figura 16.17. Posicionde partidaen el

Figura 16.18. Instantaneaen la carda

test de reactividad de la baterfa de Bosco.

de un salta en el test de Bosco.

durante el movimiento de bajada el desplazamiento del cdg viene dado por:

w

W,

m

m- tj2

g2 Iv~ tT (10)

41.,

Ahora bien, en la serie de los n saltos la plataforma de Bosco va sumando los tiempos de vuelo; por 10 tanto el tiempo de vuelo medio de un salto sera; Tv tv =n

Desplazamiento durante la lase de contacto

Si en la serie de saltos el tiempo total es de 60 s, entonces el tiempo medio de un salta sera:

T

...... 'J'

EI desplazamiento dcl'"'cdgpodemos estimarlo suponiendo qne la velocidad vertical desde el punto mas bajo del cdg hasta el punto~de despegue del suelo del sujeto aumenta linealmente con el tiempo y que el tiempo de la fase positiva del tiempo de contacto es la mitad del tiempo de contacto total (Asmussen y Bonde-Petersen, 1974). En este caso y suponiendo, al igual que hacfamos anteriormente, que el desplazamiento de subida es igual al de bajada: he

1 (1.,)2

T, T - Tv 60 - Tv

te=-=--=--

n

V

c

= a-2

n

n

sustituyendo en (10):

=2" a 2" =8 a . t~(7) I.,

sustituyendo en (7):

Ademas, como:

1

Pero si el movimiento es con aceleracion constante y teniendo en cuenta que en el punto mas bajo la velocidad vertical es cero:

60

tv=-=n n

02_ e

= m

Tv 60 0_

n

n

60-Tv 4--

=---

(11)

4n(60-Tv)

sean de la especie que sean. Por ejemplo, una de las pizas de la figura 16.19 contiene aproximadamente 16 MJ de energfa, alrededor de la mitad de la energia de II de gasolina. Tanto las plantas como los animales operan dentro de las leyes de la termodinamica. EI ser humano y otros organismos son sistemas demasiado complicados para analizarlos de forma precisa y exacta en este libro, pero los principios termodinamicos basicos son validos en este caso. La primera ley de la termodinamica proporciona una herramienta apropiada para tratar los factores que intervienen en el complejo proceso del metabolismo humano, cuyos procesos fisiologicos no pretendemos sustituir. Segiln la primera ley de la termodinamica, el cambio de energia interna viene dado por: AU=AQ-AW Ecuacion [8] donde consideramos que la perdida de calor sera negativa y si el sistema absorbe calor sera positiva. EI trabajo realizado por el sistema estudiado sera positivo y, si se realiza trabajo sobre el sistema de estudio, 10 consideramos negativo. Supongamos que una persona realiza trabajo mecanico jugando al tenis. En general el cuerpo perdera calor y AQsera negativo y su energia interna disminuira, Dividiendo [8] por At, obtenemos las tasas de cambio correspondientes: AU AQ AW At

rASA DE CAMBIO DE ENERGiA ImERNA Supongamos que una persona consume oxigeno a una tasa elevada de 120 Ipor hora. Como: Equivalente energetico del oxigeno

La tasa de cambio de energla intern a podemos medirla con cierta precision detectando la tasa de consumo de oxigeno para convertir un alimento en energia y materiales de deshecho. Asi, elaboramos la tabla 16.2. EI equivalente energetico del oxigeno correspondiente~a un alimento es el cociente entre la energia liberada y el oxigeno consumido. Asf, los hidratos de carbona liberan 21,1 KJ de energia al combinarse con 1 Ide oxigeno para convertirse mediante una serie de pasos en anhldrido carbonico y agua y liberar dicha energfa, Definirnos el contenido energetico, por unidad de masa de un alimento como la cantidad de energia liberada por unidad de masa. Podemos ver en la tabla 16.2 que el equivalente energetico es aproximadamente el mismo, pudiendo establecer un valor medio de 20,1 KJIl para transforrnar el consumo de oxigeno medido en tasa de cambio de energia interna.

litros de oxigeno consumido

E' liberada = (20,1)' 120 = 2412 KJ Por tanto, la tasa de cambio de energia interna durante este perfodo sera: AU 2.412.000 J ----At 3.600 s

670W

rasas metabolicas Todos los seres consumen energia interna, aunque solo sea cuando duermen. Estar despierto pero en reposo requiere mayor consumo de energia diario que estar dorrnido. En Ia tabla 16.3 podemos verlas tasas metabolicas requeridas para diversas actividades por unidad de masa. La tasa de consumo de energfa en reposo pero despierto se denomina «tasa metab6lica basal» (Tabla 16.3) y su valor aproximado para el ser humano es:

I

AU) =1,2~ At basal kg

n

10cual da la potencia mecanica media por unidad de masa durante la fase positiva de la fase de contacto de un salta en dicho test. De esta manera, para aplicar la formula (11), solo necesitamos conocer la suma de los tiempos de vuelo registrados por el temporizador para cada salta realizado y el mimero de saltos realizados durante el periodo de trabajo elegido.

para un var6n medio de 20 aiios resulta un poco inferior para una mujer, 1,1 :

tambien para 20 aiios. La mayor parte de esta energia consumi-

'"

METABOLISMO HUMANO Por ultimo, en este capitulo vamos a ver algunos aspectos del metabolismo humano desde el punto de vista energetico. Todos los seres vivos necesitan energia, aunque sea para mantener sus proceso vitales. Las plantas verdes mediante la fotosintesis obtienen su energia a traves del sol. Los animales, en general, la obtienen de los alimentos,

E'liberada

La energia liberada sera, utilizando el promedio estandar sera:

At

pero como:

sustituyendo en (8) da:

Mooiicada de Kane Jill. Sterrrem MM. Fisica, (2.' ed. Batte!ona: Reorc!l£j. 1992.

--=--At

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Figura 16.19. Diversosalimentosparareponer energra.Nuestra FuenteFundamen-

tal de energrason los alimentos.

da se utiliza para producir trabajo interior para satisfacer las demandas internas de los organos vitales del cuerpo humano y despues se convierte en calor. Como ellector ya sabe, los alirnentos no los emplea directamente el cuerpo, sino que 10hace a traves de un proceso complejo y complicado mediante el cual primero se convierten en trifosfato de adenosina (ATP), que puede ser utilizado por los tejidos. En esta transformaci6n aproximadamente e155% de Ia energia interna se pierde en forma de calor; el resto se uti1iza para realizar trabajo interno en los 6rganos del cuerpo para

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TRABAJO, POTENCIA Y ENERGfA

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FfslCA Y EL DEPORTE

• Tabla 16.3. Tasasmetab61icasaproximaaas por unidad de masa . ',' . de un ~ombre de 20 aiios durante viirias actividades • ~.'

Por tanto, el hombre de 100 kg necesitara una tasa de consumo de energfade: W 16,5 - . 100 kg = 1.650 W kg Lo cual requiere un consumo de energfa neto durante la hora que esta corriendo de:

Subir una montana Por ejemplo, si el hombre de 100 kg ahora sube una montam en 9 h, siendo la tasa metab6lica de esta actividad de 7 Wlkg, la tasa de con sumo de energfa por unidad de masa senl.:

na de 2.000

AU _ (AU)

1.650 W . 3.600 s = 2.970.000 J = 5.940 KJ

At METABOLISMO DE LA GRASA CORPORAL

5.940 =-=153,9g gnsa 38,9

Supongamos que un hombre de 100 kg de masa corre durante 30 min a 16 krnfh. Veamos cuanta energia interna consume por el hecho de realizar dicha actividad. La cantidad de energfa adicional por unidad de masa y de tiempo que necesitara para correr vendra dada por:

AU (AU) At

Atb3s.1J

W = 17,7 -1,2 = 16,5kg

'100kg=580W kg

W = mgh = 100· g' 2000 = 1.962.000 J

Como hemos comentado anteriormente, al realizar una actividad fisica crecen las demandas energeticas, pero estas se deben fundamental: mente a requerimientos internos del cuerpo humano mas que al trabajo mecanico realizado por la persona, de tal forma que realrnente el rendimiento de los seres humanos al utilizar la energfa quimica que obtenemos de los alimentos, despues de un largo proceso, es relativamente pobre. En la tabla 16.4 presentamos algunos rendimientos de actividades estandar donde podemos apreciar el bajo rendimiento mecanico: """""""=»: 1""" EI rendimiento para utilizar la energfa qufmica de los alimentos y realizar trabajo mecanico, aunque hay otros criterios, 10 definirnos como la relaci6n entre la tasa a la que se efecnia trabajo mecanico y la tasa metab6lica propia de dicha actividad en porcentaje, es decir:

ENERGiA CONSUMIDA

W 5,8-

El trabajo mecanico que realiza al subir una montana de 2.000 m sem de:

RENDIMIENTO

mantener sus 6rganos vitales y para contraer los mtisculos, que a su vez mueven los huesos y hacen que se mueva todo el cuerpo, de modo que pueda realizar trabajo mecanico sobre otros objetos. AI efecmar una actividad como montar en bicicleta paseando 0 subir corriendo las escaleras (Tabla 16.3), las demandas energeticas aumentan debido a las demandas internas del cuerpo y en parte al trabajo mecanico realizado por la persona, aunque este en menor medida. Si analizamos la tabla, podemos apreciar que jugar al tenis requiere una tasa metab6lica unas seis veces superior a la basal 0 que correr a 16 krnfh precisa una tasa metab6lica 15 veces superior. La energfa metab6lica es consumida, principalmente, por los miisculos esqueleticos que mantienen y hacen mover al cuerpo, mientras que el trabajo mecanico producido es muy pequeflo comparativamente.

kg

que corresponde a un consumo total de energfa por unidad de tiempo de:

Si la energfa que necesita el corredor la obtiene mediante el metabolismo de la grasa corporal, la cual tiene un contenido energetico de 389 KJ/g, la cantidad de grasa que gasta en ese perfodo vendradada por: m

=7-1,2=5,8!

AtbasoJ

AW e=-----·lOO

At

AU (AU) At

AtbasoJ

donde el denominador representa la diferencia entre la tasa metab6lica de dicha actividad y la tasa metab6lica basal. Tabla16.4. Rendimieii~osmaximo~de trabajos fisicOs. ,,:.

II'

Por tanto el rendimiento de esta actividad sera de:

297

19620000) ( 9·3.600 e=

. 100 = 10,5% 580 Lo cual, como hemos dicho anteriormente, muestra un rendimiento mecaaico bajo.

BIBLIOGRAFiA I. Asmussen E. Bonde-Petersen F. Storage of elastic energy inskeletal muscle in man. Acta Physiol Scand, 1974; 91:385-392. 2. Armenti A. The Physics of Sports. American Institute of Physics. New Yolk, 1992. 3. Cromer AH. Ffsica para Ciencias de la Vida. 2.' edicion. Barcelona: Revette, 1986. 4. Frohlich C. Physics of Sports. American Association of Physics Teachers. 1986. 5. Griffing DF. The dynamics of sports. 3.' edicidn. Oxford (Ohio): The Dalog Company.1987. 6. Kane JW, Morton M. Ffsica, 2.' edicidn. Barcelona: Ed. Reverie, 1992. 7. Saviron 1M.Problemas de Ffsica General en un alio olfmpico. Barcelona: Revette, 1986. 8. Sears F, Zemansky M, YoungH. Ffsica Universitaria, II.' edicion. Mexico: PearsonEducacicn, 2004.

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TRABAJO, POTENCIA Y ENERGfA

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• Tabla 16.3. Tasasmetab61icasaproximaaas por unidad de masa . ',' . de un ~ombre de 20 aiios durante viirias actividades • ~.'

Por tanto, el hombre de 100 kg necesitara una tasa de consumo de energfade: W 16,5 - . 100 kg = 1.650 W kg Lo cual requiere un consumo de energfa neto durante la hora que esta corriendo de:

Subir una montana Por ejemplo, si el hombre de 100 kg ahora sube una montam en 9 h, siendo la tasa metab6lica de esta actividad de 7 Wlkg, la tasa de con sumo de energfa por unidad de masa senl.:

na de 2.000

AU _ (AU)

1.650 W . 3.600 s = 2.970.000 J = 5.940 KJ

At METABOLISMO DE LA GRASA CORPORAL

5.940 =-=153,9g gnsa 38,9

Supongamos que un hombre de 100 kg de masa corre durante 30 min a 16 krnfh. Veamos cuanta energia interna consume por el hecho de realizar dicha actividad. La cantidad de energfa adicional por unidad de masa y de tiempo que necesitara para correr vendra dada por:

AU (AU) At

Atb3s.1J

W = 17,7 -1,2 = 16,5kg

'100kg=580W kg

W = mgh = 100· g' 2000 = 1.962.000 J

Como hemos comentado anteriormente, al realizar una actividad fisica crecen las demandas energeticas, pero estas se deben fundamental: mente a requerimientos internos del cuerpo humano mas que al trabajo mecanico realizado por la persona, de tal forma que realrnente el rendimiento de los seres humanos al utilizar la energfa quimica que obtenemos de los alimentos, despues de un largo proceso, es relativamente pobre. En la tabla 16.4 presentamos algunos rendimientos de actividades estandar donde podemos apreciar el bajo rendimiento mecanico: """""""=»: 1""" EI rendimiento para utilizar la energfa qufmica de los alimentos y realizar trabajo mecanico, aunque hay otros criterios, 10 definirnos como la relaci6n entre la tasa a la que se efecnia trabajo mecanico y la tasa metab6lica propia de dicha actividad en porcentaje, es decir:

ENERGiA CONSUMIDA

W 5,8-

El trabajo mecanico que realiza al subir una montana de 2.000 m sem de:

RENDIMIENTO

mantener sus 6rganos vitales y para contraer los mtisculos, que a su vez mueven los huesos y hacen que se mueva todo el cuerpo, de modo que pueda realizar trabajo mecanico sobre otros objetos. AI efecmar una actividad como montar en bicicleta paseando 0 subir corriendo las escaleras (Tabla 16.3), las demandas energeticas aumentan debido a las demandas internas del cuerpo y en parte al trabajo mecanico realizado por la persona, aunque este en menor medida. Si analizamos la tabla, podemos apreciar que jugar al tenis requiere una tasa metab6lica unas seis veces superior a la basal 0 que correr a 16 krnfh precisa una tasa metab6lica 15 veces superior. La energfa metab6lica es consumida, principalmente, por los miisculos esqueleticos que mantienen y hacen mover al cuerpo, mientras que el trabajo mecanico producido es muy pequeflo comparativamente.

kg

que corresponde a un consumo total de energfa por unidad de tiempo de:

Si la energfa que necesita el corredor la obtiene mediante el metabolismo de la grasa corporal, la cual tiene un contenido energetico de 389 KJ/g, la cantidad de grasa que gasta en ese perfodo vendradada por: m

=7-1,2=5,8!

AtbasoJ

AW e=-----·lOO

At

AU (AU) At

AtbasoJ

donde el denominador representa la diferencia entre la tasa metab6lica de dicha actividad y la tasa metab6lica basal. Tabla16.4. Rendimieii~osmaximo~de trabajos fisicOs. ,,:.

II'

Por tanto el rendimiento de esta actividad sera de:

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19620000) ( 9·3.600 e=

. 100 = 10,5% 580 Lo cual, como hemos dicho anteriormente, muestra un rendimiento mecaaico bajo.

BIBLIOGRAFiA I. Asmussen E. Bonde-Petersen F. Storage of elastic energy inskeletal muscle in man. Acta Physiol Scand, 1974; 91:385-392. 2. Armenti A. The Physics of Sports. American Institute of Physics. New Yolk, 1992. 3. Cromer AH. Ffsica para Ciencias de la Vida. 2.' edicion. Barcelona: Revette, 1986. 4. Frohlich C. Physics of Sports. American Association of Physics Teachers. 1986. 5. Griffing DF. The dynamics of sports. 3.' edicidn. Oxford (Ohio): The Dalog Company.1987. 6. Kane JW, Morton M. Ffsica, 2.' edicidn. Barcelona: Ed. Reverie, 1992. 7. Saviron 1M.Problemas de Ffsica General en un alio olfmpico. Barcelona: Revette, 1986. 8. Sears F, Zemansky M, YoungH. Ffsica Universitaria, II.' edicion. Mexico: PearsonEducacicn, 2004.

Dinamica de fluidos: el efecto del agua y del aire J. Garcfa L6pez

Objetivos 1. Identificar la aerodimimica e hidrodimimica como parte del campo de conocirniento de la dinamica de fluidos, de la mecanica y de la Ffsica 2. Conocer los fundamentos que rigen el comportarniento del aire y del agua (compresibilidad, densidad, presion, viscosidad, etc.) como responsables de las fuerzas aerodinamicas e hidrodinamicas en el desarrollo de las actividades ffsicas y deportivas 3. Entender la influencia de la densidad del aire y del agua en la flotacion y la fuerza ascensional de las personas y los objetos 4. Conocer la relacion entre la presion del aire y del agua y el principio de Bemouilli, as! como su importancia en actividades de montaiia, deportes de aventura y submarinismo 5. Conocer las fuerzas derivadas de la viscosidad y la tension superficial, su influencia en algunas modalidades de desplazarniento y su relacion con algunas funciones biologicas 6. Identificar los regfrnenes de circulacion laminar ymrbulenta y su influencia en las fuerzas de los fluidos y en el movirniento de diferentes objetos 7 .. Identificar las fuerzas de arrastre, sustentacion y oleaje que influyen en diferentes actividades fisicas y deportivas, as! como la irnportancia relativa de cada una de ellas 8. Conocer detalladamente los factores que influyen en las fuerzas de arrastre y de sustentacion, el equilibrio entre ambas y como justifican el movirniento de algunos objetos al ser capaces de proponer estrategias para rninirnizarlas 0 maxirnizarlas 9. Reconocer la irnportancia de la fuerza de oleaje en las actividades realizadas sobre la superficie del agua, su contribucion relativa a la resistencia total y los efectos de la profundidad de inmersion en la rnisma

Resumen En elpresente capltlilo se analizanlas fllerzas queprovocan losf/llidos (dinamica def/llidos) dmame la realizacion de actividadesflsicas y deportivas en el aire (aerodinamica) y el agua (hidrodinamica). Sefillldamentan y buscan aplicaciones de caracterfsticasflsicas de losf/uidos como la densidad (relacionada conla ficerza ascensional 0 de f/otacion), la presion (relacionada con actividades de montaiiismo y buceo), la viscosidad (relacionada COli la eftcienciadel desplazamielltoen el agua), la tensionsuperficialy capilaridad(relacionadasconla regulacionde importamesfilllciones biologicas) y elliclmero de Reynolds (relacionado conla eftciencia aerodinamica de los objetos). Fosutiotmeme se analhanlas principalesficerzas que aparecen al desplazarse enunf/uido (arrastre, sustelltacion y oleaje) y losfactores que inf/uyen en las mismas, con ejemplos de actividadesflsicas y deportivas donde estos son importalltes 0 pueden manipularse. Enla ficerza de arrastre se desctiben minuciosamellte los conceptos «areafrontal», «coejicientesde arrasn» y «succionaerodinamica»;en laficerza de sustentacuinla: diferentesfomlOs de generaria, aSIcomo los conceptos de «perfil asimarico», «angulo de ataque» y «efecto Magnus». Un buen equilibrio entre ambasficerzas es importame para conseguir la mayor eftciencia durante un desplazamiellto. Por ultimo, se analizanlosfimdamentos de laficerza de oleaje, que aparece en los desplazamiemos enla sllperficie del agua, SIC contribucion relativa a la resistencia total y la inf/uencia de la profimdidad de inmersioll en la misma.

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FIS/CA Y EL DEPORTE

f UNDAMENTACION EI presente capitulo aborda las fuerzas que pueden aparecer durante las actividades realizadas en el medio aereo y acuatico. En un marco mas general se estaria haciendo referencia a la «dinamica de fluidos» que es la parte de la mecanica que estudia las fuerzas provocadas por 10; f1uidos. Se entiende por «aerodincimica» la parte de la dincimica de f1uidos que estudia las fuerzas que acnian sobre un objeto que se mueve en el seno de un gas (por ejemplo, en el airel. Se entiende por «hidrodinamiCID> la parte de la dinamica de f1uidos que estudia las fuerzas que acnian sobre un objeto que se mueve en el seno de un Ifquido (por ejemplo, en el agua). Como ya conocemos, la mecanica es una parte de la Ffsica, por 10que nos encontrarnos dentro del siguiente mapa conceptual (Fig. 17.1). CONCEPTO DE FLUIDO: FLUIDOS EN EL MEDIO AEREO YAcuATICO La rafz etimol6gica del concepto de f1uido la encontrarnos en la palabra latina /llltdIlS, que hace referencia a las sustancias en estado liquido o gaseoso (DRAE, 2006). En los libros de Ffsica un f1uido se define como una materia que se deforma continuamente y sin limite bajo la acci6n de una fuerza, por pequeiia que sea. Ademas tiene la cualidad de f1uir y adaptarse a la forma de un recipiente (Tipler, 1999). En ambos casos estamos haciendo referencia implfcita a los Ifquidos y los gases y, especfficamente, en el ambito de las Ciencias de la actividad ffsica y del deporte, aI agua y aire, respectivamente. En el campo de estudio de la Biomecanica deja actividadfisica y del deporte, las personas.YLo..animaies se van a desplazar fundamentalmente en dos medios: aereo y acuatico. En estos medics van a surgir una serie de fuerzas que frenaran (resistivas) 0 facilitaran (propulsivas) el movimiento (Gregor et al., 1991) y cuyo origen esta en la interacci6n entre el medio y el cuerpo de las propias personas/animales 0, en su caso, entre el medio y los implementos que estos utiJizan para realizar una determinada actividad (por ejemplo, bicicletas, autom6viles, balones, discos, vestimentas, etcetera). Es importante tener en cuenta que las fuerzas generadas aI desplazarse en los medios aereo 0 acucitico no se van a aplicar en el centro de gravedad (de las personas 0 los animales) 0 en el centro de masas (de los objetos), sino que se van a aplicar en el centro volumetrico de los mismos. En este sentido los centros de gravedad y de masas serfan unos puntos imaginarios donde la suma de todos los pesos de los diferentes segmentos del cuerpo 0 de los diferentes elementos que componen un artiJugio es igual a cero; dicho de otra forma, constituirfan un punto imaginario que representaria fielmente lalocalizaci6n del peso total de perc

DINAMICA DE FLUIDOS: EL EFECTO DEL AGUA Y DEL AIRE

sonas, animales u objetos, mientras que el centro volumetrico serfa CI centro geometrieo de personas, animales u objetos y s610 coincidirfa con el centro de gravedad cuando estes sean elementos ngidos y homoge_ neos y presenten una densidad uniforme. Las personas y los animales nunca cumplen esta caractenstica, ya que estan compuestos por diferentes tejidos y.6rganos que d~eren en cuanto a sus densidades. S610 obje: tos tan sencillos como un cilindro 0 un cuba pueden ser ngidos y homo. geneos (Fig.I?2 A), y esta condicion no se cumple cuando se rellenan de material de diferentes densidades (Fig. 1?1 B). SegUn 10que se ha ex~licado con anterioridad, podemos afinnar que; en la mayona de las ocasrones, los puntos de aplicaci6n de las fuerzas de la gravedad y de las fuerzas de los fluidos en los que nos desplaza~ mos (aire 0 agua) no van a coincidir. Esto darn lugar a una serie de relaciones entre ambas fuerzas (Fig. I? 3) Y generaran un momento de fuerza que detenninani el equilibrio del sistema: hiperestable, cuando el centro de f1otaci6n se encuentre a una altura mayor que el centro de gravedad (Fig. I? 3A); 0 inestable, cuando ocurra 10contrario (Fig. I? 3 B) 0 cuando ambos centros no coincidan en un mismo punto (Fig. 173 C y D). CORRIENTES RELATNAS DE FLUIDOS En el estudio de las fuerzas de los fluidos que acnian sobre un objeto, es importante conocer tanto la velocidad del objeto como la velocidad del fluido para, finalmente, obtener la velocidad relativa del f1uido que interacnia con el objeto y que infIuira en dichas fuerzas. La velocidad relativa de un fluido es la diferencia entre la velocidad del fluido y la velocidad del objeto (V relativa =V fluido -Yobjeto), aJll~as regis::___~ tradas desde un sistema de referencia fijo 0 inmdvil (anemometro fij()y··-------velocfmetro, respectivamente). Para lIevar a cabo este caleulo es necesario considerar la velocidad del fluido positiva, si tiene el mismo sentido que la direccicn principal del movimiento del objeto, y negativa, si tiene sentido contrario. En el calculo de la velocidad relativa solo se tiene en cuenta la componente de la velocidad del f1uido que tiene la misma direcci6n que el desplazamiento del objeto (Fig. I? .4 B). La velocidad relativa tendra valores negativos, 10que vectorialmente significa que se opone aI movimiento del objeto 0, dicho de otra forma, que la fuerza del f1uido se va a oponer aI movimiento del objeto. No obstante, estos valores negativos s610 se utilizan para la rep.-esentaci6n vee-

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la parte de la dinamica de f1uidos que estudia las fuerzas que acnian sobre un objeto que se mueve en el seno de un Ifquido (por ejemplo, en el agua). Como ya conocemos, la mecanica es una parte de la Ffsica, por 10que nos encontrarnos dentro del siguiente mapa conceptual (Fig. 17.1). CONCEPTO DE FLUIDO: FLUIDOS EN EL MEDIO AEREO YAcuATICO La rafz etimol6gica del concepto de f1uido la encontrarnos en la palabra latina /llltdIlS, que hace referencia a las sustancias en estado liquido o gaseoso (DRAE, 2006). En los libros de Ffsica un f1uido se define como una materia que se deforma continuamente y sin limite bajo la acci6n de una fuerza, por pequeiia que sea. Ademas tiene la cualidad de f1uir y adaptarse a la forma de un recipiente (Tipler, 1999). En ambos casos estamos haciendo referencia implfcita a los Ifquidos y los gases y, especfficamente, en el ambito de las Ciencias de la actividad ffsica y del deporte, aI agua y aire, respectivamente. En el campo de estudio de la Biomecanica deja actividadfisica y del deporte, las personas.YLo..animaies se van a desplazar fundamentalmente en dos medios: aereo y acuatico. En estos medics van a surgir una serie de fuerzas que frenaran (resistivas) 0 facilitaran (propulsivas) el movimiento (Gregor et al., 1991) y cuyo origen esta en la interacci6n entre el medio y el cuerpo de las propias personas/animales 0, en su caso, entre el medio y los implementos que estos utiJizan para realizar una determinada actividad (por ejemplo, bicicletas, autom6viles, balones, discos, vestimentas, etcetera). Es importante tener en cuenta que las fuerzas generadas aI desplazarse en los medios aereo 0 acucitico no se van a aplicar en el centro de gravedad (de las personas 0 los animales) 0 en el centro de masas (de los objetos), sino que se van a aplicar en el centro volumetrico de los mismos. En este sentido los centros de gravedad y de masas serfan unos puntos imaginarios donde la suma de todos los pesos de los diferentes segmentos del cuerpo 0 de los diferentes elementos que componen un artiJugio es igual a cero; dicho de otra forma, constituirfan un punto imaginario que representaria fielmente lalocalizaci6n del peso total de perc

DINAMICA DE FLUIDOS: EL EFECTO DEL AGUA Y DEL AIRE

sonas, animales u objetos, mientras que el centro volumetrico serfa CI centro geometrieo de personas, animales u objetos y s610 coincidirfa con el centro de gravedad cuando estes sean elementos ngidos y homoge_ neos y presenten una densidad uniforme. Las personas y los animales nunca cumplen esta caractenstica, ya que estan compuestos por diferentes tejidos y.6rganos que d~eren en cuanto a sus densidades. S610 obje: tos tan sencillos como un cilindro 0 un cuba pueden ser ngidos y homo. geneos (Fig.I?2 A), y esta condicion no se cumple cuando se rellenan de material de diferentes densidades (Fig. 1?1 B). SegUn 10que se ha ex~licado con anterioridad, podemos afinnar que; en la mayona de las ocasrones, los puntos de aplicaci6n de las fuerzas de la gravedad y de las fuerzas de los fluidos en los que nos desplaza~ mos (aire 0 agua) no van a coincidir. Esto darn lugar a una serie de relaciones entre ambas fuerzas (Fig. I? 3) Y generaran un momento de fuerza que detenninani el equilibrio del sistema: hiperestable, cuando el centro de f1otaci6n se encuentre a una altura mayor que el centro de gravedad (Fig. I? 3A); 0 inestable, cuando ocurra 10contrario (Fig. I? 3 B) 0 cuando ambos centros no coincidan en un mismo punto (Fig. 173 C y D). CORRIENTES RELATNAS DE FLUIDOS En el estudio de las fuerzas de los fluidos que acnian sobre un objeto, es importante conocer tanto la velocidad del objeto como la velocidad del fluido para, finalmente, obtener la velocidad relativa del f1uido que interacnia con el objeto y que infIuira en dichas fuerzas. La velocidad relativa de un fluido es la diferencia entre la velocidad del fluido y la velocidad del objeto (V relativa =V fluido -Yobjeto), aJll~as regis::___~ tradas desde un sistema de referencia fijo 0 inmdvil (anemometro fij()y··-------velocfmetro, respectivamente). Para lIevar a cabo este caleulo es necesario considerar la velocidad del fluido positiva, si tiene el mismo sentido que la direccicn principal del movimiento del objeto, y negativa, si tiene sentido contrario. En el calculo de la velocidad relativa solo se tiene en cuenta la componente de la velocidad del f1uido que tiene la misma direcci6n que el desplazamiento del objeto (Fig. I? .4 B). La velocidad relativa tendra valores negativos, 10que vectorialmente significa que se opone aI movimiento del objeto 0, dicho de otra forma, que la fuerza del f1uido se va a oponer aI movimiento del objeto. No obstante, estos valores negativos s610 se utilizan para la rep.-esentaci6n vee-

I---


Re entice)

B F1ujolaminar (Re < Re crttico)

...............................

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Trayectoria real Trayectoria te6rica

••••••• -,

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..•....•../ ...~ Velocidad critica (Re critico)

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...........

Figura 17.21. Comportamiento de un flujo laminar y turbulento en una pelota de golf(A). Trayectoriareal y teorica de un golpeo estandar en una pelota de golf y un

0,05) en el efecto de dichos baiiadores en funcion del genero de los nadadores. En su estudio utilizaron un sistema de poleas y lastres (Klauck, 1999) consistente en dos ruedas concentricas (ratio de diametros 1:10) fijadas a un eje de movirniento connin cuyo movirniento puede serproducido al tirarmanuaimente (diametro mayor) 0 al dejar caer una masa (diametro menor) de 100 kg. En el estudio participaron 17 nadadores alemanes de categoria jUnior de nivel nacional. Estos resultados son coincidentes con los presentados porToussaint (2002), quien estudid el efecto de estos baiiadores en laresistencia activa. Esta coincidencia en resultados es especiaimente relevante debido a que el instrumental de medida utilizado (MAD system) y el nivel de los nadadores (13 nadadores holandeses de elite internacional) son diferentes a los utilizados por Llana y Klauck. Roberts et al. (2003) tampoco encontraron diferencias significativas (p > 0,05) entre ambos tipos de baiiadores. Compararon el efecto de este tipo de baiiadores con los tradicionales analizando variables de canicter fisiologico (lactate y consumo de oxigeno), psicologico (escala de Borg), cinematico (longitud y frecuencia del ciclo de nado) y cinetico (resistencia pasiva). Dados estos resultados poco alentadores, la principal marca comercial de este tipo de baiiadores «ficho» a Barry Bixler para que disefiara un nuevo bafiador de competiclon para los Juegos Olimpicos de Atenas-2004. Utilizando la tecnica de CFD disefio el Fastskin II, que introduce irnportantes modificaciones Fastskin que se utilizo en los Juegos de Sydney-2000 (y sobre el que se realizaron la mayoria de estudios I 8.I11erii()l1IlcIltede:scritos).AB:f, diiseiio b,tiiadlore:s.es]pecificcisp'rrahombres y mujeres (Fig. 2036) e, incluso, se utilizaronescaneres por laser para obtener el tamaiio y vohimenes exactos de el fin de que los baiiadores se les ciiieran exactamente a medida, La ~re~nta es ./,consigueesta nueva generacion de baiiadores reducir la resistencia hidrodinamica?Los primeros baiiad?res.fueronensay~dos e~ la piscma co~tracorriente de la Universidad de Otago (Nueva Zelanda) y, segiin los resultados presentados por el propio Bixler en la revtsta SCience (nada mas y nada menos), el nuevo baiiador reduce la resistencia hidrodinamica en un 4%. Sin embargo, este estudio no puede considerarse «totaimente independiente». De hecho, el fabricante ya indicaba en su pro~agada de 2000 que el ~astskin reducia la resiste~cia ~,nun 4%, ~pecto ~ste que no corroboraron los estudios independientes posteriormente realizados. En consecuencra; cabe esperar a la publicacion de esmdios realizados por otros grupos de investigacion para zanjar la cuestion.

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BIOMECANICA DE LA NATACION

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD F[SICA Y EL DEPORTE

Resistencia debida

a las

fuerzas perpendiculares

Resistencia debida a 10 forma 0 presion (rIo) Como se indico anteriormente, a velocidades muy bajas la capa limite permanece pegada al cuerpo del nadador y el gradiente de velocidades que se genera desde la lamina que esta en contacto con el cuerpo del nadador hasta la ultima lamina de agua de la capa Ifmite es pequeno. Tal y como el nadador aumenta su velocidad, el gradiente de velocidades entre las distintas laminas de agua de la capa limite va aumentando hasta que se alcanza el Re crftico. En este instante, la capa limite se empieza a separar del cuerpo del nadador y aparecen remolinos 0 vortices en los puntos de ruptura. Este regimen turbulento aparece sobre todo en la parte media-posterior del nadador. En estas zonas se produce un descenso de la presion, mientras que en la parte anterior del nadador la presion aumenta debido al choque directo del cuerpo con el agua. De esta manera, se genera un gradiente de presiones entre la parte anterior (mayor presion) y la posterior (menor presion) del nadador, responsable de la denominada «resistencia de forma 0 presion» (Fig. 20.37). Este tipo de resistencia es la mas importante y recibe su nombre porque, dependiendo de la forma-tamafio del nadador (causa), se genera un gradiente de presiones (consecuencia) entre la parte anterior (flujo laminar) y la posterior (flujo turbulento), tal y como se indica en la figura 20.37. Para minimizarla hay que conseguir que el punto de ruptura-separacidn de la capa limite aparezca 10mas retrasado posible sobre el cuerpo del nadador. Cuando se consigue queeste punto de ruptura este en la parte posterio~1 cuerpo es hidrodinamico, Su calculo es posible gracias a una ecuacion que formulo en el siglo XVII sir Isaac Newton: ~ RFO = 1/2 • P . Cx . S . V2

Del mismo modo, un incremento de la flotacion, por ejemplo debido al usa de trajes de neopreno, puede disminuir la resistencia un 13% (Toussaint et al., 1988). En el lado opuesto, un excesivo hundimiento de los miembros inferiores (Fig. 20.39) 0 las denominadas «desalineaciones laterales» (Fig. 20040) aumentan considerablemente este tipo de resistencia. Por otro lado, un excesivo volumen muscular puede ser contraproducente, puesto que aumenta la citada superficie frontal efectiva. Esto puede justificar el hecho de que muchos nadadores no mejoren sus marcas como esperaban 0 incluso que las empeoren tras perfodos de entrenamiento de la fuerza muscular en seco que ha incrementado su volumen muscular: puede darse el caso de que las ganancias en fuerza muscular no compensen el aumento de resistencia hidrodinamica asociado al incremento de volumen muscular. Aquf surge una interesante pregunta: Lque es mas importante para disminuir la resistencia de forma, e1 tamaiio 0 la tecnica? La figura 20041 puede ayudar a responder la pregunta. Miyashita y Tsunoda (1978) compararon la resistencia de forma para dos nadadores europeos y un grupo de ocho nadadores nip ones ados velocidades de nado: 0,8 y 1,6 mls. Los nadadores europeos tenfan mayor talla, envergadura y peso, como atestigua el hecho de que su superficie corporal era un 30% mayor (2,25 m2) que la de los nipones (l,75 m2), y, sin embargo, no hubo dife-

renciasen cuanto a la resistencia de forma en las dos velocidades estudiadas. Ademas del tamaiio y la forma del cuerpo, los otros factores que afectan a este tipo de resistencia son:

Superficie frontal

A Figura 20.40. Vistacenital de la superficie frontal:En (A) una nadadora con una

[9]

donde RFO es la resistencia de forma (N), pIa densidad del agua (kg/ml), el coeficiente de forma (parametro adimensional que depende de la forma del cuerpo que se determina experimentalmente), S la superficie de choque 0 area frontal proyectada (m2) y \f-Ia velocidad de nado elevada al cuadrado (mls). Dado que la densidad del agua no puede modificarse (tan solo un poco can la temperatura) y la velocidad no interesa disminuirla, sino todo 10contrario, para disminuir la resistencia de forma hay que intentar disminuir el coeficiente de resistencia y la superficie frontal. Esto se consigue, basicamenie, can una buena alineacion del cuerpo tanto para la resistencia pasiva (Fig. 20.38 A) como para la resistencia activa (Fig. 20.38 B).

Superficie frontal

correctaalineaci6n del cuerpo y en (8) otra con desalineaciones laterales(modificado de Maglischo ow. Swimming Fastest.Human Kinetics,2003).

ex

R. de succi6n

La resisteocia par oleaje es un tipo de resistencia que aparece cuando uo cuerpo se mueve en la interfase del agua y el aire y disminuye con la profundidad hasta un punta eo el que ya no es perceptible. Los nadadores debeo hacer frente tanto al oleaje generado por ellos mismos (oleaje interno) como el generado por otros nadadores a el vieoto (oleaje externo). Asociado al oleaje aparece la «resistencia por spray», esto es, la resistencia que se produce allanzar al aire gotas a particulas de agua.

Figura 20.38. Una buena alineaci6n del cuerpo disminuye la resi5tenciahidrodi-

namica tanto (A) pasiva como (8) activa.

~7 .~

6

-m

A

c: '5

e

"0

:.c

5 4

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3

%1 "Rj

2

'0

Oleaje extemo

0::

B 0,0

Superficie frontal Fuerza de arrastre

Figura 20.37. Resistenciade formageneradapar el avince de un nadador (modificado de Maglischo ow. SlVimmingfaster.Mayfield, 1993).

1. Velocidad y aceleracion, Como muestra la ecuacion [9], al aumentar la velocidad aumenta la resistencia debida a la forma, pero no de forma lineal, sino exponencial. Evidentemente, los nadadores pretenden ir a la maxima velocidad, par 10que no tiene sentido intentar disminuir la resistericia a costa de la velocidad. La que sf deben intentar los nadadores es mantener su velocidad 10 mas constante posible, pues las fluctuaciones de velocidad (velocidad intraciclo), es decir, las aceleraciones, aumentan la resistencia considerablemente: para una velocidad dada, la resistencia es mayor si se esta acelerando que si es una velocidad constante. 2. Rugosidad de la superficie. Cuanto mas rngosa sea la superficie, antes se separara la capa limite y, en consecuencia, mayor sera la resistencia debida a la forma. Ningiin estudio ha analizado este efecto; no obstante, parece que su efecto debe ser muy pequeiio en comparacion can el resto de factores. 3. Densidad del agua. La relacion densidad-resistencia es propercional, de manera que a mayor densidad, mayor resistencia. Esta densidad se puede modificar de las dos maneras indicadas en el apartado dedicado ala resistencia por friccion. 4. Turbuleocia del agua. A mayor turbulencia, mayor resistencia debida a la forma. Este factor afecta sobre todo cuando se nada en aguas abiertas, pero tambien puede afectar en las piscinas. Los nadadores producen flujos de agua en la piscioa; cuando «rebotan. en pared y fonda pueden eotorpecer el avance del nadador. Para evitar estos efectos no deseados, las piscinas debeo tener una profundidad minima de unos 2 m. Ademas, las piscinas deben ser disedadas de manera que el agua filtrada (tanto en su salida como en su entrada) no genere corrientes. Por otro lado, el resto de competidores tambien puede contribuir a generar turbulencia. Nadar en primer lugar evita este problema, a la vez que perjudica al resto.

Resislencio debido 01 oleoje (rJ

R. frontal

--

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Figura 20,39. Superflcie frontal.En (A) una correctaalineaci6n de cuerpo y miem-

bros inferioresy en (8) un excesivo hundimiento de 6tos.

1,5

2,0

2,5

Superficie corporal (m')

Figura 20.41. Resistenciahidrodinamicade un grupo de nadadoresjaponeses (lriangulos) y dos nadadores europeos (drculos) ados velocidades diferentes. A pesar de las diferencias en tamano (superficie corpora/), la resistencia fue similar en ambos grupos (Miyashitay Tsunoda, 1978).

Eo las piscinas cubiertas este tipo de oleaje es generado por el resto de nadadores. Por ello, cuando las competiciones se ordenan par «cabezas de serie» (mejor tiempo en la calle 4, segundo mejor tiempo en la 5, y asf sucesivamente hasta los peores tiempos, que se colocan en las calles laterales), los nadadores que van por las calles laterales son perjudicados respecto a los que van por las calles centrales. Para evitar eo la medida de 10posible esto, desde la decada de los 70 se han introducido cambios importantes en el diseiio de las piscioas, entre los que destacan dos: la utilizacion de corcheras especiales antioleaje y el diseiio de rebosade-

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BIOMECANICA DE LA NATACION

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD F[SICA Y EL DEPORTE

Resistencia debida

a las

fuerzas perpendiculares

Resistencia debida a 10 forma 0 presion (rIo) Como se indico anteriormente, a velocidades muy bajas la capa limite permanece pegada al cuerpo del nadador y el gradiente de velocidades que se genera desde la lamina que esta en contacto con el cuerpo del nadador hasta la ultima lamina de agua de la capa Ifmite es pequeno. Tal y como el nadador aumenta su velocidad, el gradiente de velocidades entre las distintas laminas de agua de la capa limite va aumentando hasta que se alcanza el Re crftico. En este instante, la capa limite se empieza a separar del cuerpo del nadador y aparecen remolinos 0 vortices en los puntos de ruptura. Este regimen turbulento aparece sobre todo en la parte media-posterior del nadador. En estas zonas se produce un descenso de la presion, mientras que en la parte anterior del nadador la presion aumenta debido al choque directo del cuerpo con el agua. De esta manera, se genera un gradiente de presiones entre la parte anterior (mayor presion) y la posterior (menor presion) del nadador, responsable de la denominada «resistencia de forma 0 presion» (Fig. 20.37). Este tipo de resistencia es la mas importante y recibe su nombre porque, dependiendo de la forma-tamafio del nadador (causa), se genera un gradiente de presiones (consecuencia) entre la parte anterior (flujo laminar) y la posterior (flujo turbulento), tal y como se indica en la figura 20.37. Para minimizarla hay que conseguir que el punto de ruptura-separacidn de la capa limite aparezca 10mas retrasado posible sobre el cuerpo del nadador. Cuando se consigue queeste punto de ruptura este en la parte posterio~1 cuerpo es hidrodinamico, Su calculo es posible gracias a una ecuacion que formulo en el siglo XVII sir Isaac Newton: ~ RFO = 1/2 • P . Cx . S . V2

Del mismo modo, un incremento de la flotacion, por ejemplo debido al usa de trajes de neopreno, puede disminuir la resistencia un 13% (Toussaint et al., 1988). En el lado opuesto, un excesivo hundimiento de los miembros inferiores (Fig. 20.39) 0 las denominadas «desalineaciones laterales» (Fig. 20040) aumentan considerablemente este tipo de resistencia. Por otro lado, un excesivo volumen muscular puede ser contraproducente, puesto que aumenta la citada superficie frontal efectiva. Esto puede justificar el hecho de que muchos nadadores no mejoren sus marcas como esperaban 0 incluso que las empeoren tras perfodos de entrenamiento de la fuerza muscular en seco que ha incrementado su volumen muscular: puede darse el caso de que las ganancias en fuerza muscular no compensen el aumento de resistencia hidrodinamica asociado al incremento de volumen muscular. Aquf surge una interesante pregunta: Lque es mas importante para disminuir la resistencia de forma, e1 tamaiio 0 la tecnica? La figura 20041 puede ayudar a responder la pregunta. Miyashita y Tsunoda (1978) compararon la resistencia de forma para dos nadadores europeos y un grupo de ocho nadadores nip ones ados velocidades de nado: 0,8 y 1,6 mls. Los nadadores europeos tenfan mayor talla, envergadura y peso, como atestigua el hecho de que su superficie corporal era un 30% mayor (2,25 m2) que la de los nipones (l,75 m2), y, sin embargo, no hubo dife-

renciasen cuanto a la resistencia de forma en las dos velocidades estudiadas. Ademas del tamaiio y la forma del cuerpo, los otros factores que afectan a este tipo de resistencia son:

Superficie frontal

A Figura 20.40. Vistacenital de la superficie frontal:En (A) una nadadora con una

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donde RFO es la resistencia de forma (N), pIa densidad del agua (kg/ml), el coeficiente de forma (parametro adimensional que depende de la forma del cuerpo que se determina experimentalmente), S la superficie de choque 0 area frontal proyectada (m2) y \f-Ia velocidad de nado elevada al cuadrado (mls). Dado que la densidad del agua no puede modificarse (tan solo un poco can la temperatura) y la velocidad no interesa disminuirla, sino todo 10contrario, para disminuir la resistencia de forma hay que intentar disminuir el coeficiente de resistencia y la superficie frontal. Esto se consigue, basicamenie, can una buena alineacion del cuerpo tanto para la resistencia pasiva (Fig. 20.38 A) como para la resistencia activa (Fig. 20.38 B).

Superficie frontal

correctaalineaci6n del cuerpo y en (8) otra con desalineaciones laterales(modificado de Maglischo ow. Swimming Fastest.Human Kinetics,2003).

ex

R. de succi6n

La resisteocia par oleaje es un tipo de resistencia que aparece cuando uo cuerpo se mueve en la interfase del agua y el aire y disminuye con la profundidad hasta un punta eo el que ya no es perceptible. Los nadadores debeo hacer frente tanto al oleaje generado por ellos mismos (oleaje interno) como el generado por otros nadadores a el vieoto (oleaje externo). Asociado al oleaje aparece la «resistencia por spray», esto es, la resistencia que se produce allanzar al aire gotas a particulas de agua.

Figura 20.38. Una buena alineaci6n del cuerpo disminuye la resi5tenciahidrodi-

namica tanto (A) pasiva como (8) activa.

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Oleaje extemo

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Superficie frontal Fuerza de arrastre

Figura 20.37. Resistenciade formageneradapar el avince de un nadador (modificado de Maglischo ow. SlVimmingfaster.Mayfield, 1993).

1. Velocidad y aceleracion, Como muestra la ecuacion [9], al aumentar la velocidad aumenta la resistencia debida a la forma, pero no de forma lineal, sino exponencial. Evidentemente, los nadadores pretenden ir a la maxima velocidad, par 10que no tiene sentido intentar disminuir la resistericia a costa de la velocidad. La que sf deben intentar los nadadores es mantener su velocidad 10 mas constante posible, pues las fluctuaciones de velocidad (velocidad intraciclo), es decir, las aceleraciones, aumentan la resistencia considerablemente: para una velocidad dada, la resistencia es mayor si se esta acelerando que si es una velocidad constante. 2. Rugosidad de la superficie. Cuanto mas rngosa sea la superficie, antes se separara la capa limite y, en consecuencia, mayor sera la resistencia debida a la forma. Ningiin estudio ha analizado este efecto; no obstante, parece que su efecto debe ser muy pequeiio en comparacion can el resto de factores. 3. Densidad del agua. La relacion densidad-resistencia es propercional, de manera que a mayor densidad, mayor resistencia. Esta densidad se puede modificar de las dos maneras indicadas en el apartado dedicado ala resistencia por friccion. 4. Turbuleocia del agua. A mayor turbulencia, mayor resistencia debida a la forma. Este factor afecta sobre todo cuando se nada en aguas abiertas, pero tambien puede afectar en las piscinas. Los nadadores producen flujos de agua en la piscioa; cuando «rebotan. en pared y fonda pueden eotorpecer el avance del nadador. Para evitar estos efectos no deseados, las piscinas debeo tener una profundidad minima de unos 2 m. Ademas, las piscinas deben ser disedadas de manera que el agua filtrada (tanto en su salida como en su entrada) no genere corrientes. Por otro lado, el resto de competidores tambien puede contribuir a generar turbulencia. Nadar en primer lugar evita este problema, a la vez que perjudica al resto.

Resislencio debido 01 oleoje (rJ

R. frontal

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Figura 20,39. Superflcie frontal.En (A) una correctaalineaci6n de cuerpo y miem-

bros inferioresy en (8) un excesivo hundimiento de 6tos.

1,5

2,0

2,5

Superficie corporal (m')

Figura 20.41. Resistenciahidrodinamicade un grupo de nadadoresjaponeses (lriangulos) y dos nadadores europeos (drculos) ados velocidades diferentes. A pesar de las diferencias en tamano (superficie corpora/), la resistencia fue similar en ambos grupos (Miyashitay Tsunoda, 1978).

Eo las piscinas cubiertas este tipo de oleaje es generado por el resto de nadadores. Por ello, cuando las competiciones se ordenan par «cabezas de serie» (mejor tiempo en la calle 4, segundo mejor tiempo en la 5, y asf sucesivamente hasta los peores tiempos, que se colocan en las calles laterales), los nadadores que van por las calles laterales son perjudicados respecto a los que van por las calles centrales. Para evitar eo la medida de 10posible esto, desde la decada de los 70 se han introducido cambios importantes en el diseiio de las piscioas, entre los que destacan dos: la utilizacion de corcheras especiales antioleaje y el diseiio de rebosade-

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACT/VIDAD Fis/CA Y EL DEPORTE

ros donde no puedan rebotar las olas. A esto bay que afiadir que en las competiciones importantes las piscinas deben tener 10 calles, de manera que en las dos laterales no se nada. En las piscinas descubiertas y en aguas abiertas, ademas del oleaje generado por el resto de nadadores, bay que aliadir el generado por el viento, generaImente de mayor magnitud que el que generan los nadadores. EI oleaje extemo disminuye el rendimiento por dos motivos: a) Disminucion de la eficiencia tecnica debido a que los distintos

segmentos corporales (incluidos cabeza y cuerpo) entran y salen en diferentes instantes del agua, 10 que puede descoordinar al nadador y disminuir su sensibilidad por el agua. b) Aumento de la resistencia por oleaje debido a varios motivos: el choque del cuerpo con las olas genera mas flujo turbulento que sobre una lamina de agua estable y, ademas, este cboque genera spray; finalmente, el nadador sera frenado segiin la ley de accionreaccion (tercera ley de Newton). Esto es, cuando el cuerpo del nadador cboca con las olas, el agua sera desplazada bacia adelante (accion) y, por reaccion, el nadador sera desplazado hacia arras 0, mas exactamente, sera frenado en su avance. La perdida en velocidad que experimentara el nadador sera equivalente a la cantidad de movimiento (P= m . v) que este Ie aplique a la masa de agua que desplaza hacia adelante. Se puede hacer un calculo sencillo para ver este efecto: supongamos que un nadador de 70 kg se desplazaa una velocidad de 1,5 mls (p= 70 kg '1,5 mls = 105 kg mls) y, en su avance, choca con una ola que contiene 51 de agua. La cantidad de movimienio transferida a la masa de agua sera, aproximadamente.l~f),..7,5 kg mls; CCllno el nadador Ilevaba una cantidad de movimieiito de 105 kg mis, la resta da 97,5 kg mis, por 10que su velocidad habra disminuido hasta 1,39 mls. ~ Ikegarni y Imaizumi (1979) realizaron una serie de estudios sobre el efecto del oleaje sobre barcos que es perfectamente extrapolable a la natacion. Utilizando como parametres la eslora del barco (1) y la distancia entre las olas (A), observaron que cuando la relacion A.iL estaba comprendida entre 0,5 y 1,5, la resistencia por oleaje era maxima (el pica de resistencia se da cuando esta relacion es I). Con este dato se pueden hacer calculos aproximados sobre el efecto del oleaje generado por el resto de nadadores, sabiendo que la distancia entre olas que genera un nadador de elite a velocidad maxima oscila entre I y 1,3 m. Para un nadador que mida 19m, A.iL tendra un valor comprendido entre 0,52 yO,68, mientras que en un nadador que mida 1,7 m los valores estaran comprendidos entre 0,58 y 0,76. Se puede observar que en ambos casos se encuentran dentro del rango mas nocivo y que el nadador de menor taIIa se ve mas afectado. Este efecto negativo se puede limitar con una buena tecnica de nado; por ejemplo, si tras la entrada de la mana al agua en el estilo crol esta se desliza hacia adelante y se mantiene en esta posicion (Fig. 20.44), «su 1»habra aumentado considerablemente. Asi, para los ejemplos anteriores el valor de L cuando el nadador se encuentra en la posicion de la figura 20.44 es de 2,65 y 2,35 m, respectivamente. Con ello la relacion A.iL pasa a ser de 0,37-0,49 y 0,42-0,55, es decir, que el efecto del oleaje generado por el resto de nadadores ba disminuido considerablemente. Oieaje inferno Cuando un barco se mueve en una superficie estable de agua genera un patron de alas, es decir, que el oleaje que genera no se produce al

BIOMECANICA DE LA NATACION

azar, sino segtin un esquema determinado. En concreto, genera dos tipos de olas: a) Las divergentes, en forma de «V» y can un angulo de unos 45°

respecto al eje longitudinal del barco. b) Las transversales, que se mueven en la misma direccion que el

barco, pero por detras de este, y que van de extremo a extremo de cada ala divergente en forma de «V». Este sistema de olas fue descrito par primera vez en 1887 por Lord Kelvin y en su honor recibe el nombre de «patron Kelvin de olas» (Fig. 20.42). Este patron Kelvin de alas aparece tambien en el caso de los nadadares, pero, ademas, los nadadores generan otros sistemas de olas locales y sprayal introducir-sacar sus segmentos corporales del agua, especialmente como consecuencia de los movimientos ascendentes-descendentes. Esto, junto can la turbulencia asociada, hace que el patron Keivin no siempre sea visible. AI igual que ocurre can la resistencia de forma, una buena tecnica disminuye el oleaje y, como consecuencia, la resistencia asociada al mismo. Asi, para dos grupos de nadadores con diferente nivel tecnico que nadan ala misma velocidad, el oleaje es menor en el grupo de mayor nivel tecnico (Takamoto et al., 1985). EI patron Kelvin de olas se genera por la diferencia de presiones generada par el nadador. La presion maxima se alcanza en la parte delantera del cnineo debido al choque frontal con las partfculas de agua, que son amontonadas frente a la cabeza, generandose asi la primera ola, que sera la mas patente. Rapidamente el agua bordea la cabeza y las particulas se aceleran, disminuyendo as! considerablemente la presion. A.velocidades medias yaltas, esta disminucion.. deI~Pft;sicSIl ~§Jan patente, que cae por debajo de la presion atmosferica. Esto genera una depresion que permite que los crolistas puedan respirar con un movimiento minimo de la cabeza; par ello se denomina «bolsillo de aire» (Fig. 20.43). La deformacion de la superficie del agua esta en funcion del mimero de Froude (Fr), cuyo valor se puede calcular segiin: Fr= __ v_

[10]

{i:L

donde V es la velocidad de nado (mls), G la aceleracion de la zravedad (mls2) y L la longitud del nadador (m). .0 A velocidades de nado en el rango de 0,7 a 2 mls (142,8 a 50 s en 100 m sin contar salida y virajes), Fr tiene unos valores de 0,14 a 0,41.

alas divergentes

'*

Direcci6n y sentido

Figura 2G.42. PatronKelvinde olas cuando un objeto de forma ausada(barco,pez, pato, etc.) se desplaza en la superficie del agua (modi{jcado de Bixler B. The Biomechanics of SlVimming. En:Stager y Tannerleds.J. SlVimming. BlacklVellScience,2005).

A bajas velocidades de nado (Fr menor a 0,2), la resistencia por oleaje no es muy significativa. Tal y como aumenta la velocidad, la resistencia por oleaje aumenta, pero de forma exponencial, de manera que, para un Fr de 0,3-0,4 se experimenta un brusco y asintotico aumento de la resistencia. Esto es as! porque el sistema de olas generado por el nadador hace que este se mueva en una depresion que va aumentando segun aumenta la velocidad. L1egaun momenFigura 20.43. EI.bolsillo de aire, en dos cralistas. to en el que la longitud de la depresion de la ola generada iguala la taIIa del nadador. Esta velocidad de nado es la denominada hull speed 0 «velocidad maxima» (Miller, 1975). EI concepto de hull speed proviene de la ingenieria naval y fue utilizado con exito para explicar el nado de los patos por Prange y SchmidtNielsen en 1970. Tanto en barcos como en pates, cuando se alcanza la hull speed se produce un rapido y asintotico aumento de la resistencia y, consecuentemente, del gasto energetico. Los trabajos de Counsilman (1955) indican que, para nadadores de elite, a velocidades proximas a 1,5 mls el sistema de olas empieza a ser patente y a partir de 1,7 mls el . nadador/a esta «atrapado» en su propia ola. Aumentar la velocidad implica generar una mayor depresion y, con ello, aumentar la resistencia. En la practica esto quiere decir que es imposible nadar a mayor velocidad que la hull speed. Nadadores con identica morfologia pero de diferente taIIa generanin el mismo patron de olas para el mismo Fr. Consecuentemente, los nadadores con menor talla estan en desventaja respecto a los de mayor taIIa. Asf~para el ejemplo de nadadores citado en el apartado de la resistencia por friccion (nadador A = 1,95 Ynadador B';' 1,70 m de talla), se puede calcular la velocidad de nado para un sistema de oIas cuya longitud de cresta a cresta sea similar a la talla del nadador con un Fr de 0,41 (Llana, 2002): - Nadador A: si talla= 1,95 my Fr= 0,41, su velocidad maxima (111111 speed) = 1,8 mls (55,5 sen 100 m sin contar salida y virajes). - Nadador B: si talla e 1,70 m y Fr = 0,41, su velocidad maxima (hull speed) = 1,67 mls (59,8 s en 100 m sin contar salida y virajes). Sin embargo, cuando se analiza el nado de los mejores nadadores crolistas. se observa que son capaces de superar en aproximadamente un 10% esa velocidad maxima teorica (Toussaint et al., 2002). LComo puede explicarse esto? Evidentemente la causa reside en la tecnica de nado. Como puede observarse en la figura 20.44 A, tras la entrada de un brazo en el agua este se estira y desliza bacia adelante, con 10que «la talla» del nadador aumenta. Este efecto es similar al del conn que lIevan los grandes barcos en su proa (Fig. 20.44 B). Esta fase de estirarniento-deslizarniento tras la entrada al agua del brazo en el estilo crol es de vital importancia, puesto que generaImente coincide con la fase mas propulsiva de la traccion subacuatica del brazo contrario. Como muestra la figura 20.44 C, la velocidad del centro de masas de un nadador no es constante, sino que flucrua como consecuencia de las fuerzas prapulsivas y de resistencia hidrodinamica en cada instante del cicio de brazos. EI pico de mua veloeidad se logra cuando

401

Velocidad (rn/s)

r::s;Jrt" =rA )..__

2.0 ~ 1,51.0

V

rI"

V \,

c 0,2

0,4

0.6

0.8

Tiernpo (5)

Figura 20.44. EI deslizamiento-esliramiento tras la entradade la mana al agua (A) tiene un efecto similar al cona delantera de 105 navlos (B). Generalmente esla es la isse de mayor velacidad de desplazamiento de 105 nadadares (0.

eI brazo que esta en la fase subacuatica realiza el denominado «barrido ascendente» y el otro brazo, tras entrar al agua, realiza la fase de estiramiento-deslizamiento. De esta manera, se consigue aumentar la hull speed y aprovechar al maximo la fuerza propulsiva. Por otro Iado, la existencia de la hull speed justifiea las grandes distancias de nado subacuatico que realizan los nadadores tras salidas y virajes. Efectivamente, despues de una salida 0 de un viraje se pueden sobrepasar los 4 mls de veloeidad. Si la hull speed se cifra en algo menos de 2 mis, salir a la superficie implicaria un frenado inmediato. Para evitar esto, los nadadores deben realizar el nado subacuatico basta que su velacidad disminuya a la velocidad de nado en la superficie. De esta manera, los nadadores tienden a realizar la maxima distancia subacuatica posible, especialmente en los estilos espalda y mariposa, donde el nado ondulatorio subacuatico permite alcanzar velocidades superiores a las del estilo en la superficie. Por ello en el alio 1988 el reglamento tuvo que limitar esta distancia a 15 m, tanto tras la salida, como tras los virajes. i,A que profundidad se debe realizar el nado subacuatico? Estudios con objetos esfericos indican que la resistencia por oleaje desaparece

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACT/VIDAD Fis/CA Y EL DEPORTE

ros donde no puedan rebotar las olas. A esto bay que afiadir que en las competiciones importantes las piscinas deben tener 10 calles, de manera que en las dos laterales no se nada. En las piscinas descubiertas y en aguas abiertas, ademas del oleaje generado por el resto de nadadores, bay que aliadir el generado por el viento, generaImente de mayor magnitud que el que generan los nadadores. EI oleaje extemo disminuye el rendimiento por dos motivos: a) Disminucion de la eficiencia tecnica debido a que los distintos

segmentos corporales (incluidos cabeza y cuerpo) entran y salen en diferentes instantes del agua, 10 que puede descoordinar al nadador y disminuir su sensibilidad por el agua. b) Aumento de la resistencia por oleaje debido a varios motivos: el choque del cuerpo con las olas genera mas flujo turbulento que sobre una lamina de agua estable y, ademas, este cboque genera spray; finalmente, el nadador sera frenado segiin la ley de accionreaccion (tercera ley de Newton). Esto es, cuando el cuerpo del nadador cboca con las olas, el agua sera desplazada bacia adelante (accion) y, por reaccion, el nadador sera desplazado hacia arras 0, mas exactamente, sera frenado en su avance. La perdida en velocidad que experimentara el nadador sera equivalente a la cantidad de movimiento (P= m . v) que este Ie aplique a la masa de agua que desplaza hacia adelante. Se puede hacer un calculo sencillo para ver este efecto: supongamos que un nadador de 70 kg se desplazaa una velocidad de 1,5 mls (p= 70 kg '1,5 mls = 105 kg mls) y, en su avance, choca con una ola que contiene 51 de agua. La cantidad de movimienio transferida a la masa de agua sera, aproximadamente.l~f),..7,5 kg mls; CCllno el nadador Ilevaba una cantidad de movimieiito de 105 kg mis, la resta da 97,5 kg mis, por 10que su velocidad habra disminuido hasta 1,39 mls. ~ Ikegarni y Imaizumi (1979) realizaron una serie de estudios sobre el efecto del oleaje sobre barcos que es perfectamente extrapolable a la natacion. Utilizando como parametres la eslora del barco (1) y la distancia entre las olas (A), observaron que cuando la relacion A.iL estaba comprendida entre 0,5 y 1,5, la resistencia por oleaje era maxima (el pica de resistencia se da cuando esta relacion es I). Con este dato se pueden hacer calculos aproximados sobre el efecto del oleaje generado por el resto de nadadores, sabiendo que la distancia entre olas que genera un nadador de elite a velocidad maxima oscila entre I y 1,3 m. Para un nadador que mida 19m, A.iL tendra un valor comprendido entre 0,52 yO,68, mientras que en un nadador que mida 1,7 m los valores estaran comprendidos entre 0,58 y 0,76. Se puede observar que en ambos casos se encuentran dentro del rango mas nocivo y que el nadador de menor taIIa se ve mas afectado. Este efecto negativo se puede limitar con una buena tecnica de nado; por ejemplo, si tras la entrada de la mana al agua en el estilo crol esta se desliza hacia adelante y se mantiene en esta posicion (Fig. 20.44), «su 1»habra aumentado considerablemente. Asi, para los ejemplos anteriores el valor de L cuando el nadador se encuentra en la posicion de la figura 20.44 es de 2,65 y 2,35 m, respectivamente. Con ello la relacion A.iL pasa a ser de 0,37-0,49 y 0,42-0,55, es decir, que el efecto del oleaje generado por el resto de nadadores ba disminuido considerablemente. Oieaje inferno Cuando un barco se mueve en una superficie estable de agua genera un patron de alas, es decir, que el oleaje que genera no se produce al

BIOMECANICA DE LA NATACION

azar, sino segtin un esquema determinado. En concreto, genera dos tipos de olas: a) Las divergentes, en forma de «V» y can un angulo de unos 45°

respecto al eje longitudinal del barco. b) Las transversales, que se mueven en la misma direccion que el

barco, pero por detras de este, y que van de extremo a extremo de cada ala divergente en forma de «V». Este sistema de olas fue descrito par primera vez en 1887 por Lord Kelvin y en su honor recibe el nombre de «patron Kelvin de olas» (Fig. 20.42). Este patron Kelvin de alas aparece tambien en el caso de los nadadares, pero, ademas, los nadadores generan otros sistemas de olas locales y sprayal introducir-sacar sus segmentos corporales del agua, especialmente como consecuencia de los movimientos ascendentes-descendentes. Esto, junto can la turbulencia asociada, hace que el patron Keivin no siempre sea visible. AI igual que ocurre can la resistencia de forma, una buena tecnica disminuye el oleaje y, como consecuencia, la resistencia asociada al mismo. Asi, para dos grupos de nadadores con diferente nivel tecnico que nadan ala misma velocidad, el oleaje es menor en el grupo de mayor nivel tecnico (Takamoto et al., 1985). EI patron Kelvin de olas se genera por la diferencia de presiones generada par el nadador. La presion maxima se alcanza en la parte delantera del cnineo debido al choque frontal con las partfculas de agua, que son amontonadas frente a la cabeza, generandose asi la primera ola, que sera la mas patente. Rapidamente el agua bordea la cabeza y las particulas se aceleran, disminuyendo as! considerablemente la presion. A.velocidades medias yaltas, esta disminucion.. deI~Pft;sicSIl ~§Jan patente, que cae por debajo de la presion atmosferica. Esto genera una depresion que permite que los crolistas puedan respirar con un movimiento minimo de la cabeza; par ello se denomina «bolsillo de aire» (Fig. 20.43). La deformacion de la superficie del agua esta en funcion del mimero de Froude (Fr), cuyo valor se puede calcular segiin: Fr= __ v_

[10]

{i:L

donde V es la velocidad de nado (mls), G la aceleracion de la zravedad (mls2) y L la longitud del nadador (m). .0 A velocidades de nado en el rango de 0,7 a 2 mls (142,8 a 50 s en 100 m sin contar salida y virajes), Fr tiene unos valores de 0,14 a 0,41.

alas divergentes

'*

Direcci6n y sentido

Figura 2G.42. PatronKelvinde olas cuando un objeto de forma ausada(barco,pez, pato, etc.) se desplaza en la superficie del agua (modi{jcado de Bixler B. The Biomechanics of SlVimming. En:Stager y Tannerleds.J. SlVimming. BlacklVellScience,2005).

A bajas velocidades de nado (Fr menor a 0,2), la resistencia por oleaje no es muy significativa. Tal y como aumenta la velocidad, la resistencia por oleaje aumenta, pero de forma exponencial, de manera que, para un Fr de 0,3-0,4 se experimenta un brusco y asintotico aumento de la resistencia. Esto es as! porque el sistema de olas generado por el nadador hace que este se mueva en una depresion que va aumentando segun aumenta la velocidad. L1egaun momenFigura 20.43. EI.bolsillo de aire, en dos cralistas. to en el que la longitud de la depresion de la ola generada iguala la taIIa del nadador. Esta velocidad de nado es la denominada hull speed 0 «velocidad maxima» (Miller, 1975). EI concepto de hull speed proviene de la ingenieria naval y fue utilizado con exito para explicar el nado de los patos por Prange y SchmidtNielsen en 1970. Tanto en barcos como en pates, cuando se alcanza la hull speed se produce un rapido y asintotico aumento de la resistencia y, consecuentemente, del gasto energetico. Los trabajos de Counsilman (1955) indican que, para nadadores de elite, a velocidades proximas a 1,5 mls el sistema de olas empieza a ser patente y a partir de 1,7 mls el . nadador/a esta «atrapado» en su propia ola. Aumentar la velocidad implica generar una mayor depresion y, con ello, aumentar la resistencia. En la practica esto quiere decir que es imposible nadar a mayor velocidad que la hull speed. Nadadores con identica morfologia pero de diferente taIIa generanin el mismo patron de olas para el mismo Fr. Consecuentemente, los nadadores con menor talla estan en desventaja respecto a los de mayor taIIa. Asf~para el ejemplo de nadadores citado en el apartado de la resistencia por friccion (nadador A = 1,95 Ynadador B';' 1,70 m de talla), se puede calcular la velocidad de nado para un sistema de oIas cuya longitud de cresta a cresta sea similar a la talla del nadador con un Fr de 0,41 (Llana, 2002): - Nadador A: si talla= 1,95 my Fr= 0,41, su velocidad maxima (111111 speed) = 1,8 mls (55,5 sen 100 m sin contar salida y virajes). - Nadador B: si talla e 1,70 m y Fr = 0,41, su velocidad maxima (hull speed) = 1,67 mls (59,8 s en 100 m sin contar salida y virajes). Sin embargo, cuando se analiza el nado de los mejores nadadores crolistas. se observa que son capaces de superar en aproximadamente un 10% esa velocidad maxima teorica (Toussaint et al., 2002). LComo puede explicarse esto? Evidentemente la causa reside en la tecnica de nado. Como puede observarse en la figura 20.44 A, tras la entrada de un brazo en el agua este se estira y desliza bacia adelante, con 10que «la talla» del nadador aumenta. Este efecto es similar al del conn que lIevan los grandes barcos en su proa (Fig. 20.44 B). Esta fase de estirarniento-deslizarniento tras la entrada al agua del brazo en el estilo crol es de vital importancia, puesto que generaImente coincide con la fase mas propulsiva de la traccion subacuatica del brazo contrario. Como muestra la figura 20.44 C, la velocidad del centro de masas de un nadador no es constante, sino que flucrua como consecuencia de las fuerzas prapulsivas y de resistencia hidrodinamica en cada instante del cicio de brazos. EI pico de mua veloeidad se logra cuando

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Velocidad (rn/s)

r::s;Jrt" =rA )..__

2.0 ~ 1,51.0

V

rI"

V \,

c 0,2

0,4

0.6

0.8

Tiernpo (5)

Figura 20.44. EI deslizamiento-esliramiento tras la entradade la mana al agua (A) tiene un efecto similar al cona delantera de 105 navlos (B). Generalmente esla es la isse de mayor velacidad de desplazamiento de 105 nadadares (0.

eI brazo que esta en la fase subacuatica realiza el denominado «barrido ascendente» y el otro brazo, tras entrar al agua, realiza la fase de estiramiento-deslizamiento. De esta manera, se consigue aumentar la hull speed y aprovechar al maximo la fuerza propulsiva. Por otro Iado, la existencia de la hull speed justifiea las grandes distancias de nado subacuatico que realizan los nadadores tras salidas y virajes. Efectivamente, despues de una salida 0 de un viraje se pueden sobrepasar los 4 mls de veloeidad. Si la hull speed se cifra en algo menos de 2 mis, salir a la superficie implicaria un frenado inmediato. Para evitar esto, los nadadores deben realizar el nado subacuatico basta que su velacidad disminuya a la velocidad de nado en la superficie. De esta manera, los nadadores tienden a realizar la maxima distancia subacuatica posible, especialmente en los estilos espalda y mariposa, donde el nado ondulatorio subacuatico permite alcanzar velocidades superiores a las del estilo en la superficie. Por ello en el alio 1988 el reglamento tuvo que limitar esta distancia a 15 m, tanto tras la salida, como tras los virajes. i,A que profundidad se debe realizar el nado subacuatico? Estudios con objetos esfericos indican que la resistencia por oleaje desaparece

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B/OMECANICA DE LA NATAC/ON

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FlslCA Y EL DEPORTE

totalmente cuando la profundidad es tres veces mayor al diametro del objeto. En el caso de los nadadores, con una anchura de hombros en el rango de 0,4-0,6 m, esto significa una profundidad de 1,2-1,8 m. Sin embargo, los estudios de Lyttle y Blanksby (2000) indican que la profundi dad optima para realizar deslizamientos en posicion de minima resistencia es de 0,6 m, pues la resistencia por oleaje es practicamente nula. Sumergirse mas implica una perdida de tiempo (descenso y posterior ascenso) que no compensa las ganancias rnfnirnas debidas a la disminucion de la resistencia por oleaje. A diferencia de la resistencia debida a la friccion y a la forma, la rugasidad de la superficie y la turbulencia del agua no afectan it la resistencia deb ida al oleaje. Sin embargo, la aceleracion 51 la afecta, pero de forma inversa a como 10hace en el resto de resistencias. AsI, para un Fr de 0,30,61a resistencia por oleaje disminuye al aumentar la aceleracion, Para una velocidad deterrninada, la resistencia por oleaje puede ser hasta en un 30% menor si se esni acelerando que si se mantiene la velocidad constante.

MEDICION EXPERIMENTAl Y cAl.CULO DE IA RESISTENCIA HIDRODINAMICA Como ya se indicd en el apartado anterior, la resistencia hidrodinamica que experimenta un nadador puede ser de dos tipos: 1. Pasiva, cuando esta deslizando y no mueve sus segrnentos corporales. 2. Activa, cuaado sf mueve sus segrnentos corporales. La medicion directa de estos tipos de resistencia es muy diffcil de realizar, especialmente en el caso de la resistencia activa, por 10que las metodologfas utilizadas hasta la fecha se centran en hacer calculos indirectos. La premisa basica en todos los estudios es que los resistros se realicen a velocidad constante. En estas condiciones, dado que no existe aceleracion, la fuerza de resistencia es similar a la propulsiva, por 10que se puede calcular la constante de resistencia (K).

a) Interferencias externai§Dn

generadas porcllef!l()s externos al nadador; la mas importante es la denominada dragting, es decir, cuando un nadador va detras de otro (eir a rueda» en argot ciclista). En estas condiciones el primer nadador genera una estela de baja presion detras de el; como el segundo nadador se mueve en esta zona de baja presion, el resultado es una notable disminucion de la resistencia de forma. AI mismo tiempo, como el segundo nadador genera una alta presion delante de eJ, y por tanto detras del primer nadador, este tambien se ve beneficiado del

.drafting. Este tipo de interferencia no ocurre en las competiciones de natacion en piscina, pero Sl en competiciones de aguas abiertas y en triatldn. Estudios realizados con triatletas indican que el drafting disminuye la resistencia hidrodinamica un 13-26% dependiendo de la proxiroidad y velocidad de nado (Chatard et al., 1998),10 que puede suponer una reduccion del consumo de oxigeno de hasta ell0% (Basset et al., 1991). b) Interferencias internas. Darante la fase ciclica del nado, el movimiento de los segrnentos corporales perturba el agua pr6xima a ellos, de manera que aquellos segrnentos que esten proximos se venin afectados. EI movimiento ascendente-descendente de los miembrcs inferiores en crol y espalda es un claro ejemplo de este tipo de interferencias. Este tipo de interferencia es muy diffcil de estudiar en nadadores; de hecho, no existe ningiin estudio que haya analizado este efecto. No obstante, parece razonable que movimientos excesivamente bruscos y violentos de los segrnentos corporales aumenten este tipo de interferencias y, en consecuencia, provoquen una disminucion de la velocidad de nado.

Llana Y KJauck, 2003.

Si v = cte, entonces L F = 0, es decir, Fp = F,

interferencias de fluio Cuando dos 0 mas objetos interact6an con el mismo flujo de azua aparecen las denominadas «interferencias de flujo». Como consec~en~ cia, laresistencia total experimentada por un nadador sen! diferente, mayor 0 menor, a la que experimentaria en un flujo estable 0 la que representaria la suma de las resistencias parciales. Estas interferencias pueden ser de dos tipos: generadas por los diferentes segrnentos corporales del propio nadador y generadas por otros nadadores:

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Entonces: [II] donde Fp son las fuerzas de propulsion (N), Fr las fuerzas de resistencia (N), K la constante de resistencia (kg/m) y ,ilia velocidad de nado elevada al cuadmdo (mls).

Medicion experimental y calculo de la resistencia hidrodinamica pasiva Los primeros intentos por calcular la resistencia al avance de los nadadores datan de fmales de principios del siglo xx, cuando Du Bois-Reymond midio la resistencia pasiva de un nadador arrastrado por una barca utilizando un dinamometro. Diversos investigadores realizaron estudios similares, pero, dado 10 elemental del instrumental utilizado es cuestionable que la condici6n de velocidad constante se cumpliern:' Sin eillbar~ go, Julies Arnar (1920) demostro que la resistencia estaba relacionada con el cuadmdo de la velocidad, segiin indica la ecuacion (Fr = K v'), Sus resultados mostraron valores de K = 25,5 kg/m para varones armstrados en posicion ventral. • A partir de aquf las condiciones fueron realizadas con mejor instrumental y condiciones mas controladas. Karpovich (1930) fue el primero en utilizar un motor para asegurar la condicion de velocidad constante; obtuvo valores medios de K = 30 kg/m para varones arrastrado~ .en posic!ouventral. Por su parte, Jaeger (1937)fueel primero en utilizar un sistema de poleas con lastres para conseguir dicha condicion, Desde entonces muchos otros estudios han medido la resistencia ofrecida por los nadadores en posicion de deslizamiento. En ouestros estudios hemos utilizado un sistema de poleas y lastres, tal y como muestra la figum 20.45. ED la tabla 205 se presentan los resultados obtenidos para hombres y mujeres en la superficie y subacuatico.

Medicion experimental y calculo de la resistencia hidrodinamica activa A principios de la decada de los 70 Lighthill (1971) YWeb (1971) observaron como la resistencia era mayor en peces vivos que en espe-

I I

cimenes muertos 0 modelos de peces arrastrados pasivamente. Estos resultados hicieron pensar en resultados sirnilares para los seres humanos dado que, durante el nado, la posicion del cuerpo y de los segmentos corporales cambia en cada instante del cicio de nado. Se empezaron a desarrollar mete• dos e instrumental para medir este tipo de resistencia, denominada «resistencia activa». Di Prampero y Rennie (1972) y Pedergast (1973) fueron los primeros en acometer estos estudios en humanos. EI metodo por ellos utilizado se basaba en la relacion lineal entre el consumo de oxtgeno y una resistencia creciente al . Figura 20.45. Sistema de poleas y lastrespara realizararrastres(modificado de KlauckJ. Kinetikund Kinematikseilzug· betriebener Hilfsgerate im SchlVimmen: Mechanisches Funktionsmodell und einfache Amvendung. En:Daniel, Hoffaiiadir pequeiios lastres a los nadadores mann, Klauck [eds.I. Symposiumsbericht der KiilnerSchwimmsporttage. Bockenem, 1997). (Fig. 20.46). La resistencia activa fue calculada por la postextrapolacion de la El metoda consiste en nadar dos veces 30 mala maxima velocidad: linea de regresion lineal hasta un consumo de oxigeno nulo. la primem a nado libre y la segunda resistido con un «cuerpo hidrodinaUna aproximacion diferente fue desarrollada por Schleihauf (1979) y su Proceso de amilisis hidrodinamico. Esta metodologfa permitia el mico» diseiiado para tal efecto y previamente calibrado. En los dos intencalculo tanto de las fuerzas de resistencia como de las propulsivas, tal tos se calcula la velocidad media con un sistema de cronometraje concomo se indico anteriormente. vencional y, dado que en ambos casos la potencia desarrollada por el EI sistema MAD system (MeasuringActive Drag), desarrollado por nadador es maxima y constante (si no se cumple esta condicidn, el metoHollander et 01. (1986), signific6 un nuevo intento por cuantificar la resisdo presenta grandes imprecisiones), la resistencia activa puede calculartencia activa (Fig. 20.47). EI sistema consta de unas pequeiias plataforse mediante la siguiente ecuacion; mas previamente calibradas y conectadas a un transductor que registra la [12] fuerza aplicada en cada brazada. Cuando la velocidad de nado es constante, las fuerzas de propulsion (medidas por el sistema) equivalen a las de PI = Fri' VI Y P2 = Fr2. V2 resistencia. La distancia y profundidad de las plataforrnas son ajustables donde, VI,PI Y Frl son la velocidad media, la poteaeia y la resistencia hidroen funcion de las caracterfsticas antropomeaicas y tecnicas de los nadadinamica activa del intento sin el «cuerpo hidrodinamico» (mis, wat y N, dores. Con el sistema MAD se obtuvieron unos valores de K = 30 kg/m respectivamente) y V2,P2 Y Fr2 son la velocidad media, la potencia y la para hombres y de K = 24 kg/m para mujeres (Toussaint et al., 1988). resistencia hidrodinamica activa del intento con el «euerpo hidrodinamiEI sistema permite calcular la resistencia activa de los nadadores a co» (mis, wat y N, respectivamente). cualquier velocidad de nado. Sin embargo, presenta dos inconvenientes: su alto coste y que solamente es valido para el estilo cro!. A su vez, Frl Y Fr2 dependen de: La ultima metodologfa que citaremos es la propuesta por Koigomorov y Duplisheva (1992), conocida como «metodo de perturbacion de la Frl = 1/2. C, . P . S . v\ velocidad» (PVM). Es una metodologfa que proviene de la ingenierfa Fr2= 1/2. C, . P . S . V22+ Fb naval, relativarnente barata y facil de lIevar a cabo.

492

B/OMECANICA DE LA NATAC/ON

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FlslCA Y EL DEPORTE

totalmente cuando la profundidad es tres veces mayor al diametro del objeto. En el caso de los nadadores, con una anchura de hombros en el rango de 0,4-0,6 m, esto significa una profundidad de 1,2-1,8 m. Sin embargo, los estudios de Lyttle y Blanksby (2000) indican que la profundi dad optima para realizar deslizamientos en posicion de minima resistencia es de 0,6 m, pues la resistencia por oleaje es practicamente nula. Sumergirse mas implica una perdida de tiempo (descenso y posterior ascenso) que no compensa las ganancias rnfnirnas debidas a la disminucion de la resistencia por oleaje. A diferencia de la resistencia debida a la friccion y a la forma, la rugasidad de la superficie y la turbulencia del agua no afectan it la resistencia deb ida al oleaje. Sin embargo, la aceleracion 51 la afecta, pero de forma inversa a como 10hace en el resto de resistencias. AsI, para un Fr de 0,30,61a resistencia por oleaje disminuye al aumentar la aceleracion, Para una velocidad deterrninada, la resistencia por oleaje puede ser hasta en un 30% menor si se esni acelerando que si se mantiene la velocidad constante.

MEDICION EXPERIMENTAl Y cAl.CULO DE IA RESISTENCIA HIDRODINAMICA Como ya se indicd en el apartado anterior, la resistencia hidrodinamica que experimenta un nadador puede ser de dos tipos: 1. Pasiva, cuando esta deslizando y no mueve sus segrnentos corporales. 2. Activa, cuaado sf mueve sus segrnentos corporales. La medicion directa de estos tipos de resistencia es muy diffcil de realizar, especialmente en el caso de la resistencia activa, por 10que las metodologfas utilizadas hasta la fecha se centran en hacer calculos indirectos. La premisa basica en todos los estudios es que los resistros se realicen a velocidad constante. En estas condiciones, dado que no existe aceleracion, la fuerza de resistencia es similar a la propulsiva, por 10que se puede calcular la constante de resistencia (K).

a) Interferencias externai§Dn

generadas porcllef!l()s externos al nadador; la mas importante es la denominada dragting, es decir, cuando un nadador va detras de otro (eir a rueda» en argot ciclista). En estas condiciones el primer nadador genera una estela de baja presion detras de el; como el segundo nadador se mueve en esta zona de baja presion, el resultado es una notable disminucion de la resistencia de forma. AI mismo tiempo, como el segundo nadador genera una alta presion delante de eJ, y por tanto detras del primer nadador, este tambien se ve beneficiado del

.drafting. Este tipo de interferencia no ocurre en las competiciones de natacion en piscina, pero Sl en competiciones de aguas abiertas y en triatldn. Estudios realizados con triatletas indican que el drafting disminuye la resistencia hidrodinamica un 13-26% dependiendo de la proxiroidad y velocidad de nado (Chatard et al., 1998),10 que puede suponer una reduccion del consumo de oxigeno de hasta ell0% (Basset et al., 1991). b) Interferencias internas. Darante la fase ciclica del nado, el movimiento de los segrnentos corporales perturba el agua pr6xima a ellos, de manera que aquellos segrnentos que esten proximos se venin afectados. EI movimiento ascendente-descendente de los miembrcs inferiores en crol y espalda es un claro ejemplo de este tipo de interferencias. Este tipo de interferencia es muy diffcil de estudiar en nadadores; de hecho, no existe ningiin estudio que haya analizado este efecto. No obstante, parece razonable que movimientos excesivamente bruscos y violentos de los segrnentos corporales aumenten este tipo de interferencias y, en consecuencia, provoquen una disminucion de la velocidad de nado.

Llana Y KJauck, 2003.

Si v = cte, entonces L F = 0, es decir, Fp = F,

interferencias de fluio Cuando dos 0 mas objetos interact6an con el mismo flujo de azua aparecen las denominadas «interferencias de flujo». Como consec~en~ cia, laresistencia total experimentada por un nadador sen! diferente, mayor 0 menor, a la que experimentaria en un flujo estable 0 la que representaria la suma de las resistencias parciales. Estas interferencias pueden ser de dos tipos: generadas por los diferentes segrnentos corporales del propio nadador y generadas por otros nadadores:

403

Entonces: [II] donde Fp son las fuerzas de propulsion (N), Fr las fuerzas de resistencia (N), K la constante de resistencia (kg/m) y ,ilia velocidad de nado elevada al cuadmdo (mls).

Medicion experimental y calculo de la resistencia hidrodinamica pasiva Los primeros intentos por calcular la resistencia al avance de los nadadores datan de fmales de principios del siglo xx, cuando Du Bois-Reymond midio la resistencia pasiva de un nadador arrastrado por una barca utilizando un dinamometro. Diversos investigadores realizaron estudios similares, pero, dado 10 elemental del instrumental utilizado es cuestionable que la condici6n de velocidad constante se cumpliern:' Sin eillbar~ go, Julies Arnar (1920) demostro que la resistencia estaba relacionada con el cuadmdo de la velocidad, segiin indica la ecuacion (Fr = K v'), Sus resultados mostraron valores de K = 25,5 kg/m para varones armstrados en posicion ventral. • A partir de aquf las condiciones fueron realizadas con mejor instrumental y condiciones mas controladas. Karpovich (1930) fue el primero en utilizar un motor para asegurar la condicion de velocidad constante; obtuvo valores medios de K = 30 kg/m para varones arrastrado~ .en posic!ouventral. Por su parte, Jaeger (1937)fueel primero en utilizar un sistema de poleas con lastres para conseguir dicha condicion, Desde entonces muchos otros estudios han medido la resistencia ofrecida por los nadadores en posicion de deslizamiento. En ouestros estudios hemos utilizado un sistema de poleas y lastres, tal y como muestra la figum 20.45. ED la tabla 205 se presentan los resultados obtenidos para hombres y mujeres en la superficie y subacuatico.

Medicion experimental y calculo de la resistencia hidrodinamica activa A principios de la decada de los 70 Lighthill (1971) YWeb (1971) observaron como la resistencia era mayor en peces vivos que en espe-

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cimenes muertos 0 modelos de peces arrastrados pasivamente. Estos resultados hicieron pensar en resultados sirnilares para los seres humanos dado que, durante el nado, la posicion del cuerpo y de los segmentos corporales cambia en cada instante del cicio de nado. Se empezaron a desarrollar mete• dos e instrumental para medir este tipo de resistencia, denominada «resistencia activa». Di Prampero y Rennie (1972) y Pedergast (1973) fueron los primeros en acometer estos estudios en humanos. EI metodo por ellos utilizado se basaba en la relacion lineal entre el consumo de oxtgeno y una resistencia creciente al . Figura 20.45. Sistema de poleas y lastrespara realizararrastres(modificado de KlauckJ. Kinetikund Kinematikseilzug· betriebener Hilfsgerate im SchlVimmen: Mechanisches Funktionsmodell und einfache Amvendung. En:Daniel, Hoffaiiadir pequeiios lastres a los nadadores mann, Klauck [eds.I. Symposiumsbericht der KiilnerSchwimmsporttage. Bockenem, 1997). (Fig. 20.46). La resistencia activa fue calculada por la postextrapolacion de la El metoda consiste en nadar dos veces 30 mala maxima velocidad: linea de regresion lineal hasta un consumo de oxigeno nulo. la primem a nado libre y la segunda resistido con un «cuerpo hidrodinaUna aproximacion diferente fue desarrollada por Schleihauf (1979) y su Proceso de amilisis hidrodinamico. Esta metodologfa permitia el mico» diseiiado para tal efecto y previamente calibrado. En los dos intencalculo tanto de las fuerzas de resistencia como de las propulsivas, tal tos se calcula la velocidad media con un sistema de cronometraje concomo se indico anteriormente. vencional y, dado que en ambos casos la potencia desarrollada por el EI sistema MAD system (MeasuringActive Drag), desarrollado por nadador es maxima y constante (si no se cumple esta condicidn, el metoHollander et 01. (1986), signific6 un nuevo intento por cuantificar la resisdo presenta grandes imprecisiones), la resistencia activa puede calculartencia activa (Fig. 20.47). EI sistema consta de unas pequeiias plataforse mediante la siguiente ecuacion; mas previamente calibradas y conectadas a un transductor que registra la [12] fuerza aplicada en cada brazada. Cuando la velocidad de nado es constante, las fuerzas de propulsion (medidas por el sistema) equivalen a las de PI = Fri' VI Y P2 = Fr2. V2 resistencia. La distancia y profundidad de las plataforrnas son ajustables donde, VI,PI Y Frl son la velocidad media, la poteaeia y la resistencia hidroen funcion de las caracterfsticas antropomeaicas y tecnicas de los nadadinamica activa del intento sin el «cuerpo hidrodinamico» (mis, wat y N, dores. Con el sistema MAD se obtuvieron unos valores de K = 30 kg/m respectivamente) y V2,P2 Y Fr2 son la velocidad media, la potencia y la para hombres y de K = 24 kg/m para mujeres (Toussaint et al., 1988). resistencia hidrodinamica activa del intento con el «euerpo hidrodinamiEI sistema permite calcular la resistencia activa de los nadadores a co» (mis, wat y N, respectivamente). cualquier velocidad de nado. Sin embargo, presenta dos inconvenientes: su alto coste y que solamente es valido para el estilo cro!. A su vez, Frl Y Fr2 dependen de: La ultima metodologfa que citaremos es la propuesta por Koigomorov y Duplisheva (1992), conocida como «metodo de perturbacion de la Frl = 1/2. C, . P . S . v\ velocidad» (PVM). Es una metodologfa que proviene de la ingenierfa Fr2= 1/2. C, . P . S . V22+ Fb naval, relativarnente barata y facil de lIevar a cabo.

404

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

BIOMECANICA DE LA NATACI6N

_Tabla 20.6. Valores de resistencia hidrotliml.micaen hombres y mujeres para el estilo de cIol, braza, espalda y marip~~a~:~~i.

Como se puede observar en la figura 20.51, con antelacion al apoyo de los pies el agua arrastrada por el nadador choca con la pared aplicando una fuerza cuyo pico representa hasta e120% de la fuerza total que aplicara el nadador en la pared. Tras este pico inicial aparece una pequefia succidn que genera una fuerza negativa de aproximadamente un 5% e, inmediatamente, se produce en apoyo con los pies. Tras el impulso, vuelve a aparece una succion de valor similar a la anteriormente citada. Estos efectos del agua arrastrada-succionada deben tenerse en cuenta a la hora de bacer calculos, pues de 10contrario se produce una subestimacion tanto del impulso mecanico aplicado como de los valores maximos de fuerza (Blansky et al., 2005).

150 ~

120

~

90

OJ

.z

60 30

Fase de deslizamiento Abarca desde el final de la fase previa basta que el nadador empieza a generar fuerza propulsiva moviendo sus segmentos corporales. Debe realizarse en posicion de minima resistencia y su duracion es mayor que en la salida, puesto que los nadadores, al impulsarse paralelos a la superficie, no se hunden tanto. Su duracion oscila entre 0,15 y 0,80 segundos. . AI ignal que ocurria con las salidas, siguen las fases de propulsion subacuatica y la de emersion 0 transicion a la superficie, que no se tratan aquf.

u

w

u

~

~

~

u

u

U

Tiempo(5) 1. Efectode la ola 2. Succiongenerada por el volteo 3. Contactocon la pared 4. Picode fuerza 5. Abandonode la pared Figura 20.51. Grafica fuerzaitiempo para el apoyo en la pared durante un viraj~ (modificado de Blansky B, Skender S, ElliotB, McElroy K, Landers G.An analYSIS

of the backstroke turn by age-group s\Vimmers. Sports Biomechanics, 2005; 3).

-j

4q_6

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

similar al generado por aquellos nadadores con mayores niveles de fuerza explosiva que utilizan algo menos de tiempo en la batida. De las tres direcciones espaciales en las que se puede aplicar el impulso mecanico, la mas relevante es la direccion anteroposterior, es decir, la que tiene la direecion de la carrera. En esta direccion las velocidades de despegue en nadadores de elite pueden superar los 5 mis y, en el caso de las nadadoras, los 4 mis. La mediolateral (transversal) interesa que sea 10 mas proxima a 0, pues de ser mayor implicarfa cierto desplazamiento hacia la derecha 0 izquierda. En cuanto a la vertical, 10ideal serfa que la fuerza aplicada no superase el peso del nadador, con 10que el centro de gravedad se desplazarfa directamente hacia adelante (y hacia abajo por la accion de la gravedad) y no se perderfa tiempo en un movimiento ascendente y luego descendente superfluos. Couseguir esto es diffcil y muchos nadadores alcanzan velocidades de salida en el eje vertical de hasta 1~ mis. La figura 20.49 muestra nna gnlfica fuerzaitiempo donde se puede observar como se aplica la fuerza. b) Fase de vuelo: desde el final de la fase previa hasta que los dedos de las manos hacen contacto con elagua. La trayectoria del centro de gravedad, la velocidad de vuelo en la direccion anteropos. terior y la rotacion del cuerpo han quedado determinadas por la fase previa. Por ella el objetivo de esta fase es colocar el cuerpo en la posicion correcta para realizar una «entrada en agnjero». Si la fase previa se ha realizado de forma correcta, la trayectoria del centro de gravedad sera una media panibola. Esto es, en el instante en el que los dedos de los pies dejan de contactar con el poyete, el centro de gravedad esti~nJ.U altura maxima e inideScendiendo por la accion de la gravedad"segtin indica la ley de cafda libre de los cuerpos de GaliIeo (lem)basta que las manos contactan con el a"oua. Su duracien oscila entre 0,30 y 0,40 s (Maglischo, 2003) y Iadistancia horizontal desde el origen (horde de la piscina) hasta que los dedos tocan el agna en nadadores de elite puede pasar de 3 m en las mujeres y de 3.~ ill en los hombres. _ c) Fase de entrada al agua: desdeelfinal de hifase-pievia hasta que todo el cuerpo esta dentro del agua. De las dos forrnas de

1.100 1.000

~ ~

BOO

OJ

.z'"

600 400 200

0.5

1.0

1.5

2,0

Tiempo(5)

Ii

Figura 20.49. Graficade las componentes vertical (rosa)y anteroposterior (azul) para una salidatradicional con agarre.

realizar la entrada, plana yen agnjero (Fig. 20.50), la segunda es mas eficiente, pues implica menos superficie de choque con el agua y, en consecuencia, menos fuerza de resistencia hidrodinamica, Su dnraci6n oscila entre 0,30 y 0,35 segnndos. d) Fase de deslizamiento subacuatico: desde el final de la fase previa hasta que el nadador empieza a generar fuerza propulsiva moviendo sus segmentos corporales. Su duracion es muy corta 0 incluso inexistente debido a que tras la entrada en agujero los nadadores realizan una «patada delffn» para redirigirse su cuerpo en horizontal respecto ala superficie del agna.

407

BIOMECANICA DE LA NATAC/ON

A

Estas fases van seguidas de la de propulsion subacuatica y la de emersion 0 transicion a la superficie, que no se tratan pues al ser propias y caracterfsticas de cada estilo exceden los propositos del presente trabajo. LOS VlRAJES En los estilos crol y espalda el reglamento perrnite que el primer contacto con la pared se realice con cualquier parte del cuerpo. Por ello el viraje mas eficiente es el que se realiza mediante un giro (volteo) de 180° sobre el eje transversal del nadador. En los estilos braza y mariposa el reglamento obliga a contactar con la pared con las manos, de manera que el viraje mas eficiente se realiza, fundamentalmente, mediante un giro sobre el eje vertical del nadador. Dadas las diferencias tecnicas entre estos virajes, que nuevamente exceden los propositos del presente trabajo, se tratan aquf solo las fases comunes desde que los pies contactan con la pared.

Fase de impulsion

0

batida

Abarca desde que los pies contactan con la pared basta que dejan de contactar con ella. Tiene una duracion entre 09 y 0,4 s (Blansky y et af., 2005) y, a diferencia de la salida, este tiempo de contaCto correJilCioiia negativamente con el impulso mecanico generado y, por 10tanto, con la velocidad de salida. Es decir: a menor tiempo de apoyo, mayor impulso mecanico y velocidad de salida. . EI apoyo no debe realizarse con los talones, sino con los dedos-metatarso de esta manera se aprovecha la energfa elastica almacenada en la musculatura extensora del tobilio y la flexora (flexion plantar) del pie, similar a 10que ocurre durante un saito vertical a pies jnntos en el medio terrestre. En el instante de contacto la articulacion de la cadera debe tener una flexion de unos 85-95° y la de la rodilla de 110-120° (Takahashi et af., 1983). Desde estaS posiciones articulares de los mieriibros llferiores se inicia el impulso, que debe realizarse con los miembros superiores y el cuerpo en posicion de minima resistencia, es decir, que el punta de apoyo de los pies, la cadera, el hombro y las manos esten aline ados y paralelos ala superficie del agna. AI ignal que en la salida, el impulso mecanico debe maximizarse en el eje anteroposterior; se registran picos de fuerza que pueden superar 1,6 veces el peso corporal (Blansky et af., 1966) y se minirnizan en los ejes transversal y vertical. Un aspecto interesante y poco estudiado hasta la fecha es el efecto del agua sobre la pared y el nadador, especialmente durante el giro sobre el eje transversal del nadador para apoyar los pies en la pared.

Figura 20.50. A. Entradaen aagujero>.B. Entrada'plana>.

Como se puede observar en la figura 20.51, con antelacion al apoyo de los pies el agua arrastrada por el nadador choca con la pared aplicando una fuerza cuyo pico representa hasta e120% de la fuerza total que aplicara el nadador en la pared. Tras este pico inicial aparece una pequefia succidn que genera una fuerza negativa de aproximadamente un 5% e, inmediatamente, se produce en apoyo con los pies. Tras el impulso, vuelve a aparece una succion de valor similar a la anteriormente citada. Estos efectos del agua arrastrada-succionada deben tenerse en cuenta a la hora de bacer calculos, pues de 10contrario se produce una subestimacion tanto del impulso mecanico aplicado como de los valores maximos de fuerza (Blansky et al., 2005).

150 ~

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Fase de deslizamiento Abarca desde el final de la fase previa basta que el nadador empieza a generar fuerza propulsiva moviendo sus segmentos corporales. Debe realizarse en posicion de minima resistencia y su duracion es mayor que en la salida, puesto que los nadadores, al impulsarse paralelos a la superficie, no se hunden tanto. Su duracion oscila entre 0,15 y 0,80 segundos. . AI ignal que ocurria con las salidas, siguen las fases de propulsion subacuatica y la de emersion 0 transicion a la superficie, que no se tratan aquf.

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Tiempo(5) 1. Efectode la ola 2. Succiongenerada por el volteo 3. Contactocon la pared 4. Picode fuerza 5. Abandonode la pared Figura 20.51. Grafica fuerzaitiempo para el apoyo en la pared durante un viraj~ (modificado de Blansky B, Skender S, ElliotB, McElroy K, Landers G.An analYSIS

of the backstroke turn by age-group s\Vimmers. Sports Biomechanics, 2005; 3).

4..08

BIOMECANICA

mUDIO

Y BASES NEUROMUSCULARES

DE LA ACTIVIDAD

DE lAS SALIDAS Y LOS VIRAJES

EI estudio biomecanico de salidas y virajes se centra tanto en variables cineticas como cinematicas,

Estudio de las variables cineticas

Ffs/CA Y EL DEPORTE

sobre todo, en la decada de los 80, se empezo a estandarizar el analisis cinematico de la competicion, es decir, el estudio de los tiempos parciales, las velocidades de nado y las longitudes y frecuencias de cicIo. Ya en 1957 King realizd estudios cinematicos de los virajes y establecio 5 m como la distancia que hay que tener en cuenta para analizar la eficiencia de esta acci6n tecnica. En 1968 Winter utilize 10 m como distancia de salida y en 1971 East introdujo la longitud y la frecuencia de cicio como parsmenos que hay que considerar en este tipo de anilisis. Sin embargo no fue hasta 1983 cuando se sentaron las fases de la actual metodologfa de analisis, En este ano Hay establecio el modelo de rendimiento segiin el cual e1 tiempo conseguido por un nadador en competicion es:

Pretende conocer las fuerzas y presiones aplicadas por los pies de los nadadores contra la plataforma de salida 0 la pared. Hasta la fecha poco se sabe sobre las presiones aplicadas en los pies, pues ningun estudio ha utilizado plataformas 0 plantillas instrumentadas para tal efecto. En su Iugar, todos los estudios han utilizado plataformas que registran las fuerzas (Fig. 2052). Este tipo de estudios presentan dos inconvenientes: el primero es que las plataformas deben ser resistentes al agua, 10que encarece el producto, ademas de existir poca variedad en el mercado; el segundo es su instalacion, especialmente en el caso de los virajes, pues no existen sistemas de anclaje en el mercado y hay que fabricarlos ex profeso.

Absaliamov y Timakovoy (1990) denominaron «analisis de la actividad competitiva» a su estudio sobre los JJ.oO. de Moscu-80 estableciendo unas distancias que han sido la base de las actualmente utilizadas (la referencia anatdmica para las distancias es la cabeza).

Estudio de las variables cinematicas

DISTANCIA DE SALIDA

Esta encaminado a conocer las posiciones, los tiempos, las velocidades y las aceleraciones, tanto del centro de gravedad del nadador como de sus segmentos corporales. En estos estudios se utilizan tecnicas de fotogrametrfa, donde se utilizan camaras de video para registrar losrnovimientos. Con antelacion ala grabaci6n de las salidas es necesario colocar un sistema de referencia de dimensiones conocidas (Fig. 2052). Es la misma metodologfa que la utilizada en los deportes terrestres, por 10 que nosetr~taaqufcon mas.qetalle~ i~::"i

A NALISIS CINEfAATICO DE LA COMPETICION En la nataci6n de competici6n el objetivo ultimo de cualquier nadador es emplear el menor tiempo posible en la prueba en la que compite. En este resultado influyen factores de canicter psicologico, fisiologico y biomecanico. De la interacci6n de estos tres factores depende el rendimiento de los nadadores. Por tanto, el estudio del rendimiento del nadador se puede abarcar analizando aisladamente cada uno de estos factores, pero al final es la interaccidn entre ellos 10 que determinara el rendimiento en competicion. Por elIo, ya desde la decada de los 70 y,

Tiempo total = T. de salida + T. de nado + T. de viraje + T. de llegada

Analizaron la distancia que empleaban los nadadores de crol en realizar su primera brazada tras la salida y observaron que la mayona de ellos (92%) la realizaban entre los 7 y los 10 m, por 10que establecieron 10 m como la distancia objeto de analisis. Sin embargo, en la actualidad la distancia de nado subacuatico tras la salida ha aumentado considerablemente por el uso del movimiento ondulatorio subacuaieo, Por ello a principios de la decada de los 90 la FINA establecio15 m como distancia maxima de nado . subacuatico en competicioay, dado que fa mayorfa de nadadores actuales tienden a aprovechar al maximo este limite reglamentario, la comunidad cientffica ha pasado a utilizar 15 m como distancia de salida. EI tiempo empleado en completar dicha distancia (desde que eljuez da la salida hasta que la cabeza pasa por los 15 m) es el tiempo de salida y la velocidad media en completar los 15 m sera la velocidad de salida. En algunos informes se incluyen «tiempos parciales» de la salida,utilizando 5 y 10 m para ello.

NATACION 409 ...:B;::;fO:::.:M;.:;E:..:c::.A::..:N~fC::.A:..::;.:DELA

____________________________

subacuatico tras los virajes). Los tiempos empleados en cubrirestas distancias son el tiempo de aproximacion, desde que la cabeza corta con la linea de referencia hasta que cualquier parte del cuerpo contacta con la pared, y distancia de separacion, desde el final de la fase anterior hasta que la cabeza vuelve a pasar por la linea de referencia. Las velocidades se denominaran «velocidad de aproximacion y de separacien», respectivamente.

Salida 15m

Nado 2,5 m 6 27,S m

Viraje 7,5m

DISTANCIA DE LLEGADA Para determinar esta distancia analizaron los cambios en longitud y frecuencia de cicio cada 5 m en los iiltimos 50 m y observaron que en los iiltimos 10 m era cuando se producian los cambios mas evidentes. Por ello establecieron como distancia de llegada 10 m a partir del corte de la cabeza con la !fnea de referencia. Sin embargo, en la actualidad algunos investigadores prefieren utilizar la distancia de 5 m. Ademas, dado que el contacto con la pared se realiza con los dedos de I.amana y no con la cabeza, algunos investigadores colocan la referencia de 5 m antes de la pared, pero detienen el eronometro a 0,5 m de esta en un intento de eliminar el error que se introduce debido a que son los dedos de la mana los que detienen el tiempo al contactar con la pared, mientras que es la cabeza la referencia anat6mica utilizada en estos estudios. Sin embarso esto introduce otro error, pues no todos los nadadores tienen la misma lonaitud del miembro superior y, ademas, esta suele estar entre 0,75 y o 85 m en los nadadores de elite. EI tiempo empleado en completar la distancia de Ilezada es eJ tiempo de IIegada, y, Ja veJocidad, es la velocidad de llegad~. Nuevamente, algunos investigadores utilizan dos ~istancias de llezada; distancia de llegada 1 para el segmento comprendido entre 10 y 5~ de la pared y distancia de llegada 2 para los tiltimos 5 m. DISTANCIA DE NACO Esta distancia surge al «eliminar» las distancias anteriores, por 10 que es diferente segiin se trate de una piscina de 25 0 de 50 m

Nado lOm635m

Viraje 7,5m

Nado 7,5 m 632,5 m

Uegada 10m

--+i

Figura 20,53, Distanciasestandarizadaspara ha~er~tudios cinema!ic~sde laeompetiei6n. Enef easo del ,nado" fa cifrade la IzqU/erdaes parapisemas de 25 m y fa de fa derecha parapiscinas de 50 m.

(Fig. 20.53). En esta distancia se realiza la fase ciclica del nado, de manera que la velocidad media alcanzada por Jos nadadores depended de las longitudes y frecuencias de cicIo de estes: v=Lc·Fc donde v es la velocidad (mis), Lc la longitud de cicio (oincide con la brazada en mariposa y braza, mientras que en c~ol y espalda un cicl? in~l~ye dos brazadas [m]) y Fe la frecuencia de CIcio. Para su determinacion se suelen utilizar tres ciclos, es decir, tres brazadas en mariposa y braza, y seis brazadas en crol y espalda (hz = S·I). La velocidad de nado y la frecuencia de cicio son faciles de medir directamente, espacio/tiempo y ciclos/tiempo, respectivamente. Sin embargo, la longitud solo se puede- medir directamente si se dispone de tecnicas de fotogrametria. Como esto no suele ser co-

DISTANCIA DE VIRAJE

Del mismo modo que con la salida, observaron que tras el viraje la mayor parte de nadadores realizaban la primera brazada entre 4 y 7~ m de la pared. Por ello establecieron 7~ m como distancia de separacion tras el viraje. Para PC conectado Sistema a la plataforrria simplificar y facilitar los analisis decidiede referenda ron utilizar la misma distancia como distancia de aproximacion. De esta manera, la distancia de viraje esde 15 m: 7~ m de aproximacien y 7,5 m de separacion, En la actualidad se siguen utilizando estas distancias, pero algunos investigadores han utilizado distancias inferiores en la aproximacion, 4 0 5 m, debido a que la fase cfclica del nado no finaliza hasta esta distancia de Ia pared. Asimismo, tambien se han utilizado distancias mayores en la separacion, 10 m, debido ala prolferacion en la utilizacion del nado ondulatoFigura 20.52. A. Disposiei6n del instrumentalpara un an;ilisiscinetico y cinematieo de lassalidas. B, Detallede laplario subacuatico (el reglamento tambien taformaanclada alpoyete. limita a 15 m la distancia maxima de nado

0,00

..... ......

Mariposa Espalda -i>- Braze ...... Crel

0,00 VSalida

V 1"25

V2"25

VVir.

V3".25

VSalida

V4" 25 VUegldaSm

2,51

1,90

1,87

1,93

1,80

1,71

1,66

2,27

1,81

1,79

2,00

1,70

1,65

1,59

2,17

1,61

1,59

1,71

1,52

1,48

1,46

2,53

2,10

.2,02

2,09

1,94

1,85

1,81

...... ...... -0.___

Mariposa Espalda Braza Crel

vv«

V3"25

1,70

1,71

1,65

1,55

1,61

1,74

1,55

1,52

1,46

1,51

1,47

1,49

1,39

1,35

1,30

1,83

1,79

1,89

1,73

1,66

1,60

V 1"25

V2"25

2,20

1,74

1,93

1,64

1,86

i,25

Figura 20,54, Vefocidadesparciales medias para los euatro estilos en la distancia de 100 m en 10511.00. de Sydney-2000.

V 4" 25 VU",dlSm 1,48

4..08

BIOMECANICA

mUDIO

Y BASES NEUROMUSCULARES

DE LA ACTIVIDAD

DE lAS SALIDAS Y LOS VIRAJES

EI estudio biomecanico de salidas y virajes se centra tanto en variables cineticas como cinematicas,

Estudio de las variables cineticas

Ffs/CA Y EL DEPORTE

sobre todo, en la decada de los 80, se empezo a estandarizar el analisis cinematico de la competicion, es decir, el estudio de los tiempos parciales, las velocidades de nado y las longitudes y frecuencias de cicIo. Ya en 1957 King realizd estudios cinematicos de los virajes y establecio 5 m como la distancia que hay que tener en cuenta para analizar la eficiencia de esta acci6n tecnica. En 1968 Winter utilize 10 m como distancia de salida y en 1971 East introdujo la longitud y la frecuencia de cicio como parsmenos que hay que considerar en este tipo de anilisis. Sin embargo no fue hasta 1983 cuando se sentaron las fases de la actual metodologfa de analisis, En este ano Hay establecio el modelo de rendimiento segiin el cual e1 tiempo conseguido por un nadador en competicion es:

Pretende conocer las fuerzas y presiones aplicadas por los pies de los nadadores contra la plataforma de salida 0 la pared. Hasta la fecha poco se sabe sobre las presiones aplicadas en los pies, pues ningun estudio ha utilizado plataformas 0 plantillas instrumentadas para tal efecto. En su Iugar, todos los estudios han utilizado plataformas que registran las fuerzas (Fig. 2052). Este tipo de estudios presentan dos inconvenientes: el primero es que las plataformas deben ser resistentes al agua, 10que encarece el producto, ademas de existir poca variedad en el mercado; el segundo es su instalacion, especialmente en el caso de los virajes, pues no existen sistemas de anclaje en el mercado y hay que fabricarlos ex profeso.

Absaliamov y Timakovoy (1990) denominaron «analisis de la actividad competitiva» a su estudio sobre los JJ.oO. de Moscu-80 estableciendo unas distancias que han sido la base de las actualmente utilizadas (la referencia anatdmica para las distancias es la cabeza).

Estudio de las variables cinematicas

DISTANCIA DE SALIDA

Esta encaminado a conocer las posiciones, los tiempos, las velocidades y las aceleraciones, tanto del centro de gravedad del nadador como de sus segmentos corporales. En estos estudios se utilizan tecnicas de fotogrametrfa, donde se utilizan camaras de video para registrar losrnovimientos. Con antelacion ala grabaci6n de las salidas es necesario colocar un sistema de referencia de dimensiones conocidas (Fig. 2052). Es la misma metodologfa que la utilizada en los deportes terrestres, por 10 que nosetr~taaqufcon mas.qetalle~ i~::"i

A NALISIS CINEfAATICO DE LA COMPETICION En la nataci6n de competici6n el objetivo ultimo de cualquier nadador es emplear el menor tiempo posible en la prueba en la que compite. En este resultado influyen factores de canicter psicologico, fisiologico y biomecanico. De la interacci6n de estos tres factores depende el rendimiento de los nadadores. Por tanto, el estudio del rendimiento del nadador se puede abarcar analizando aisladamente cada uno de estos factores, pero al final es la interaccidn entre ellos 10 que determinara el rendimiento en competicion. Por elIo, ya desde la decada de los 70 y,

Tiempo total = T. de salida + T. de nado + T. de viraje + T. de llegada

Analizaron la distancia que empleaban los nadadores de crol en realizar su primera brazada tras la salida y observaron que la mayona de ellos (92%) la realizaban entre los 7 y los 10 m, por 10que establecieron 10 m como la distancia objeto de analisis. Sin embargo, en la actualidad la distancia de nado subacuatico tras la salida ha aumentado considerablemente por el uso del movimiento ondulatorio subacuaieo, Por ello a principios de la decada de los 90 la FINA establecio15 m como distancia maxima de nado . subacuatico en competicioay, dado que fa mayorfa de nadadores actuales tienden a aprovechar al maximo este limite reglamentario, la comunidad cientffica ha pasado a utilizar 15 m como distancia de salida. EI tiempo empleado en completar dicha distancia (desde que eljuez da la salida hasta que la cabeza pasa por los 15 m) es el tiempo de salida y la velocidad media en completar los 15 m sera la velocidad de salida. En algunos informes se incluyen «tiempos parciales» de la salida,utilizando 5 y 10 m para ello.

NATACION 409 ...:B;::;fO:::.:M;.:;E:..:c::.A::..:N~fC::.A:..::;.:DELA

____________________________

subacuatico tras los virajes). Los tiempos empleados en cubrirestas distancias son el tiempo de aproximacion, desde que la cabeza corta con la linea de referencia hasta que cualquier parte del cuerpo contacta con la pared, y distancia de separacion, desde el final de la fase anterior hasta que la cabeza vuelve a pasar por la linea de referencia. Las velocidades se denominaran «velocidad de aproximacion y de separacien», respectivamente.

Salida 15m

Nado 2,5 m 6 27,S m

Viraje 7,5m

DISTANCIA DE LLEGADA Para determinar esta distancia analizaron los cambios en longitud y frecuencia de cicio cada 5 m en los iiltimos 50 m y observaron que en los iiltimos 10 m era cuando se producian los cambios mas evidentes. Por ello establecieron como distancia de llegada 10 m a partir del corte de la cabeza con la !fnea de referencia. Sin embargo, en la actualidad algunos investigadores prefieren utilizar la distancia de 5 m. Ademas, dado que el contacto con la pared se realiza con los dedos de I.amana y no con la cabeza, algunos investigadores colocan la referencia de 5 m antes de la pared, pero detienen el eronometro a 0,5 m de esta en un intento de eliminar el error que se introduce debido a que son los dedos de la mana los que detienen el tiempo al contactar con la pared, mientras que es la cabeza la referencia anat6mica utilizada en estos estudios. Sin embarso esto introduce otro error, pues no todos los nadadores tienen la misma lonaitud del miembro superior y, ademas, esta suele estar entre 0,75 y o 85 m en los nadadores de elite. EI tiempo empleado en completar la distancia de Ilezada es eJ tiempo de IIegada, y, Ja veJocidad, es la velocidad de llegad~. Nuevamente, algunos investigadores utilizan dos ~istancias de llezada; distancia de llegada 1 para el segmento comprendido entre 10 y 5~ de la pared y distancia de llegada 2 para los tiltimos 5 m. DISTANCIA DE NACO Esta distancia surge al «eliminar» las distancias anteriores, por 10 que es diferente segiin se trate de una piscina de 25 0 de 50 m

Nado lOm635m

Viraje 7,5m

Nado 7,5 m 632,5 m

Uegada 10m

--+i

Figura 20,53, Distanciasestandarizadaspara ha~er~tudios cinema!ic~sde laeompetiei6n. Enef easo del ,nado" fa cifrade la IzqU/erdaes parapisemas de 25 m y fa de fa derecha parapiscinas de 50 m.

(Fig. 20.53). En esta distancia se realiza la fase ciclica del nado, de manera que la velocidad media alcanzada por Jos nadadores depended de las longitudes y frecuencias de cicIo de estes: v=Lc·Fc donde v es la velocidad (mis), Lc la longitud de cicio (oincide con la brazada en mariposa y braza, mientras que en c~ol y espalda un cicl? in~l~ye dos brazadas [m]) y Fe la frecuencia de CIcio. Para su determinacion se suelen utilizar tres ciclos, es decir, tres brazadas en mariposa y braza, y seis brazadas en crol y espalda (hz = S·I). La velocidad de nado y la frecuencia de cicio son faciles de medir directamente, espacio/tiempo y ciclos/tiempo, respectivamente. Sin embargo, la longitud solo se puede- medir directamente si se dispone de tecnicas de fotogrametria. Como esto no suele ser co-

DISTANCIA DE VIRAJE

Del mismo modo que con la salida, observaron que tras el viraje la mayor parte de nadadores realizaban la primera brazada entre 4 y 7~ m de la pared. Por ello establecieron 7~ m como distancia de separacion tras el viraje. Para PC conectado Sistema a la plataforrria simplificar y facilitar los analisis decidiede referenda ron utilizar la misma distancia como distancia de aproximacion. De esta manera, la distancia de viraje esde 15 m: 7~ m de aproximacien y 7,5 m de separacion, En la actualidad se siguen utilizando estas distancias, pero algunos investigadores han utilizado distancias inferiores en la aproximacion, 4 0 5 m, debido a que la fase cfclica del nado no finaliza hasta esta distancia de Ia pared. Asimismo, tambien se han utilizado distancias mayores en la separacion, 10 m, debido ala prolferacion en la utilizacion del nado ondulatoFigura 20.52. A. Disposiei6n del instrumentalpara un an;ilisiscinetico y cinematieo de lassalidas. B, Detallede laplario subacuatico (el reglamento tambien taformaanclada alpoyete. limita a 15 m la distancia maxima de nado

0,00

..... ......

Mariposa Espalda -i>- Braze ...... Crel

0,00 VSalida

V 1"25

V2"25

VVir.

V3".25

VSalida

V4" 25 VUegldaSm

2,51

1,90

1,87

1,93

1,80

1,71

1,66

2,27

1,81

1,79

2,00

1,70

1,65

1,59

2,17

1,61

1,59

1,71

1,52

1,48

1,46

2,53

2,10

.2,02

2,09

1,94

1,85

1,81

...... ...... -0.___

Mariposa Espalda Braza Crel

vv«

V3"25

1,70

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1,65

1,55

1,61

1,74

1,55

1,52

1,46

1,51

1,47

1,49

1,39

1,35

1,30

1,83

1,79

1,89

1,73

1,66

1,60

V 1"25

V2"25

2,20

1,74

1,93

1,64

1,86

i,25

Figura 20,54, Vefocidadesparciales medias para los euatro estilos en la distancia de 100 m en 10511.00. de Sydney-2000.

V 4" 25 VU",dlSm 1,48

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BIOMECANICA DE LA NATACI6N

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

411

Longitud del cicio

Frecuencia del cicio

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

Mariposa

Espalda

l1li FC 1° 50

l1li FC2° 50

Braza

Crol

Mariposa

D FC (media)

Espalda

l1li FC 1° 50

Braza

III FC2° 50

Cral

2'

D FC (media)

Figura 20.55. Frecuenciasde cicio para mujeres (8) y hombres (A) para los cuatro estilos en la distancia de 100 m en los 11.00.de Sydney-2000.

rmin, 10 que se hace es calcular su valor a partir de los anteriores: Lc =v/Fc. En el caso de la frecuencia, la unidad del sistema intemacional es el hertzio (Hz),que se debe utilizar en las operaciones anteriores; sin embargo, los entrenadores estan mas acostumbrados aI parametro ciclos/minut~. Para convertir los hertzios en ciclos/min basta con multiplicar los hertZIOS por 60. ,~:;_...: A continuacion se presentan, a modo de ejemplo, los valores medios de los finalistas de los Juegos de Sydney-2000 de una prueba de velo~idad, 100 para los cuatro estilos, y otra de medio fondo, los 400 m libres. En el caso de los 100 m la figura 20.54 muestra la distribuci6n de velocidades en la salida, nado (ida), viraje, nado (vuelta) y llegada, para los cuatro estilos y ambos generos, Se puede observar un patron connin en los cuatro estilos en ambos generos; se a1canzan las velocidades parciales mas a1tas en el estilo crol y las mas bajas en el estilo braza. Ademas, las velocidades mas a1tas se a1canzan tras la salida y los virajes en todos los casos, 10 que indica la gran importancia que tiene reaJizar correct~~nte estas fases. T~bien se observa la gran importancia que tiene el viraje en el caso del estilo espalda, pues si bien las velocidades de salida, nado y Ilegada son inferiores a las del estilo mariposa, en el viraje supera a este estilo. Respecto a las longitudes y frecuencias de cicio, la figura 2055 indica como las frecuencias para los cuatro estilos son similares en hombres y mujeres. Sin embargo, la longitud de cicio esta entre 0,18 m (braza) y 0,3 m (crol), mayor en los hombres que en las mujeres. . En el ~aso de los 400 m, I~ figura 2056 vuelve a mostrar un patron bien definido donde las velocidades mas a1tas de nado se a1canzan tras la salida, son a1go menores tras los virajes y menores aiin durante la fase ~iclica de ?ado. ~in em~argo, dado el gran mimero de virajes (siete), la Importanc:a :elauva de esto~ es muy superior a la de la salida. Respecto ala fase cfclica de nado (FIg. 20.57), se observa como las frecuencias son alrededor.de un 13% mayores en mujeres que en hombres, 0,81 Hz frente a 0,69 Hz, pero las longitudes de cicio son un 23% mayores en los hombres: 2,5 frente a 1,92 m.

T S" SOm SOm SOm SOm SOm' SOm SOm SOm Media 1'"

Evolucion de la velocidad

3'"

4'

l1li Masculino

5'

6'

1,0

0,5

--

Masculino

--

Femenino

Figura 20.56. Velocidadesparcialesmedias para la prueba de 400 ml en los }f.00.

de Sydney-2000. Con estos analisis se puede llegar a las siguientes conclusiones generales: a) En relacion a la distancia:

- La importancia de la salida y la llegada disminuye aI aumentar la distancia. - La importancia de los virajes aumenta al aumentar la distancia. - En relacion al tiempo total, el tiempo de nado decrece al aumentar la distancia. - La frecuencia de cicio disminuye aI aumentar la distancia.

l1li Femenino

Figura 20.57. Frecuencias(A) y longitudes (8) del cicio para mujeres y hombres en la prueba de 400 m en losJj.oO. de Sydney-2000.

- La longitud de cicio aumenta aI aumentar la distancia hasta los 400 m; a partir de aqui se estabiliza.

aI genero: - Las variables tiempo total, tiempo de salida, tiempo de viraje, tiempo de nado y tiempo de llegada son mayores en mujeres que en hombres (0, 10 que es 10 mismo, las velocidades parciales y total son mayores en hombres que en mujeres), - Las frecuencias de cicio son similares, 50,100 Y200 m, pero aI aumentar la distancia son mayores en las mujeres. - Las longitudes de cicio son mayores en los hombres en todas las distancias.

1,5

l1li Masculino

l1li Femenino

b) En relacion 2,0

1'" 2' 3'" 4' 5' 6' T S' SOm SOm SOm SOm SOm SOm SOm SOm Media

c) En relacion aI estilo: - EI estilo que menores tiempos parciales y tiempo total presenta (mayores velocidades) es el crol y braza el que mayores tiempos presenta. - Mariposa presenta menores tiempos parciales y total (mayores velocidades) que espalda, excepto en los virajes, donde se invierte esta tendencia. - Las frecuencias mas a1tas se dan en el estilo mariposa y las mas bajas en espalda (y en la prueba de 200 m braza). - Respecto ala longitud del cicio, en los 100 m las mayores longitudes se dan en crol y espalda y son bastante menores en mariposa y, sobre todo, en braza. En 200 m suelen ser mayores en espalda, seguidas con pocas diferencias, de los estilos crol y braza; mariposa constituye el estilo que, con diferencia, presenta menores longitudes de cicio.

METODOLOGiA DEANiu.ISIS EI fundamento de este tipo de analisis consiste en colocar referencias en las distancias parciales estandarizadas y aI investigador perpendicular aI eje longitudinal de la piscina y aJineado con las referencias. A partir de aqui los datos se pueden tomar de dos maneras:

a) Observacion directa. Es el metodo utilizado por los entrenadores. Consiste en tomar los tiempos mediante un cronometro manual. En el caso del calculo de frecuencias existen los denominados «relojes de frecuencias», que proporcionan este dato de forma directa. b) Registros mediante camaras de video. Constituyen el meiodo utilizado por los investigadores, Consiste en colocar camaras de video perpendiculares a las referencias, sincronizadas mediante un «evento connin», por ejemplo unflash de Iuz en el instante de la salida. Hasta hace pocos anos se grabada en cintas de video que luego eran anaJizadas individuaJrnente, pero se trataba de un trabajo lento y laborioso. En la actualidad se tiende a utilizar camaras digitales conectadas a un PC que gestiona toda la informacion e, incJnso, en los ultimos aiios se estan utilizando sofisticadas tecnicas de digitalizacidn automatica. Esto facilita y acelera considerablemente el trabajo, ademas de liberar aI investigador, quien «tan solo» ha de estar controlando que el programa funcione correctamente.

BIBLlOGRAFiA Absaliamov T,Tunakovoy.Aseguramiento cientffico de la competici6n. Vneshtorgizdat, 1980. Adrian M, Singh M, Karpovich, Energy cost of the leg kick, arm stroke and whole stroke. Joumal of Applied Physiology, 1966; 21:1763-1766. Alley LE. Ao analysis of water resistance and propulsion in swimmng the crawl stroke. Res Quart,1952; 23:253-270. Amar 1.The human motor. Londres: G. Routledge, 1920. Aodrews JG. Biomechanical analysis of human motion. Kinesiology Reviw IV,MRPER, 1974; 32-42. Arellano R. Vorticesand propulsion. En: Sanders, Linsten (eds.).Applied procedings of the xvn international symposium on biomechanics in sport: Swimming. E. School of Biomedical and Sport Science. Edith Cowean University,1999. Arellano R, Pardillo S, GavilanA. Underwater undulatory swimming: kinematic characteristics, vortex generation and application during the start, turn and swimming strokes. Applied proceedings: Swimming. XX'" International Symposium on Biomechanics in Sport. Universidad de Extremadura, 2002. Bachrach W. Outline of swimming. Chicago,1924.

_Ai 0

BIOMECANICA DE LA NATACI6N

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

411

Longitud del cicio

Frecuencia del cicio

2,50

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

Mariposa

Espalda

l1li FC 1° 50

l1li FC2° 50

Braza

Crol

Mariposa

D FC (media)

Espalda

l1li FC 1° 50

Braza

III FC2° 50

Cral

2'

D FC (media)

Figura 20.55. Frecuenciasde cicio para mujeres (8) y hombres (A) para los cuatro estilos en la distancia de 100 m en los 11.00.de Sydney-2000.

rmin, 10 que se hace es calcular su valor a partir de los anteriores: Lc =v/Fc. En el caso de la frecuencia, la unidad del sistema intemacional es el hertzio (Hz),que se debe utilizar en las operaciones anteriores; sin embargo, los entrenadores estan mas acostumbrados aI parametro ciclos/minut~. Para convertir los hertzios en ciclos/min basta con multiplicar los hertZIOS por 60. ,~:;_...: A continuacion se presentan, a modo de ejemplo, los valores medios de los finalistas de los Juegos de Sydney-2000 de una prueba de velo~idad, 100 para los cuatro estilos, y otra de medio fondo, los 400 m libres. En el caso de los 100 m la figura 20.54 muestra la distribuci6n de velocidades en la salida, nado (ida), viraje, nado (vuelta) y llegada, para los cuatro estilos y ambos generos, Se puede observar un patron connin en los cuatro estilos en ambos generos; se a1canzan las velocidades parciales mas a1tas en el estilo crol y las mas bajas en el estilo braza. Ademas, las velocidades mas a1tas se a1canzan tras la salida y los virajes en todos los casos, 10 que indica la gran importancia que tiene reaJizar correct~~nte estas fases. T~bien se observa la gran importancia que tiene el viraje en el caso del estilo espalda, pues si bien las velocidades de salida, nado y Ilegada son inferiores a las del estilo mariposa, en el viraje supera a este estilo. Respecto a las longitudes y frecuencias de cicio, la figura 2055 indica como las frecuencias para los cuatro estilos son similares en hombres y mujeres. Sin embargo, la longitud de cicio esta entre 0,18 m (braza) y 0,3 m (crol), mayor en los hombres que en las mujeres. . En el ~aso de los 400 m, I~ figura 2056 vuelve a mostrar un patron bien definido donde las velocidades mas a1tas de nado se a1canzan tras la salida, son a1go menores tras los virajes y menores aiin durante la fase ~iclica de ?ado. ~in em~argo, dado el gran mimero de virajes (siete), la Importanc:a :elauva de esto~ es muy superior a la de la salida. Respecto ala fase cfclica de nado (FIg. 20.57), se observa como las frecuencias son alrededor.de un 13% mayores en mujeres que en hombres, 0,81 Hz frente a 0,69 Hz, pero las longitudes de cicio son un 23% mayores en los hombres: 2,5 frente a 1,92 m.

T S" SOm SOm SOm SOm SOm' SOm SOm SOm Media 1'"

Evolucion de la velocidad

3'"

4'

l1li Masculino

5'

6'

1,0

0,5

--

Masculino

--

Femenino

Figura 20.56. Velocidadesparcialesmedias para la prueba de 400 ml en los }f.00.

de Sydney-2000. Con estos analisis se puede llegar a las siguientes conclusiones generales: a) En relacion a la distancia:

- La importancia de la salida y la llegada disminuye aI aumentar la distancia. - La importancia de los virajes aumenta al aumentar la distancia. - En relacion al tiempo total, el tiempo de nado decrece al aumentar la distancia. - La frecuencia de cicio disminuye aI aumentar la distancia.

l1li Femenino

Figura 20.57. Frecuencias(A) y longitudes (8) del cicio para mujeres y hombres en la prueba de 400 m en losJj.oO. de Sydney-2000.

- La longitud de cicio aumenta aI aumentar la distancia hasta los 400 m; a partir de aqui se estabiliza.

aI genero: - Las variables tiempo total, tiempo de salida, tiempo de viraje, tiempo de nado y tiempo de llegada son mayores en mujeres que en hombres (0, 10 que es 10 mismo, las velocidades parciales y total son mayores en hombres que en mujeres), - Las frecuencias de cicio son similares, 50,100 Y200 m, pero aI aumentar la distancia son mayores en las mujeres. - Las longitudes de cicio son mayores en los hombres en todas las distancias.

1,5

l1li Masculino

l1li Femenino

b) En relacion 2,0

1'" 2' 3'" 4' 5' 6' T S' SOm SOm SOm SOm SOm SOm SOm SOm Media

c) En relacion aI estilo: - EI estilo que menores tiempos parciales y tiempo total presenta (mayores velocidades) es el crol y braza el que mayores tiempos presenta. - Mariposa presenta menores tiempos parciales y total (mayores velocidades) que espalda, excepto en los virajes, donde se invierte esta tendencia. - Las frecuencias mas a1tas se dan en el estilo mariposa y las mas bajas en espalda (y en la prueba de 200 m braza). - Respecto ala longitud del cicio, en los 100 m las mayores longitudes se dan en crol y espalda y son bastante menores en mariposa y, sobre todo, en braza. En 200 m suelen ser mayores en espalda, seguidas con pocas diferencias, de los estilos crol y braza; mariposa constituye el estilo que, con diferencia, presenta menores longitudes de cicio.

METODOLOGiA DEANiu.ISIS EI fundamento de este tipo de analisis consiste en colocar referencias en las distancias parciales estandarizadas y aI investigador perpendicular aI eje longitudinal de la piscina y aJineado con las referencias. A partir de aqui los datos se pueden tomar de dos maneras:

a) Observacion directa. Es el metodo utilizado por los entrenadores. Consiste en tomar los tiempos mediante un cronometro manual. En el caso del calculo de frecuencias existen los denominados «relojes de frecuencias», que proporcionan este dato de forma directa. b) Registros mediante camaras de video. Constituyen el meiodo utilizado por los investigadores, Consiste en colocar camaras de video perpendiculares a las referencias, sincronizadas mediante un «evento connin», por ejemplo unflash de Iuz en el instante de la salida. Hasta hace pocos anos se grabada en cintas de video que luego eran anaJizadas individuaJrnente, pero se trataba de un trabajo lento y laborioso. En la actualidad se tiende a utilizar camaras digitales conectadas a un PC que gestiona toda la informacion e, incJnso, en los ultimos aiios se estan utilizando sofisticadas tecnicas de digitalizacidn automatica. Esto facilita y acelera considerablemente el trabajo, ademas de liberar aI investigador, quien «tan solo» ha de estar controlando que el programa funcione correctamente.

BIBLlOGRAFiA Absaliamov T,Tunakovoy.Aseguramiento cientffico de la competici6n. Vneshtorgizdat, 1980. Adrian M, Singh M, Karpovich, Energy cost of the leg kick, arm stroke and whole stroke. Joumal of Applied Physiology, 1966; 21:1763-1766. Alley LE. Ao analysis of water resistance and propulsion in swimmng the crawl stroke. Res Quart,1952; 23:253-270. Amar 1.The human motor. Londres: G. Routledge, 1920. Aodrews JG. Biomechanical analysis of human motion. Kinesiology Reviw IV,MRPER, 1974; 32-42. Arellano R. Vorticesand propulsion. En: Sanders, Linsten (eds.).Applied procedings of the xvn international symposium on biomechanics in sport: Swimming. E. School of Biomedical and Sport Science. Edith Cowean University,1999. Arellano R, Pardillo S, GavilanA. Underwater undulatory swimming: kinematic characteristics, vortex generation and application during the start, turn and swimming strokes. Applied proceedings: Swimming. XX'" International Symposium on Biomechanics in Sport. Universidad de Extremadura, 2002. Bachrach W. Outline of swimming. Chicago,1924.

Manifestation de las fuerzas aerodinamic:as en diferentes deportes: ciclismo y atletismo J. Garcfa L6pez

Objetivos 1. Identificar las fuerzas aerodinamicas en el marco de las fuerzas resistivas en ciclismo 2. Conoeer la influencia de la fuerza de arrastre en las pruebas ciclistas de ruta: pruebas de contrarreloj, pruebas llanas que se realizan en grupo y pruebas con puertos de montaaa 3. Justificar la altitud optima para competir en diferentes pruebas ciclistas en funcidn de la combinacion de factores biomecanicos y fisiologicos 4. Conoeer el efecto de distintas posieiones de los ciclistas en la bicicleta en el area frontal 5. Ser entices con los verdaderos efectos en la fuerza de arrastre de la utilizacion de diferentes indumentarias y el casco 6. Identificar las partes de la bicicleta (cuadro, ruedas y manillar) que pueden minimizar la fuerza de arrastre y mejorar el rendimiento de los ciclistas 7. Conocer la importancia de «ir a rueda» 0 drafting en ciclismo, natacion y atletismo, asl como los factores que condicionan los beneficios obtenidos con el draftillg 8. Saber el efecto que tiene la fuerza de arrastre en las carreras de fondo y de velocidad 9. Cuantificar el efecto de la velocidad del viento y la densidad del aire en las pruebas atleticas de fondo y de velocidad 10. Ser entices con los verdaderos efectos en la fuerza de arrastre de la utilizacion de diferentes indumentarias utilizadas por los atletas II. Justificar en que modalidades de saltos atleticos Iiifuerza de arrastre tiene un papel irnportante y conocer las estrategias que pueden minimizarla 12. Justifiear en que modalidades de lanzarnientos atleticos las fuerzas aerodinamicas tienen UD papel irnportante y conoeer las estrategias para manipularlas 13. Conocer los factores estructurales y biomecanicos que afectan al vuelo de los irnplementos utilizados en pruebas de lanzarnientos atleticos

Resumen Se analizan lasfuerzas aerodinomicas que illjluyen en el rendimiemo del cielismo y del atletismo. Lafuerza de arrasIre consume mas del 90% de la potencia en laspmebas de contrarreloj, dismillleyeesta hasta ell 1111 70% en el centro del peloton yes menor del 10% en subidas. Cuando se illlema batir el record de la hora, la altifledoptimapara competir es de 2500 Ill. La geometr[a del cuadro de la bicieleta, el tipo de tuedas y elmanillar pueden condicionar el rendimiemo ell este deporte. Noe~tt1claro que los cascosy algunas vesimentas dismilllo'aniafieerza de arrastre;solo cubrir las zapatillas del cielista hademoslrado ser efectivo. Ir a rueda (drafting) de otm competidor dismilllo'e lapotencia para desplazarse ell ciclismo (30%), nalaciOIl(20%) y atletismo (8%). Ell eielismo la distallcia entre las tuedas de los eorredores, el tuunerode corredores que eonfonnall el grupo y laposicion del corredor denno delmismo pueden disminuir la potencia 1111 70%. Ennataeionla mejor posiciOIl(20%) es irjusto delras del primer competidor, aunque nadar en parale/o (1 m de separaeioll horizomo! y vertical) tambihl es beneicioso (8%). Ell las carreras defondo (linicas dOlldese hace drafting) dismimcyeel gasto ellergeticoun3-6%. Lafuerza de arrastrees importallle ell lasptuebas de cartera (8% de la enetgia para la velocidad )'4-5% para la de fOlldo)' lafilerza de sustemacioll ell los lallzallliellfosde disco)' jabalilla. Una dislllillliciollenla densidad del aire)' el I'iellloafavor illjllcyellpositivameme ell las carreras de I'elocidody el salta de longitud; sus eJectosSOildudosos ell triple salta)' saito COilpertiga)' perjudiciales ell carretas defOlldo; es necesatio conocer lIlejorsus eJectosell las ptuebas de lallzamiellto.Ell ellallzamiemo de martiI/o,2-4m de la distallciacOllseguidadepelldellde lafilena de arrastre.

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

INTRODUCCION El presente capftulo aborda las fuerzas aerodinarnicas que afectan al rendirniento en el ciclismo y el atletismo, asf como a las diferentes disci' plinas que conforman estos deportes: pmebas de ruta, contrarreloj y de pista en ciclismo; carreras, saltos y lanzamientos en atletismo. Se han utilizado diferentes estudios cientfficos que cuantifican el efecto de las fuerzas aerodinamicas en estos deportes que ilustran con acontecirnientos historicos el hecho de que verdaderamente puede optimizarse el rendirniento en estas disciplinas conociendo los factores que afectan ala aerodinamica, La velocidad del viento, la densidad del aire, la posicion en diferentes tipos de bicicletas, las caracterfsticas de las ruedas, el uso de casco y la indumentaria, etc. son factores que afectan a la fuerza de arrastre en ciclismo, siendo esta la principal fuerza que se opone al avance de los ciclistas. El viento a favor y la disminucion en la densidad del aire benefician a los atletas que compiten en pruebas de velocidad, cuantificandose el efecto que tienen estos factores en el resultado 0 marca deportiva. Otros factores, como la indumentaria utilizada por los atletas de estas disciplinas, tambien son analizados y discutidos. En general, ir detras de otro competidor resulta beneficioso para los ciclistas, nadadores y atletas. Se analizan las disciplinas donde puede utilizarse esta estrategia y los factores que pueden modificar dichos beneficios. Tambien se pone de relieve el desconocimiento que todavia existe acerca de la influencia de la aerodinamica en estos deportes. Por ejemplo, es necesario evaluar los nuevos cascos de seguridad que estan siendo utilizados en ciclismo, asi como disponer de informacion cientifica y fiablesobre la aerodinamica de los materiales utilizados durante la competicion; es necesario;profundizar en el analisis de la verdadera influencia del viento a favor en las disciplinas de triple salta y salto con pertiga; y son necesarios nuevos estudios que generen base de c~nocimiento sobre los limites de mejora en algunas modaIidades de lanzamientos atleticos (jabalina, disco y martillo). Los fundamentos relacionados con la fuerza aerodinamica (principios, ecuaciones de calculo, etc.) han sido analizados en el capitulo -Dinamlca de fluidos: el efecto del agua y del aire», Cualquier duda que sUIja de este do~umento deberfa poder resolverse con la lectura del anterior, ya que se ha intentado no volver a recordar conceptos basicos para enfocar la problematica desde el punto de vista del deporte que es objeto de estudio.

CICLISMO

MANIFESTACION DE LAS FUERZAS AERODINAMICAS EN DIFERENTES DEPORTES: CICLISMO YATLEnSMO

y giran por encima del suelo (FRr), la fuerza de arrastre tiene su origen en la interaccion entre el sistema ciclista-bicicleta y el aire (FA) y la fuerza de la pendiente depende de la inclinacion del terreno y el peso del sistema ciclista-bicicleta (FP).Aplicando la primera ley de Newton (Kane y Stemheim, 1991), para que un ciclista pedalee a una velocidad estable, es necesario que las fuerzas propulsivas (aplicadas a los pedales y la biela) sean iguales que las resistivas; puede mantenerse una mayor velocidad estable para la misma fuerza propulsiva cuando las fuerzas resistivas son minimizadas (por ejemplo, en pruebas de contrarreloj, persecucion, etc.). Otra posible aplicacidn de esta ley es considerar que la aceleracion de un ciclista sera mayor, siendo constante la fuerza propulsiva, cuanto menores sean las fuerzas resistivas (por ejemplo, durante algunas competiciones de ciclismo en pista, demarraje en ciclismo de ruta, etc.). Se puede hablar, por tanto, de una fuerza resistiva (Fresistiva = FRc + FRr + FA + FP) Y de una potencia resistiva (presitiva = [FRc + FRr + FA + FPj· V) absolutas que determinaran la eficacia de la fuerza propulsiva. La ecnacion empleada para calcular la potencia destinada a veneer la fuerza de rozamiento cinetico es la siguiente (Dahn et a/., 1991): PFRc = V· (91 + 8,7· v)· 10.3 (donde PFRc es la potencia de rozamiento clnetico en W yves la velocidad de desplazamiento en m . S-I). Autores como Martin et a/. (Martin et a/., 1998) han desarrollado modelos matematicos que estiman que las perdidas por rozamiento cinetico son del 1-3% de la potencia total desarrollada por el ciclista, 10 que deja patente la escasa influencia de este factor. No obstante, los ciclistas y mecanicos de un equipo ciclista manipulan cuidadosamente tanto los ejes como las cadenas con el objetivo de disminuir su rozamiento: La ecuacion empleada para calcular la potencia destinada a veneer la fuerza de rozamiento por rodadura es la siguiente (Gutierrez, 1999): PFRr= ur- FN· v (donde PFRres Ia potencia de rozamiento por rodadura en W, ur es el coeficiente de rozamiento por rodadura [adimensional], FN es la fuerza normal en N, que en llano es aproximadamente la fuerza del peso del sistema ciclista-bicicleta, y l' es la velocidad de desplazamiento en m . S-I). Durante las pruebas de ciclismo en nita que se rea.~ lizan en llano (velocidades superiores a 40 km . h-I)las perdidas por rozamiento por rodadura son inferiores allO% de la potencia total desarrollada por el ciclista y durante las pruebas de ciclismo en pista (velocidades superiores a 50 km . lr') dichas perdidas son menores del 3,5% (Di Prampero, 2001). No obstante, modificando cualquiera de estos factores puede conseguirse una mejora importante para los ciclistas de alto nivel. Se considera que el coeficiente de rozamiento por rodadura de un neumatico estandar para las pruebas de ruta es de 0,003-0,004 (Gergor

Las fuerzas aerodinamicas en ciclismo pueden clasificarse dentro del marco general de las variables cineticas que afectan a este deporte; son fuerzas propulsivas cuando favorecen el desplazamiento del sistema ciclista-bicicleta y fuerzas resistivas cuando 10perjudican (Fig. 21.1). La manifestacion mas estudiada de las fuerzas aerodinamicas en cicJismo es la fuerza de arrastre y se considera que siempre deceFUERZAS PROPULSIVAS RJERZASRESISTlVAS lera el sistema ciclista-bicicleta. • Fuerzas generadas en 105 musculos • Fuerza de rozamiento cinetico. Entre las fuerzas resistivas la fuerdel ciclista. • Fuerza de razamiento de todadum: • Fuerzas aplicadas a los pedales y za de rozamiento cinetico se manifiesta • Fuerza de atrastre (aerodinamica). a las bielas de la bkideta. : • Fuerza de la pendiente. en la cadena y los cojinetes de las rueda ........................................... (FRc), la fuerza de rozamiento de rodadura surge cuando las ruedas contactan Figura 21.1. Variablescineticas en ciclismo: principales fuerzas propulsivas y resistivas.

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el a/., 1991; Grappe et a/., 1997) y va disminuyendo a medida que la superficie es mas lisa, tal y como ocurre en las competiciones de pista, donde se consideran valores de 0,0020cO,0027 (Capelli et a/., 1993; Padilla et a/., 2000). Cuando el neumaico es mas ancho (mas de 22-23 rum de tubular), como en el caso de las pruebas de triatlon, los valores son aproximadamente de 0,0066 y aumentan todavia mas para las pruebas con bicicleta de montaiia (Martin et a/., 1998). Como ya se ha desarrollado en anteriores capitulos, la ecuacion empleada para calcular la potencia destin ada a veneer la fuerza de arrastre aerodinamica es la siguiente (Hoerner, 1965; Di Prampero, 2001): PE-I= 0,5 . p- S . Cx . vl (donde PIil es la potencia de arrastre aerodinsmica en W, p es la densidad del aire en kg . m-3, S es el area frontal del sistema ciclista-bicicleta en m', Cx es el coeficiente de arrastre [adimensional], S . Cx es el coeficiente de succion en m' yves la velocidad relativa del aire en m . S-I). La mayor parte de la potencia del ciclista (mas del 90%) esta destinada a veneer la fuerza de arrastre cuando las competiciones ciclistas se desarrollan en llano y a altas velocidades (Fig. 21.2); quizas por este motivo ha sido la resistencia mas analizada en la bibliograffa (Di Prampero, 2001). Su valor depende en gran medida de la velocidad a la que se desarrolle la competicion y del tipo de bicicleta y de las posturas utilizadas. Por 10 tanto, mas del 90% de la potencia total del ciclista se empleara para veneer la fuerza de arrastre cuando circule a mas de 5"0kmih en una bicicIeta de paseo (agarre alto del manillar, totalmente erguido), a mas de 40 kmih en una bicicleta estandar de ruta (agarre bajo del manillar) y a mas de 30 kmih en una bicicleta aerodinamica (manillar de triatlon) (Di Prampero, 2001). La ecuacion empleada para calcular la potencia destinada a veneer la fuerza de la pendiente es la siguiente (Jeukendrup y Martin, 2001): P FP = P . % . v (donde P FP es la potencia debida a la pendiente en W, P es el peso del sistema ciclista-bicicleta en N, o/p es el desnivel 0 inclinacion de la pendiente expresado en tanto por uno yves la velocidad de desplazamiento en m . S-I). Se trata de una ecuacion simplificada para pendientes inferiores al20% (0,20 expresadas en tanto por uno). De esta forma, sobre el hipotetico caso de un ciclista de 60 kg que utiliza una bicicIeta de 10 kg Y que quiere ascender por una pendiente del 10% a 18 kmih (5 mls), la PFP = (60 + 10) . 9,81 ·0,10 = 344 W. Segiin 10 que

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se ha comentado, es bastante probable que en las competiciones ciclistas la fuerza de la pendiente y la fuerza de arrastre consuman mas del 90% de la potencia desarrollada por eJ ciclista. Sin embargo, la contribucion relativa de cada una de elias dependera de la inclinacion de la superficie, ya que esta condicionara la velocidad del sistema ciclista-bicicleta. En un estudio llevado a cabo con ciclistas profesionales que compitieron en la Vuelta a Espana (Rodrfguez-Marroyo et a/., 2003), tomando como referencia las velocidades reales y las pendientes de los puertos que debieron ascender, se ha calculado el porcentaje de la potencia total que los ciclistas emplearon para veneer las resistencias de rodadura, aerodinamica y de la pendiente durante la ascension a puertos de categorfa especial, primera, segunda y tercera (Fig. 21.3). En las tres primeras categonas el porcentaje de potencia empleado para veneer la resistencia aerodinamica fue menor del 5% y practicamente inapreciable en los puertos de categorfa especial. Por su parte, el porcentaje de la potencia total que los ciclistas emplearon para veneer la resistencia de la pendiente fue mayor del 90% . En conclusion, la potencia que los ciclistas destin an a veneer las fuerzas de rozamiento cinetico y por rodadura suele ser inferior allO% y, aunque ambas resistencias pueden minimizarse, no constituyen el principal factor que afecta al rendirniento. Sin embargo, la potencia que los ciclistas destinan a veneer la fuerza de arrastre y la fuerza de la pendiente suele ser mayor del 90% y depende en gran medida de la orografia donde se desarrolla la competicion. En el argot ciclista se sueJe denominar «ciclistas rodadores» a aquellos que tienen la capacidad de minimizar la fuerza de arrastre durante las competiciones en llano y «ciclistas esealadores» a aquellos que tienen la capacidad de minimizar la fuerza de la pendiente durante las competiciones con grandes desniveles 0 puertos de montana. Diferentes estudios cientificos han demostrado el mayor rendimiento de unos grupos de ciclistas en las pruebas lIanas 0 con puertos de montana en funcion de·las caracterfsticas que se han comentado (padilla et ai., 2000; Atkinson et a/., 2003; Jrnpellizzeri et a/., 2005). En el presente apartado se abordan los factores que influyen en el rendimiento ciclista durante pruebas llanas desarrolladas a gran velocidad, donde la fuerza de arrastre constituye la principal fuerza resistiva que se

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ficado de Di PramperoPE.Cycling on Earth"in space, on the Moon. EurJ Appl Physiol,2001; 82:345-360).

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

INTRODUCCION El presente capftulo aborda las fuerzas aerodinarnicas que afectan al rendirniento en el ciclismo y el atletismo, asf como a las diferentes disci' plinas que conforman estos deportes: pmebas de ruta, contrarreloj y de pista en ciclismo; carreras, saltos y lanzamientos en atletismo. Se han utilizado diferentes estudios cientfficos que cuantifican el efecto de las fuerzas aerodinamicas en estos deportes que ilustran con acontecirnientos historicos el hecho de que verdaderamente puede optimizarse el rendirniento en estas disciplinas conociendo los factores que afectan ala aerodinamica, La velocidad del viento, la densidad del aire, la posicion en diferentes tipos de bicicletas, las caracterfsticas de las ruedas, el uso de casco y la indumentaria, etc. son factores que afectan a la fuerza de arrastre en ciclismo, siendo esta la principal fuerza que se opone al avance de los ciclistas. El viento a favor y la disminucion en la densidad del aire benefician a los atletas que compiten en pruebas de velocidad, cuantificandose el efecto que tienen estos factores en el resultado 0 marca deportiva. Otros factores, como la indumentaria utilizada por los atletas de estas disciplinas, tambien son analizados y discutidos. En general, ir detras de otro competidor resulta beneficioso para los ciclistas, nadadores y atletas. Se analizan las disciplinas donde puede utilizarse esta estrategia y los factores que pueden modificar dichos beneficios. Tambien se pone de relieve el desconocimiento que todavia existe acerca de la influencia de la aerodinamica en estos deportes. Por ejemplo, es necesario evaluar los nuevos cascos de seguridad que estan siendo utilizados en ciclismo, asi como disponer de informacion cientifica y fiablesobre la aerodinamica de los materiales utilizados durante la competicion; es necesario;profundizar en el analisis de la verdadera influencia del viento a favor en las disciplinas de triple salta y salto con pertiga; y son necesarios nuevos estudios que generen base de c~nocimiento sobre los limites de mejora en algunas modaIidades de lanzamientos atleticos (jabalina, disco y martillo). Los fundamentos relacionados con la fuerza aerodinamica (principios, ecuaciones de calculo, etc.) han sido analizados en el capitulo -Dinamlca de fluidos: el efecto del agua y del aire», Cualquier duda que sUIja de este do~umento deberfa poder resolverse con la lectura del anterior, ya que se ha intentado no volver a recordar conceptos basicos para enfocar la problematica desde el punto de vista del deporte que es objeto de estudio.

CICLISMO

MANIFESTACION DE LAS FUERZAS AERODINAMICAS EN DIFERENTES DEPORTES: CICLISMO YATLEnSMO

y giran por encima del suelo (FRr), la fuerza de arrastre tiene su origen en la interaccion entre el sistema ciclista-bicicleta y el aire (FA) y la fuerza de la pendiente depende de la inclinacion del terreno y el peso del sistema ciclista-bicicleta (FP).Aplicando la primera ley de Newton (Kane y Stemheim, 1991), para que un ciclista pedalee a una velocidad estable, es necesario que las fuerzas propulsivas (aplicadas a los pedales y la biela) sean iguales que las resistivas; puede mantenerse una mayor velocidad estable para la misma fuerza propulsiva cuando las fuerzas resistivas son minimizadas (por ejemplo, en pruebas de contrarreloj, persecucion, etc.). Otra posible aplicacidn de esta ley es considerar que la aceleracion de un ciclista sera mayor, siendo constante la fuerza propulsiva, cuanto menores sean las fuerzas resistivas (por ejemplo, durante algunas competiciones de ciclismo en pista, demarraje en ciclismo de ruta, etc.). Se puede hablar, por tanto, de una fuerza resistiva (Fresistiva = FRc + FRr + FA + FP) Y de una potencia resistiva (presitiva = [FRc + FRr + FA + FPj· V) absolutas que determinaran la eficacia de la fuerza propulsiva. La ecnacion empleada para calcular la potencia destinada a veneer la fuerza de rozamiento cinetico es la siguiente (Dahn et a/., 1991): PFRc = V· (91 + 8,7· v)· 10.3 (donde PFRc es la potencia de rozamiento clnetico en W yves la velocidad de desplazamiento en m . S-I). Autores como Martin et a/. (Martin et a/., 1998) han desarrollado modelos matematicos que estiman que las perdidas por rozamiento cinetico son del 1-3% de la potencia total desarrollada por el ciclista, 10 que deja patente la escasa influencia de este factor. No obstante, los ciclistas y mecanicos de un equipo ciclista manipulan cuidadosamente tanto los ejes como las cadenas con el objetivo de disminuir su rozamiento: La ecuacion empleada para calcular la potencia destinada a veneer la fuerza de rozamiento por rodadura es la siguiente (Gutierrez, 1999): PFRr= ur- FN· v (donde PFRres Ia potencia de rozamiento por rodadura en W, ur es el coeficiente de rozamiento por rodadura [adimensional], FN es la fuerza normal en N, que en llano es aproximadamente la fuerza del peso del sistema ciclista-bicicleta, y l' es la velocidad de desplazamiento en m . S-I). Durante las pruebas de ciclismo en nita que se rea.~ lizan en llano (velocidades superiores a 40 km . h-I)las perdidas por rozamiento por rodadura son inferiores allO% de la potencia total desarrollada por el ciclista y durante las pruebas de ciclismo en pista (velocidades superiores a 50 km . lr') dichas perdidas son menores del 3,5% (Di Prampero, 2001). No obstante, modificando cualquiera de estos factores puede conseguirse una mejora importante para los ciclistas de alto nivel. Se considera que el coeficiente de rozamiento por rodadura de un neumatico estandar para las pruebas de ruta es de 0,003-0,004 (Gergor

Las fuerzas aerodinamicas en ciclismo pueden clasificarse dentro del marco general de las variables cineticas que afectan a este deporte; son fuerzas propulsivas cuando favorecen el desplazamiento del sistema ciclista-bicicleta y fuerzas resistivas cuando 10perjudican (Fig. 21.1). La manifestacion mas estudiada de las fuerzas aerodinamicas en cicJismo es la fuerza de arrastre y se considera que siempre deceFUERZAS PROPULSIVAS RJERZASRESISTlVAS lera el sistema ciclista-bicicleta. • Fuerzas generadas en 105 musculos • Fuerza de rozamiento cinetico. Entre las fuerzas resistivas la fuerdel ciclista. • Fuerza de razamiento de todadum: • Fuerzas aplicadas a los pedales y za de rozamiento cinetico se manifiesta • Fuerza de atrastre (aerodinamica). a las bielas de la bkideta. : • Fuerza de la pendiente. en la cadena y los cojinetes de las rueda ........................................... (FRc), la fuerza de rozamiento de rodadura surge cuando las ruedas contactan Figura 21.1. Variablescineticas en ciclismo: principales fuerzas propulsivas y resistivas.

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se ha comentado, es bastante probable que en las competiciones ciclistas la fuerza de la pendiente y la fuerza de arrastre consuman mas del 90% de la potencia desarrollada por eJ ciclista. Sin embargo, la contribucion relativa de cada una de elias dependera de la inclinacion de la superficie, ya que esta condicionara la velocidad del sistema ciclista-bicicleta. En un estudio llevado a cabo con ciclistas profesionales que compitieron en la Vuelta a Espana (Rodrfguez-Marroyo et a/., 2003), tomando como referencia las velocidades reales y las pendientes de los puertos que debieron ascender, se ha calculado el porcentaje de la potencia total que los ciclistas emplearon para veneer las resistencias de rodadura, aerodinamica y de la pendiente durante la ascension a puertos de categorfa especial, primera, segunda y tercera (Fig. 21.3). En las tres primeras categonas el porcentaje de potencia empleado para veneer la resistencia aerodinamica fue menor del 5% y practicamente inapreciable en los puertos de categorfa especial. Por su parte, el porcentaje de la potencia total que los ciclistas emplearon para veneer la resistencia de la pendiente fue mayor del 90% . En conclusion, la potencia que los ciclistas destin an a veneer las fuerzas de rozamiento cinetico y por rodadura suele ser inferior allO% y, aunque ambas resistencias pueden minimizarse, no constituyen el principal factor que afecta al rendirniento. Sin embargo, la potencia que los ciclistas destinan a veneer la fuerza de arrastre y la fuerza de la pendiente suele ser mayor del 90% y depende en gran medida de la orografia donde se desarrolla la competicion. En el argot ciclista se sueJe denominar «ciclistas rodadores» a aquellos que tienen la capacidad de minimizar la fuerza de arrastre durante las competiciones en llano y «ciclistas esealadores» a aquellos que tienen la capacidad de minimizar la fuerza de la pendiente durante las competiciones con grandes desniveles 0 puertos de montana. Diferentes estudios cientificos han demostrado el mayor rendimiento de unos grupos de ciclistas en las pruebas lIanas 0 con puertos de montana en funcion de·las caracterfsticas que se han comentado (padilla et ai., 2000; Atkinson et a/., 2003; Jrnpellizzeri et a/., 2005). En el presente apartado se abordan los factores que influyen en el rendimiento ciclista durante pruebas llanas desarrolladas a gran velocidad, donde la fuerza de arrastre constituye la principal fuerza resistiva que se

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ficado de Di PramperoPE.Cycling on Earth"in space, on the Moon. EurJ Appl Physiol,2001; 82:345-360).

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MANIFESTACION DE LAS FUERZAS AERODINAMICAS EN OIFERENTES DEPORTES: CICUSMO Y ATLE77SMO

tud, respectivamente). Otro factor muy importante es que los velodromos sean cubiertos 0 descubiertos, ya que en estos Ultimos existen mayores posihilidades de alterar la velocidad del viento, 10 que inf1uye negativamente en el rendimiento de los ciclistas.

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EFEeros DEL AREA FRONTAL DEL CICLISTA Y LA BICICLETA

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1.i! categoria (6.5%)

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Puertos de montana

Figura 21.3. Porcentajede potencia total empleada en vencer la resistencia de lapendiente, aerodinamica y de rodadura en una prpeba de ciclismo en carreteraduraii~ te la ascension a puertos de categoria especial, primera, segunda y tercera(modificado de Rodriguez-MarroyoJA, Garda-Lopez J, Avila Me, Jimenez F, Cordova A, Villa JG. Intensity of exercise according to topography in professional cyclists. Me!! Sci Sports Exer,2003; 35:1209-1215).

oponeal avance del sistema ciclista-bicicleta, Para ella se parte de la ecuacion general de la fuerza de arrastre (FA = 0,5' p- S . Cx- v2) y se analizan minuciosamente todas las variables que inf1uyen en la ecuacion, moos DE LA TEMPERATURA Y LA ALTITUD DE LA COMPETICI6N , Seglin se ha comentad6~d1nteriores capitulos, ambas variables afectan a la densidad del aire (p).A nivel teorico, un incremento en la temperatura supondrfa un aumento de la viscosidad del aire y, por 10 tanto, de la fuerza de arrastre viscose (Gonzalez et al., 1998). Sin embargo, este aumento de temperatura afecta mas a la presion del aire al disminuir la densidad del mismo. Si recurrimos ala ecuacion desarrollada en anteriores capitulos, para estimar los efectos de la presion y la temperatllra del aire en la densidad del mismo (p = Pox [2731760]x [pm), nos daremos cuenta de que la temperatura se expresa en grados kelvin eK), por 10 que la inf1uencia de esta variable en la densidad es muy debil, dentro de los margenes tolerados para el esfuerzo humano. Por 10 tanto, desde un punto de vista puramente mecinico, sin tener en cuenta factores como la termorregnlacidn de los ciclistas, un ligero aumento de la temperatura disminuirfa la fuerza de arrastre. Mucho mas influyente en la fuerza de arrastre que la temperatura atmosferica es la presion atmosferica. Recurriendo_ a IamisUl(l.~.cuacion obtendremos que solo a 800 m de altitud (p = 1,171 kg· m') la fuerza de arrastre es cerca de un 10% menor que al nivel del mar. Desde este punto de vista, puramente mecanico, cuanto mayor es la altitud de la competicion, menor resulta la presion atmosferica y; por 10 tanto, el rendimiento de los ciclistas se ve mejorado. No obstante, desde un punto de vista fisiologico, el intercambio gaseoso del oxigeno se produce en funcion de la presion parcial de este gas, que, segun la ley de las presiones parciales (McArdle et al., 1990), sen! el producto de la presion atmosferica en nunHg por la concentracion de oxigeno en el aire. Dicho de otra forma, podria lIegar un momenta donde se comprometiera la capacidad de los ciclistas para consumir oxigeno, lirnitando asi su nivel de rendimiento. Eo un estudio teorico basado en 50 trabajos que midie-

ron el efecto de la altitud 0 la altitud simulada en los valores de consumo maximo de oxigeno registrados al nivel del mar, se obtuvo la siguiente ecuacion para predecir curu serfa la fraccion de consumo maximo de oxigeno obtenido en estas condiciones (Olds, 2001). Puede tomarse como valor de referencia de consumo maximo de oxigeno al nivel del mar el de 80 mI· kg" . minot (Rodriguez-Marroyo et al., 2003): del nur) ;TJ624 _'_ [6,85:2,7TS3do'::P)/2l.l1V02mi,_(altitud/V02mi,.(nird

- [0,0018' V02miw

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Figura 21.38. Aerodinamicidad (cociente entre la fuerza aerodinamica resultante y la fuerza de la gravedadi de diferentes balones y pelotas utilizados en distintos deportes (modificado de Hubbard M, Neville )M, Scott). Dependence of release variables in the shot put.) Biomech, 2001; 34:449-456}. ,

Hombres

m

= 7,26 kg; la, = 0,2027

443

kg • m2

1195

9=3

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9=B

120

~'_-------=6B~7------~~ Mujeres

m = 4 kg; leu = 0,1892 kg • m2 IITI,5

9=3 9=B

--102,5

~'_------~6B~7--------+~

Figura 21.39. Caractensticast~icas ~e 105ma~iIIosde lanzadoresJ~ombres}y lanzadoras (mujeres).Todaslas d,menslOnesestan expresadas en '!!,lImetros.EIcentro de masas'de la cabeza del martillose indica can un peq.ue~opunta neg;o en el centro del mismo, EIcentro de masas real del sistema se mdlca con ~n CI:culo blanco mas grande que encierrauna cruz, M: Masa;tCM:momenta ~emercia d~1 martilloen el eje transversalque pasapor el centrode m~as realde! s~stema("-,odl' ficado de Dapena), Gutierrez-DavilaM, SotoYM, ROjasF).PredictIOnof distance in hammer throwing.) Sports Sci, 2003; 21 :21-28}. .

2. EI menor peso del marti1lo de las mujeres frente al de los hombres (4,0 y 7,26 kg, respectivamente), 10 que produce un m~y~r Indice de aerodioamicidad 0 sensibilidad a las fuerzas aerodinamicas delmarti1lo de las mujeres. Se debe destacar par tanto que aprovechar los valores mas ba~osdel diametro de las cabezas de los marti1los puede suponer un beneficio para los lanzamientos de hombres y mujeres. Trabajos anteriores de Dapena y Teves (1982) obmvieron en lanzadores masculinos un deterioro de 0,2 ill al comparardianetros de 102 Y110 mm y de 0,5 m al comparar los ~ametros 102 y 130 mm (citados por Kreighbaum y Barthe~; 1996). Es pe~ente comentar que la reglamentacion de la lAAF cambio en 1981 (munmo de ~02 a 110mm y maximo de 110a 130mm) y par este motivo se com~~n dic~o.s valores. Por 10tanto, utilizar un martiJlocOll20 mm menos de diametro (lfmites reglamentarios) puede beneficiar al Janzador en 0~-O~4m: , Segiin los resultados quese han expuesto, un~ dismmuclOn ~n la densidad del aire mejorarfa la distancia en ellanzarruento del marti1lo (reducir un 20% la densidad del aire podria benefIciar en 0,57 m a los hombres y en 0,82 m a las mujeres), aunque no conoc~mos nin.~un trab~jo que haya abordado esta problema~ca. Futuros trabaJos tamblen de?enan . comprobar el efecto que tiene el diametro de la cabeza del m~o e,n mujeres, puesto que los estudios de Dapena y Teves ,(1982) ~stan realizados con hombres. En hombres y mujeres se debenan realizar nue~as mediciolles utilizando los diametros reales que establece la normalJva actual. Una vez analizado que este implemento puede verse afec~do por las fuerzas aerodinamicas, son necesarios estudios que valoren la ~uencia de la densidad del aire (competiciones en aItitud) y la velocldad y direcci6n del viento en la distancia fInal de lanzamiento.

B IBLlOGRAFiA MOOfx:aOO de DapenaJ, GuIi¬ mmlz-lliiJaM, Soto\iM,1'.$FJ, I'llldictioo ofdistarceil I'GrMla'thro'Iillg, J SpoctsSci,,2003; 21:21·281,

Alvarez G. Amilisis y optimizacion biomec;lnjca de,la lecnica de pedaleo ciclista. San Sebastian: Tesis Doctoral. Universidad de Navarra, 1995.

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MANIFESTACION DE LAS FUERZAS AERODINAMICAS EN DIFERENTES DEPORTES: CICUSMO Y ATLET/SMO

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

baum y Barthels, 1996). No estli claro el efecto de estas vibraciones en el rendimiento final de los lanzamientos.

Lanzamiento de peso Normalmente no se tiene en cuenta el efecto de las fuerzas aerodinamicas (arrastre y sustentacion) en la bola de peso, posiblemente porque debido a su gran masa el efecto de estas fuerzas serfa pequeiio. En un reciente estudio sobre los angulos optimos para el lanzamiento de peso se afirma que este es un implemento relativamente pesado (7,26 en hombres y 4 kg en mujeres) y, a diferencia del disco 0 la jabalioa, no se pueden destacar estrategias para mejorar su vuelo. Las fuerza de arrastre y de sustentacion que genera son pequeiias perturbaciones en comparacion con los efectos de la gravedad y por 10 tanto pueden ser despreciadas. De manera similar, el viento, la rotacion de la bola y variaciones en la altitud que pudieran afectar a la aceleracion de la gravedad tienen una pequeiia influencia en la trayectoria del peso. Por 10 tanto, se debe tratar como un proyectil en vuelo libre (Linthome, 2001). Asumiendo esta hipdtesis se han utiIizado una serie de ecuaciones estandar para predecir las distancias y los angulos optimos de lanzamiento tomando como referencia la velocidad y la altura a la que se libera el implemento y la distancia horizontal que separa a este del borde anterior del cfrculo (Fig. 21.37). Algunas de elias cometen el error de considerar que la velocidad de lanzamiento se mantendria para angulos de lanzamiento mayores, cuando estudios lIevados a cabo con

h£v~o.5)fg.}>. ,;, R"" d ;;vY' cos B.~:(~~nB5[1~,Q!,B:I;.~:,gL R ~~ la distancia dellaniamiento ~rt m, B es el angulo de lanzamiento en grados,

des la distancia horizontaldesde

la bola' .

diferentes implementos han demostrado que, a medida que aumenta el angulo de lanzamiento, la capacidad de aplicar potencia por parte de los atletas disminuye (Hubbard et al., 2001). Este es el motivo por el cuallos lanzadores utilizan habitualmente aagulos de lanzamiento menores de 42° y las simulaciones obtienen valores optimos de 42-44°. , Debemos reconocer que durante las clases de Biomecanica nosotros tratamos este implemento como un objeto sio influencia de las fuerzas aerodinamicas debido a su baja «aerodinamicidad», 0 cociente entre las fuerzas aerodinamicas que 10 afectan y la fuerza de la gravedad que genera. Este es un concepto importante, ya que de todas las bolas, los balones y las pelotas que se utilizan en diferentes deportes (Fig. 21.38), sin duda la bola de peso es la que menos aerodioamicidad presenta (Hubbard, 2000). EI bajo peso de las pelotas de tenis de mesa (2,5 g) Y la gran rugosidad de las pelotas de tenis (58 g, mas masa que los 46 g de la pelota de golf y los 24 g de la pelota de squash) hacen que obtengan esta gran aerodinamicidad (es un Indice adimensional). Por 10 tanto, estarfa justificado no considerar el efecto de las fuerzas aerodinamicas en la bola de peso. Algunos autores (Hubbard et al., 2001) han estimado que, en el rango de las velocidades de lanzamiento correspondientes a atletas de alto nivel, la influencia de la fuerza de arrastre en la distancia final del peso es menor dell %, por 10 que no supondrfa mas de 2-2,3 cm (los atletas de alto nivellanzan mas de 20 myel record del mundo de 23,12 m fue establecido por Randy Barnes en 1990). Esta fuerza afectaria ell menos de 0,1 ° al angulo optimo de lanzamiento. Sin embargo, otros autores afirman que la fuerza de arrastre puede disminuir la dis- ' tancia de lanzamiento en 5 cm y que los lanzadores tienen la posibilidad de elegir entre diferentes bolas del mismo peso pero de distinto tamaiio, reduciendo asf su area frontal y su resistencia aerodinamica. Esta es una estrategia que mejoraria el rendimiento en 1-2 cm (Kreighbaum y Barthels, 1996).

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Lanzamiento de manillo En esta modalidad sf se ba tenido en consideraci6n la fuerz~ de arra:>tre, annque existe controversia en la bibliograffa acerca de su influenc~a en la distancia final dellanzamiento. Mieetras que Hubbard (1989) estirna que puede reducir un lanzamiento de 90 m.e,n5,7 m, Mes~e (1990) estima que un lanzamiento de 85,9 m 10reducma en.1 ,6 m (cl~dos por Dapena et al., 2003). Parece que el origen de estas discrepancias puede depender de tres factores: 1. Considerar que el centro de masas de la cabeza del marti1lo equivale al centro de masas del sistema agarre-cable-cabeza. 2. Utilizar diferentes valores de S . Cx para calcular la fuerza de arrastre de la cabeza del marti1lo. 3. No tener en cuenta la resistencia aerodinamica del cable. Dapena et at. (2003) han analizado ~~ lanzamientos ~~3ell hombres y 6 en mujeres) durante cuatro compenciones y una sesion de entrenamiento (Tabla 215). Sus resultados muestran c1aramente que se sobreestimarfa la distancia de lanzamiento si se considera que el centro de.masas del sistema (CM) esta colocado en el centro de la cabeza del marti1lo, ya que, como el atleta se encuentra ~ando,. si s~ to~ru:a ,el valor del.CM real (agarre-cable-martiIlo), e1 ra~1Ode giro disminuiria ~ la vel?cldad tansencial tambien. Asi, Ia distancia alcanzada por e1 marti1lo sena 4,30 y 8~80m mayor que la distancia oficial en hombres y mujeres, respectivamente. Cuando se utiliza el CM real en vez del CM de la cabeza. del marti1lo, estas diferencias disminuyen hasta 2,3~ y 5.2.8 m, res'p~clI:amente. Si ademas se introduce el efecto de la resistencia aerodmarruca, las difetencias entre la distancia oficial y la distancia con aire y con CM real vuelven a reducirse hasta -0,46 y 1,16 m, respectivamente. En definitiva, para los lanzamientos analizados el efecto de la fuerza de arrastre serfs de 2,85 m en los lanzamientos de los hombres y de 4,12 m en las mujeres, que son valores intermedios respecto a los descritos por Hubbard (1989) y Maestre (1990). . . La justificacion de las diferencias entre hombres y mujeres viene dada por dos factores (Fig. 2139): 1. Los diametros de la cabeza del marti1lo, que deben estar entre 110 y 130 mm en hombres (media de 120 mm) y entre 95-110 mm en mujeres (media de 102,5 mm). . '

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',bacen necesaria la utilizacion de una placa muy r~busta para el anclaje de los clavos para evitar su rotura y la incorporacIon de entresuela para preveuir los impactos de elevada maguitud sobre

el pie. Ademas, durante el movimiento de batida, realizado en ocasiones con la totalidad del pie, ellanzamiento de la pierna oscilante hacia adelante en la impulsion del saito provoca una gran pronacion del retropie en apoyo. En este sentido resulta esencial que el material de corte disponga de refuerzos para ayudar a controlar dicha hiperpronacion y prevenir lesiones. Triple saito. Los aspectos principales de este tipo de calzado son siruilares a los seguidos en el calzado para el saito de longitud con la particularidad de que, en este caso, los apoyos intermedios asocian un fuerte movimiento de pronacion que debe ser controlado mediante sistemas y refuerzos situados en el material de corte. Saito de altura. EI calzado para el saito de altura es uno de los mas especfficos dado que su uso se restringe a un estilo de saito concreto (por ejemplo, el estilo Fosbury), que llega basta el extremo de que el saltador utiliza distintas zapatillas para cada pie. Los clavos de antepie se utilizan en la propulsion de la carrera previa a I~ batida, ruientras que los de retrnpie se colocan para favorecer Ia estabilizacion del pie de batida. La cuiia de antepie debe ser de material no deformable para evitar que disipe energfa en el instante de la batida. Su utilizacion se basa en que, aI . apoyar el pie de batida y flexionar la pierna, el tobillo queda situado en una posicion de hiperflexion, 10 que permite el maximo aprovechamiento de la energfa elastica de la musculatura posterior de la pierna. En el .ultimo apoyo de Ia carrera previa aI salto, el pie de batida queda situado en una posicion de maxima pronacion, por 10 que resulta de gran utilidad el uso de diversos elementos en el material de corte para limitar dicbo movimiento. Saito con pertiga. Para este tipo de calzado son validas las recomendaciones dadas para el calzado de triple saito.

•

EI calzado para lanzamientos Lanzamiento de peso. En esta especialidad, practicada generalmente sobre cemento, se requiere una maxima adherencia de la suela. Por esta razdn no se utilizan clavos y los bordes redondeados permiten una mayor superficie de contacto cuando el pie adopta posiciones de supinacion forzada. Habitualmente esta especialidad es practicada por atletas de mucbo peso. En este sentido, la entresuela debe distribuir adecuadamente las presiones evitando puntos de hiperpresion durante la realizacion del esfuerzo. La gran adherencia de la suela que se requiere provoca continuos deslizamientos del pie en el interior del calzado que deben ser evitados mediante un adecuado ajuste del calzado y con un material de corte extraordinariamente reforzado. Lanzamiento de disco y de martillo. En estos calzados, similares aI de lanzamiento de peso, el aspecto fundamental en el diseiio es permitir la realizacion de los giros con la maxima eficacia, por 10 que suelen incorporase suelas con dibujo circular bajo la cabeza del primer metatarsiano. Los materiales de la suela deberan adecuarse aI tipo de superficie sobre la que se realice ellanzamiento, que puede variar entre cementa y sintetico. Lanzamiento de jabalina. En este caso se incorporan clavos tanto en el antepie como en el retropie, Los clavos situados en el antepie penniten la maxima traccion sobre el pavimento en la fase de carrera previa aI lanzamiento. Los clavos situados en el talon cumplen la funcion de frenado y estabilizacion del pie de apoyo en el instante previo a1lanzamiento. Lacana alta y los refuerzos del tobillo se utilizan para preveuir supi-

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naciones excesivas del pie en el instante de su estabilizacion sobre el suelo en los iiltimos apoyos previos a1lanzamiento. CALZADO PARA ACTMDADES AL A1RE LIBRE En los iiltimos anos las actividades aI aire libre ban a1canzado una gran popularidad. Cada vez es mayor el mimero de personas que aprovechan sus momentos de ocio para acercarse a la naturaleza con muy variadas metas, desde dar un simple paseo y disfrutar de un dfa de campo basta embarcarse en la practica de a1guno de los llamados «deportes-avenmra». Las actividades aI aire libre engloban muchas disciplinas, desde caminar por la naturaleza hasta realizar actividades muy tecnicas, como escalada deportiva 0 en hielo. En esta apartado se tratan las actividades mas populares: senderismo y montaiiismo. Un buen calzado para caminar por terrenos virgenes es aquel que aporta las mejores soluciones tecnicas para: - Proporcionar un buen aislamiento termico. - Proteger el pie frente a lesiones articulares y musculares. - Adaptarse a las dimensiones funcionales del pie evitando rozaduras y proporcionandole estabilidad y agarre aI suelo. - Contribuir a la amortiguacion de las cargas proporcionando al pie una alta comodidad . Los priucipales factores que concurren en la marcha por terrenos virgenes con mayor incidencia en el diseiio del calzado son: - La marcha por terreno inclinado provoca cambios en el patron de moviruientos que dependen de la direccion y del sentido de la marcba y que influyen en la flexion de rodilla y tobillo, rotacion de la tibia y pronosupinacidn del tobillo; en las cargas sobre el talon y las cabezas de los metatarsianos; y en el riesgo de inestabilidad, resbalamiento y cafdas. . - La naturaleza irregular del terreno puede dar lugar a problemas de inestabilidad y provocar numerosas lesiones de tobillo, asi como causar traumas mecanicos por choque 0 puncion. - Durante las actividades aI aire libre se pueden a1canzar condiciones de temperatura y bumedad muy adversas y extremas que pueden afectar a las propiedades mecanicas de tejidos blandos y de la piel. - Las marcbas y las actividades aI aire libre pueden sobrepasar en bastantes ocasiones las 10 horas de duracion. Esto bace que e1 cuerpo bumano se someta a cargas derivadas del contacto cfclico de ambos pies con el suelo durante un prolongado perfodo de tiempo. En este sentido debe tenerse en cuenta que la fatiga reduce la capacidad de control del mtisculo sobre la posicion de las articulaciones y por consiguiente la capacidad natural de amortiguacion de cargas. Estas cargas repetitivas pueden provocar lesiones por sobrecarga. . - Caminar por terrenos irregulares acarreando una mochila da lugar a cambios en el patron de marcha. Los principales cambios son: incremento de los picos de impacto, directamente relacionado con el mayor peso soportado por los pies; aumento del tiempo de apoyo bipodal, buscando mayor estabilidad y reparto de peso entre las dos pietnas; incremento de las presiones en las zonas lateral y medial del talon; y aumento del consumo metabolico debido al incremento del peso acarreado.

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ASPECTOS BIOMECANICOS Y RSIOLOGICOS DEL CALZADO DEPOR77VO

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FislCA Y EL DEPORTE

CALZADO PARA ATLETISMO Este tipo de calzado solo se utiliza en el momenta de la competicion y, generaImente, en su disefio priman los criterios de rendimiento, olvidando en ocasiones la proteccion ante lesiones en beneficio de un mejor registro deportivo. El atletismo en pista engloba 20 pruebas para hombres y 13 pruebas para mujeres que se pueden diferenciar en: - Carreras: velocidad, media distancia y fondo (estas dos ultimas disciplinas se detallan en el apartado sobre el consmno energetico), - Vallas: 100 y 110 m, 400 m y obstaculos. - Lanzamientos: peso, disco, martillo y jabalina. - Saltos: longitud, altura, triple saito y saito con pertiga. Pruebas de marcha atletica y combinacion de varias especialidades, como heptathlon y decathlon. Como es logico, cada una de estas especialidades requiere unas especificaciones en cuanto a la construccion del calzado que dependen de la modalidad que se vaya a practicar. En algunos casos las caracterfsticas de diseiio estan marcadas por las normas que establece la lAAF (IllIernational Amateur Athletic Federation) en su articulo 139.

2. Los participantes pueden competir con pies descalzos 0 con calzado en uno 0 los dos ies. EI prop6sito de las zapa~as para c~mp'ep~ion es pr . oteccion yestabi- ~ lidad a los plel; y1'lha fume~ a ta so re el siIelo. Tales zapatillas, sin embargo, no deben estar construidas de modo que supongan una ayuda adicionalparael atleta ni pueden contener ningun muelle 0 dispositivo de cualquier mituraleza. EsUi permitida una correa sobre el empeine. - Entodas las competiciones a las que se refiere el articulo 12.1 ~(a) y (b).Aningun atleta sele permitiracluilbiar lamaica ' comercial de la zapatilla durante el transcurso de Ia competicion. Los atletas queparticipen en pruebas combinadas debe. ran informar de la m,!lj:fade las zapatillas que utilizariin en cada una de las ." .

Nlimero de davos: ~

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- 3. La sueia y el de~jas zapalilias puedeiI estar fabricados de modo que penrutinl el usa de basta un maximo de 11 s. Se podra utilizar cualquier numero de clavos hasta . mopenmiti· do;pero elnumero de posicioneS de cla:~: vos no podra exceder de 11. . .

Tamaiiode los clavos: - 4. Cuando una competicion se celebre sobre una pista sinre- . tica, la parte de cada clavo que sobresalga de la suela 0 del . tacon no debe exceder de 9 mm, con la excep . I saito de altura y ellanzamiento de jab alina, donde la e cada clavo que sobresalga no puede exceder de 12 mm. Estos clavos tenm un diametro muo de 4 mm. Para pistas no sinteticas la mua longitud del clavo sera de 25 mm y su dla- . metro muo de 4 mm. '.

La suela y el tacon: - La suela y/o el tacon pueden tener acanaladuras lomas muescas 0 protuberancias, con tal de que cualquier forma protuberancia esten construidas del ruismo 0 similar material al basico de la propia suela. . - En el salto de altura la suela tendra un espesor muo de 13 mm y el tacon un espesor muo de 19 mm. En cualquier otra prueba la suela y/o el tacon pom tener cualquier espesor.

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Inserciones y aiiadidos enla zapatilla: - 6. Los participantes no pueden emplear dispositivo alguno dentro 0 fuera de la zapatilla que produzca el efecto de aumentar el espesor de la ruisma por encima del muo permitido o que pueda proporcionar al usuario alguna ventaja que no obtendrfa con el tipo de zapatilla descrito en los parraI'os precedentes. EI calzado para carrera de velocidad EI gesto aso~iado a la carrera de velocidad se caracteriza por que el c?ntacto co~ la pista se re~a con el antepie, En este sentido, no se precisa que el PISOde la zapatilla en la zona del talon disponga de especiales c~ct~rfsticas de amortiguacion. En la carrera de antepie ~poco es necesan?, mcorpo:ar aI c~ado elem~ntos destinados a preveuir la hiperpronacion del ~on. Esta circunstancia favorece el requisito de bajo peso que deben reumr los calzados de alta competicion para el atletismo en pista. Para conseguir la maxima traccion en los desplazamientos sobre la pista,.la suela ~~pone ~e clavos en el antepie con una disposicion tal que perrrnte la traccion conjunta de todas las cabezas de los metatarsianos y de los dedos. EI tamafio en longitud y grosor de los clavos, regulado por la IAAF, e:'~basado en las caracterfsticas mecanicas de las superficies que se van a utilizar, por 10 que son mucho mas largos en las pistas no sinreticas. En general, en el calzado para velocidad la funcion estricta del material de corte es la sujecion del piso bajo el pie del atleta evitando deslizamientos entre pie y zapato que, aunque por la corta duracion del evento no dieran lugar a lesiones, harlan perder eficiencia eirIa competicion. . .Por s~ p.arte, el mate~a1 d~ la suela en la zona del antepie debe resnnnr el maxuno de euergia aplicada con el objetivo de mejorar el rendiruiento en la fase de despegue del pie durante la carrera. EI calzado para saltos Vallas y obstaculos, Los elementos diferenciadores del calzado para el salto de vallas y obstaculos se centran en la incorporacion de entresuela en el talon para mejorar la amortiguacion de impactos tras el saito de los obstaculos. En el caso particular del calzado para el saito de obstaculos el material de corte debe ser impermeable y poseer sistemas de evacuaeion del agua que pueda entrar en el calzado en el saito de la ria. SaI~ode longitud. EI aspecto fundamental en el calzado para el saito de lon~tud es la ele~ada fuerza actuante principalmente en el antepie y en ocaslOnes en el pIe completo en el momenta de la batida del saito de longitud. Estas fuerz:u>bacen necesaria la utilizacion de una placa muy r~busta para el anclaje de los clavos para evitar su rotura y la incorporacIon de entresuela para preveuir los impactos de elevada maguitud sobre

el pie. Ademas, durante el movimiento de batida, realizado en ocasiones con la totalidad del pie, ellanzamiento de la pierna oscilante hacia adelante en la impulsion del saito provoca una gran pronacion del retropie en apoyo. En este sentido resulta esencial que el material de corte disponga de refuerzos para ayudar a controlar dicha hiperpronacion y prevenir lesiones. Triple saito. Los aspectos principales de este tipo de calzado son siruilares a los seguidos en el calzado para el saito de longitud con la particularidad de que, en este caso, los apoyos intermedios asocian un fuerte movimiento de pronacion que debe ser controlado mediante sistemas y refuerzos situados en el material de corte. Saito de altura. EI calzado para el saito de altura es uno de los mas especfficos dado que su uso se restringe a un estilo de saito concreto (por ejemplo, el estilo Fosbury), que llega basta el extremo de que el saltador utiliza distintas zapatillas para cada pie. Los clavos de antepie se utilizan en la propulsion de la carrera previa a I~ batida, ruientras que los de retrnpie se colocan para favorecer Ia estabilizacion del pie de batida. La cuiia de antepie debe ser de material no deformable para evitar que disipe energfa en el instante de la batida. Su utilizacion se basa en que, aI . apoyar el pie de batida y flexionar la pierna, el tobillo queda situado en una posicion de hiperflexion, 10 que permite el maximo aprovechamiento de la energfa elastica de la musculatura posterior de la pierna. En el .ultimo apoyo de Ia carrera previa aI salto, el pie de batida queda situado en una posicion de maxima pronacion, por 10 que resulta de gran utilidad el uso de diversos elementos en el material de corte para limitar dicbo movimiento. Saito con pertiga. Para este tipo de calzado son validas las recomendaciones dadas para el calzado de triple saito.

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EI calzado para lanzamientos Lanzamiento de peso. En esta especialidad, practicada generalmente sobre cemento, se requiere una maxima adherencia de la suela. Por esta razdn no se utilizan clavos y los bordes redondeados permiten una mayor superficie de contacto cuando el pie adopta posiciones de supinacion forzada. Habitualmente esta especialidad es practicada por atletas de mucbo peso. En este sentido, la entresuela debe distribuir adecuadamente las presiones evitando puntos de hiperpresion durante la realizacion del esfuerzo. La gran adherencia de la suela que se requiere provoca continuos deslizamientos del pie en el interior del calzado que deben ser evitados mediante un adecuado ajuste del calzado y con un material de corte extraordinariamente reforzado. Lanzamiento de disco y de martillo. En estos calzados, similares aI de lanzamiento de peso, el aspecto fundamental en el diseiio es permitir la realizacion de los giros con la maxima eficacia, por 10 que suelen incorporase suelas con dibujo circular bajo la cabeza del primer metatarsiano. Los materiales de la suela deberan adecuarse aI tipo de superficie sobre la que se realice ellanzamiento, que puede variar entre cementa y sintetico. Lanzamiento de jabalina. En este caso se incorporan clavos tanto en el antepie como en el retropie, Los clavos situados en el antepie penniten la maxima traccion sobre el pavimento en la fase de carrera previa aI lanzamiento. Los clavos situados en el talon cumplen la funcion de frenado y estabilizacion del pie de apoyo en el instante previo a1lanzamiento. Lacana alta y los refuerzos del tobillo se utilizan para preveuir supi-

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naciones excesivas del pie en el instante de su estabilizacion sobre el suelo en los iiltimos apoyos previos a1lanzamiento. CALZADO PARA ACTMDADES AL A1RE LIBRE En los iiltimos anos las actividades aI aire libre ban a1canzado una gran popularidad. Cada vez es mayor el mimero de personas que aprovechan sus momentos de ocio para acercarse a la naturaleza con muy variadas metas, desde dar un simple paseo y disfrutar de un dfa de campo basta embarcarse en la practica de a1guno de los llamados «deportes-avenmra». Las actividades aI aire libre engloban muchas disciplinas, desde caminar por la naturaleza hasta realizar actividades muy tecnicas, como escalada deportiva 0 en hielo. En esta apartado se tratan las actividades mas populares: senderismo y montaiiismo. Un buen calzado para caminar por terrenos virgenes es aquel que aporta las mejores soluciones tecnicas para: - Proporcionar un buen aislamiento termico. - Proteger el pie frente a lesiones articulares y musculares. - Adaptarse a las dimensiones funcionales del pie evitando rozaduras y proporcionandole estabilidad y agarre aI suelo. - Contribuir a la amortiguacion de las cargas proporcionando al pie una alta comodidad . Los priucipales factores que concurren en la marcha por terrenos virgenes con mayor incidencia en el diseiio del calzado son: - La marcha por terreno inclinado provoca cambios en el patron de moviruientos que dependen de la direccion y del sentido de la marcba y que influyen en la flexion de rodilla y tobillo, rotacion de la tibia y pronosupinacidn del tobillo; en las cargas sobre el talon y las cabezas de los metatarsianos; y en el riesgo de inestabilidad, resbalamiento y cafdas. . - La naturaleza irregular del terreno puede dar lugar a problemas de inestabilidad y provocar numerosas lesiones de tobillo, asi como causar traumas mecanicos por choque 0 puncion. - Durante las actividades aI aire libre se pueden a1canzar condiciones de temperatura y bumedad muy adversas y extremas que pueden afectar a las propiedades mecanicas de tejidos blandos y de la piel. - Las marcbas y las actividades aI aire libre pueden sobrepasar en bastantes ocasiones las 10 horas de duracion. Esto bace que e1 cuerpo bumano se someta a cargas derivadas del contacto cfclico de ambos pies con el suelo durante un prolongado perfodo de tiempo. En este sentido debe tenerse en cuenta que la fatiga reduce la capacidad de control del mtisculo sobre la posicion de las articulaciones y por consiguiente la capacidad natural de amortiguacion de cargas. Estas cargas repetitivas pueden provocar lesiones por sobrecarga. . - Caminar por terrenos irregulares acarreando una mochila da lugar a cambios en el patron de marcha. Los principales cambios son: incremento de los picos de impacto, directamente relacionado con el mayor peso soportado por los pies; aumento del tiempo de apoyo bipodal, buscando mayor estabilidad y reparto de peso entre las dos pietnas; incremento de las presiones en las zonas lateral y medial del talon; y aumento del consumo metabolico debido al incremento del peso acarreado.

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FislCA Y EL DEPORTE

- En el ambitodel calzadopara tiempolibre y en particularen las botasde montana,dadala duraci6nde las marehasy la incorporaci6n de numerosos elementos tecnicos, el peso del calzado adquiereuna especialimportancia. '..' ..'. Las activid~d~ al aire lib¥,ocasionaig611Illuchosd~6s,entrar.nanriesgos p3fillospies.pn. ~~zadQiIla~~~a~Q.puege;e!1'elmejor.: ;de.los casos,provocarrozad~ y doI6renlo~·pif!Syen~f~prlesio- • ...nes en pies;to~iIIos0 piemas.TJncondicipnantea~cional ~~~ue,en ; c3;S0de 1f!S16nq~edificulteoi!1lpid~laactiyicll!d,se pued~~tar muy .)ejos deunlugar dande se pue,datener asistenciao atenci6nmedica : ..10.que incluso'priedepaner eifpeligroIi jiJieg.ndilddel dep§ftista.?' . : . ~.aslesi?~esd~to~iIIa,cOll1o.lastendiJJig~ deIe~ten~%]as cap'. sulitisy las msuficlenclasdelto~iIIo, son ll1ascomunesen senderisb.ll1oymontana (36%); lI1ienlrasquelos esgui!1cesdetobillo son mas '.• i conlUnesen la.Iriarcha(55~J. ; .., ..'.:'..... ; ,. .. --L> ..·.•·...Las.lesion~~porsobrecarp~.lll.as. frec~~~t~~.enlllarch~..}'sellde;..•risma sane~s~ ll1ayarfa.arti~ulllfes(5leri lllllfchay66~ en sendeL.~smo~?~Us~~'?tengiIl?s~,9lx,Z,!~, ~espe,ctiy~,e~te);9tro tipa' ; de]eslO~~~.fr~suentessonI.~ ongm~ti~ .~Pla.ime,flicci6~)n¥caruca·.·. ; g~,lpie con ~lz~pata. ~1dtspl~rupientp ~?~!iII~a.delpi~ el iIlte: ~rir ?~l calza~o durante larg~ .marchasgu.~g~ pr9g~c~ro~aduras, C. ~ursltlSytendll1i~sdel tend6~~e,~q~iIes:f9r_sup1lrte,Ufiatiistribu-i " Ci6ninadecllad como cuando se trata de mantener durante IDas 0 menos tiempo un determinado valor de potencia, que en el fondo no es mas que la aplicacion de una determinada fuerza. Por tanto una primera definicion de fuerza apJicable en el rendimiento deportivo es: fuerza es la manifestacion extema (fuerza aplicada) que se hace de la tension intema

A

F

B

F

c

Fy R

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generada en el nnisculo (Gonzalez-Badillo, 2000a; Gonzalez-Badillo y Ribas, 2002). Pero tan importante como la fuerza manifestada ante la maxima resistencia es la fuerza que se alcanza con resistencias inferiores ala misma, de tal manera que no siempre el sujeto que manifiesta mas fuerza ante una resistencia relativa alta es el que mas fuerza manifiesta ante resistencias relativas ligeras. Si esto es asi, no tenemos mas remedio que admitir que el deportista no tiene un valor de fuerza maxima iinico en cada ejercicio, sino «infinitos» valores en funcion de la resistencia que utilicemos para medir la fuerza 0, 10 que es 10 mismo, en funcion de la velocidad a la que se pueda realizar el movimiento. Esto, que es verdaderamente importante para el rendimiento, lleva a una segunda definicion de la fuerza en el deporte: fuerza es la manifestacion extema (fuerza aplicada) que se hace de la tension intema generada en el nnisculo 0 grupo de rmisculos a una velocidad determinada (adaptado de Knuttgen y Kraemer, 1987). Pero como todos los movimientos humanos se realizan durante un cierto tiempo, 10 que interesa en el deporte es el continuo de la curva fuerza-tiempo (Zatsiorsky, 1995). Efectivamente, cuando aplicamos una fuerza en cualquier gesto siempre se alcanza un pico maximo de fuerza, pero para ella hace falta que trascurra un cierto tiempo, es decir, este pico no se alcanza de manera instantanea. Si este pico de fuerza se alcanza manifestando la fuerza a la mayor velocidad (0 mayor rapidez) posible, el valor del pico depended del tiempo disponible para manifestar la fuerza. A su vez el tiempo dependera de la resistencia que se tenga que superar (a mayor resistencia, mayor tiempo), la cual determina tambien, como hemos visto, la velocidad de ejecucion. Por tanto, el tiempo entra a formar parte de esta relacion parametrica.y, por ello, al igual que la velocidad, tambien es un factor determinante en la medicion de la fuerza. Esto lIeva a la tercera definicion de la fuerza en el deporte: fuerza es la manifestacion externa (fuerza aplicada) que se hace de la tension intema generada en el rmisculo 0 grupo de nnisculos en un tiempo determinado (Gonzalez-Badillo, 2000a; Gonzalez-Badillo y Ribas, 2002).

F

R

Figura 27.1. Componentes en paralela y de rotaci6n de la tensi6n generada par el musculo bfceps braquial en diferentes angulos. Cuando los angulos de inserci6n son agudos, el componente paralelo de la fuerza (P)tiene la maxima magnitud y actua estabilizando la articulaci6n. EIcomponente de rotaci6n (R)es pequeno (ver A). EI componente de rotaci6n aumenta a su maximo nivel cuando se alcanzan los 90' grados (ver C). Parencima del angulo de 90' de inserci6n el componente de rotaci6n disminuye y el componente paralelo aumenta hasta producir una fuerza de dislocaci6n (ver DyE) (modificada de Enoka RM. Neuromechanics of human movement,

3.' ed. EE.UU.:Human Kinetics,2002).

_

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIVIDAD FiSICA Y EL DEPORTE

FUERZA MUSCULAR: PROPIEOADES BIOMECANICAS DEL MUSCULO

B

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CONCENTRICO

.'~

Longitud

110j

(%L,)

so

~

j 1\

.~:,'/_(@

Biceps braquial

:!,.:-_ .........

,,(@

Tension 100 (%F m,a) ,

o Activadon muscular

b)

EXCENTRICO

5cm

15em

25 em

Figura 27.2. Unpeso de 7 kg se sujeta en la mana a 25 cm del codo..EnA el momenta de fuerza (haciaabajo) = 7 kg x 25 cm. Para mantener elsistema en equilibriola , fuerza que debera aplicar(haciaarriba)el bfceps x 5 cm = 7 kg x 25 cm. Entoncesfa fuerza del bfceps = 175 kg . eml5 em =35 kg. EImusculo bfceps debe aplicaruna (uerza de 35 kg para evitar que fa mana se desplaee hacia abajo. En ef easo de B, donde se coloea la pesa mas cerca de la insercion, se puede aguantar mas peso (11,6 kg).Asf, un peso de 11,67 kg se sujeta en la mana a 15 cm del coda yel momento(hacia abajo) = 11,67 kg x 15 em. Para mantener el sistema en equilibrio la (uerza que debera aplica~el bfceps x 5 cm = 11,67 kg x 15 cm. Entonces la (uerza del bIceps = 175 kg . cml5 cm = 35 kg. AquI el musculo bIceps debe aplicaruna (uerza de 35 kg para evitarque la mana se desplace hacia abajo.

npos DE ACCION M.UjCULAR

CICLO··ACORTAMIENTO·E5nRAMlENTO

La tension se produce durante la activacion del nnisculo (generalmente se utiliza el termino menos apropiado de «contraccionsen lugar de «activacids»), lacual tiene lugar cuando el rmisculo recibe un impulso electrico y se libera la energfa necesaria, 10 que da lugar a la union y el desplazarniento de los filamentos de actina y miosina en el sentido de acortamiento sarcomerico y elongacidn tendinOsiL(GOriialezBadillo, 2000a; Gonzdlez-Badillo y Ribas, 2002). La activacion siempre tiende a acortar las sarcomeras, tanto si el nnisculo se esrn acortando (activacion concentrica) como elongando (activacion excentrica), Pero segiin la voluntad del sujeto 0 la relacion que se establezca con las resistencias externas, la activacion del nnisculo puede dar lugar a tres acciones diferentes:

Cuando las tres acciones se producen de manera continua en este orden: excentrica-isometrica-concentrica y el tiempo de transicion entre la fase excentrica y concentric a es rnuy corto, da lugar a una accion multiple denominada «ciclo de acortamiento-estiramiento» (Gonzalez-Badillo, 2000a; Gonzalez-Badillo y Ribas, 2002; y Kraemer, 1987; Komi, 1986). Una de las propiedades mas rfsticas de la funcirin muscular es la optimizacion de la potencia muscular en los movimientos llamados de «ciclo acortarniento-estiramiento». En este tipo de movirniento se produce una elongacion del nnisculo mientras se activan las sarcomeras en un intento de evitar la elongacion (activacidn excentrica); se consigue una gran tension sobre los elementos elasticos en serie (tendones y titina principalmente), seguida tras un muy corto penodo de tiempo por un acortarniento muscular (accion concentrica). La ventaja del cicio estirarniento-acortarniento es que el nnisculo puede realizar una mayor cantidad es activamente elongado antes de que se produzca la contraccion cort- .;.(

1. Acortarniento 0 accion dinamica concentrica (superacion de la resistencia externa; la fuerza externa acnia en sentido contrario al del movimiento). . 2. Alargarniento/estirarniento 0 action dinamica excentrica (cesion ante la resistencia externa; la fuerza externa acnia en el mismo sentido que ei movimiento). 3. Mantenimiento de su longitud 0 accion isometrica (la tension [fuerza] muscular es equivalente ala resistencia externa; no existe movimiento ni por supuesto trabajo mecanico). Esta ultima definicion no se ajusta a la realidad totalmente, pues 10 iinico que se mantiene igual es el angulo en el que se esta produciendo latension muscular, pero la accion del nnisculo es de acortamiento de tibras y de estiramiento del tejido conectivo, como el tendon (Fig. 27.3).

centrica, Este es el easo de los saltos con contramovimiento, en .uu ....• =•••• que la potencia alcanzada es mayor que cuando se realiza el mismo tipo de saito sin contramovirniento. Se han propuesto cuatro mecanismos que explican el mayor trabajo positivo que puede realizar un nnisculo que realiza un cicio de acorta-

miento-estiramiento; 1. Tiempo para el desarrollo de la fuerza. 2. Utilizacion de la energfa elastica. ,. . 3. Potenciacion de la fuerza. 4. Participacion de los reflejos musculares.

300ms

j

ISOMErRICO

110

Museulo contraido

. Longiiud (%Lf) 90

Musculo relajado

Tension (%Fm,a)

lOOj

n

o Activacion muscular

Figura 27.3. Acciones musculares concentricas (A), excentricas (B) e isometricas (0. Observese que la (u~rzamuscular varfade manera no lineal cuando un musculo activopasaderealizar una accion isometrica a otraexcentrica.Este comportamiento puede ser explicado en funcion de 105puentes cruzados (vertexto para explicacion "e'n"" d'etalle)(modificada de KnutgenHG, Kraemerw.) Tenriinologyand measurement in exerciseperformance.} App SportSci Res, 1987; 1:1-10).

EI primer mecanismo, denominado «tiempo para el desarrollo de la fuerza», se relaciona con el aumento de tiempo que tiene el nnisculo para estar completamente activado cuando se realiza un estirarniento previo. Debido a que el trabajo positivo se mide como el area debajo de la curva Iongitud-tension (Fig. 27.4), un aumento en la tension muscular al comienzo de la comraccion concentrica mejcrara el trabajo positivo que se puede realizar. Enel caso de que se realice este movimiento previo, se habra comenzado el proceso de excitacion de la fibra muscular por el SNC, estimulacion y contraccion mnscular (pretensado), con 10 que la tension al inicio de la contraccion muscular estani potenciada (Komi, 1986; Enoka, 2002).

EI segundo mecanisino se relaciona con el almacenarniento en el tejido elastica de energfa durante la fase de elongarniento muscular y la posterior utilizacion durante la accion de acortarniento (fase concentrica). EI tercer mecanismo, potenciacion de la fuerza, sugiere que la tension que desarrollan los puentes crnzados se aumenta como consecuencia de realizar un movirniento de estiramiento previo a una accidn muscular concentrica. EI cuarto mecanismo esta asociado con los reflejos de estirarniento (descarga de motoneuronas alfa y reflejos de latencia prolongados) evocados por la elongacion activa muscular en el comienzo del cicio de estirarniento-acortarniento.

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FUERZA MUSCULAR: PROPIEOADES BIOMECANICAS DEL MUSCULO

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CONCENTRICO

.'~

Longitud

110j

(%L,)

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Biceps braquial

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Tension 100 (%F m,a) ,

o Activadon muscular

b)

EXCENTRICO

5cm

15em

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Figura 27.2. Unpeso de 7 kg se sujeta en la mana a 25 cm del codo..EnA el momenta de fuerza (haciaabajo) = 7 kg x 25 cm. Para mantener elsistema en equilibriola , fuerza que debera aplicar(haciaarriba)el bfceps x 5 cm = 7 kg x 25 cm. Entoncesfa fuerza del bfceps = 175 kg . eml5 em =35 kg. EImusculo bfceps debe aplicaruna (uerza de 35 kg para evitar que fa mana se desplaee hacia abajo. En ef easo de B, donde se coloea la pesa mas cerca de la insercion, se puede aguantar mas peso (11,6 kg).Asf, un peso de 11,67 kg se sujeta en la mana a 15 cm del coda yel momento(hacia abajo) = 11,67 kg x 15 em. Para mantener el sistema en equilibrio la (uerza que debera aplica~el bfceps x 5 cm = 11,67 kg x 15 cm. Entonces la (uerza del bIceps = 175 kg . cml5 cm = 35 kg. AquI el musculo bIceps debe aplicaruna (uerza de 35 kg para evitarque la mana se desplace hacia abajo.

npos DE ACCION M.UjCULAR

CICLO··ACORTAMIENTO·E5nRAMlENTO

La tension se produce durante la activacion del nnisculo (generalmente se utiliza el termino menos apropiado de «contraccionsen lugar de «activacids»), lacual tiene lugar cuando el rmisculo recibe un impulso electrico y se libera la energfa necesaria, 10 que da lugar a la union y el desplazarniento de los filamentos de actina y miosina en el sentido de acortamiento sarcomerico y elongacidn tendinOsiL(GOriialezBadillo, 2000a; Gonzdlez-Badillo y Ribas, 2002). La activacion siempre tiende a acortar las sarcomeras, tanto si el nnisculo se esrn acortando (activacion concentrica) como elongando (activacion excentrica), Pero segiin la voluntad del sujeto 0 la relacion que se establezca con las resistencias externas, la activacion del nnisculo puede dar lugar a tres acciones diferentes:

Cuando las tres acciones se producen de manera continua en este orden: excentrica-isometrica-concentrica y el tiempo de transicion entre la fase excentrica y concentric a es rnuy corto, da lugar a una accion multiple denominada «ciclo de acortamiento-estiramiento» (Gonzalez-Badillo, 2000a; Gonzalez-Badillo y Ribas, 2002; y Kraemer, 1987; Komi, 1986). Una de las propiedades mas rfsticas de la funcirin muscular es la optimizacion de la potencia muscular en los movimientos llamados de «ciclo acortarniento-estiramiento». En este tipo de movirniento se produce una elongacion del nnisculo mientras se activan las sarcomeras en un intento de evitar la elongacion (activacidn excentrica); se consigue una gran tension sobre los elementos elasticos en serie (tendones y titina principalmente), seguida tras un muy corto penodo de tiempo por un acortarniento muscular (accion concentrica). La ventaja del cicio estirarniento-acortarniento es que el nnisculo puede realizar una mayor cantidad es activamente elongado antes de que se produzca la contraccion cort- .;.(

1. Acortarniento 0 accion dinamica concentrica (superacion de la resistencia externa; la fuerza externa acnia en sentido contrario al del movimiento). . 2. Alargarniento/estirarniento 0 action dinamica excentrica (cesion ante la resistencia externa; la fuerza externa acnia en el mismo sentido que ei movimiento). 3. Mantenimiento de su longitud 0 accion isometrica (la tension [fuerza] muscular es equivalente ala resistencia externa; no existe movimiento ni por supuesto trabajo mecanico). Esta ultima definicion no se ajusta a la realidad totalmente, pues 10 iinico que se mantiene igual es el angulo en el que se esta produciendo latension muscular, pero la accion del nnisculo es de acortamiento de tibras y de estiramiento del tejido conectivo, como el tendon (Fig. 27.3).

centrica, Este es el easo de los saltos con contramovimiento, en .uu ....• =•••• que la potencia alcanzada es mayor que cuando se realiza el mismo tipo de saito sin contramovirniento. Se han propuesto cuatro mecanismos que explican el mayor trabajo positivo que puede realizar un nnisculo que realiza un cicio de acorta-

miento-estiramiento; 1. Tiempo para el desarrollo de la fuerza. 2. Utilizacion de la energfa elastica. ,. . 3. Potenciacion de la fuerza. 4. Participacion de los reflejos musculares.

300ms

j

ISOMErRICO

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Museulo contraido

. Longiiud (%Lf) 90

Musculo relajado

Tension (%Fm,a)

lOOj

n

o Activacion muscular

Figura 27.3. Acciones musculares concentricas (A), excentricas (B) e isometricas (0. Observese que la (u~rzamuscular varfade manera no lineal cuando un musculo activopasaderealizar una accion isometrica a otraexcentrica.Este comportamiento puede ser explicado en funcion de 105puentes cruzados (vertexto para explicacion "e'n"" d'etalle)(modificada de KnutgenHG, Kraemerw.) Tenriinologyand measurement in exerciseperformance.} App SportSci Res, 1987; 1:1-10).

EI primer mecanismo, denominado «tiempo para el desarrollo de la fuerza», se relaciona con el aumento de tiempo que tiene el nnisculo para estar completamente activado cuando se realiza un estirarniento previo. Debido a que el trabajo positivo se mide como el area debajo de la curva Iongitud-tension (Fig. 27.4), un aumento en la tension muscular al comienzo de la comraccion concentrica mejcrara el trabajo positivo que se puede realizar. Enel caso de que se realice este movimiento previo, se habra comenzado el proceso de excitacion de la fibra muscular por el SNC, estimulacion y contraccion mnscular (pretensado), con 10 que la tension al inicio de la contraccion muscular estani potenciada (Komi, 1986; Enoka, 2002).

EI segundo mecanisino se relaciona con el almacenarniento en el tejido elastica de energfa durante la fase de elongarniento muscular y la posterior utilizacion durante la accion de acortarniento (fase concentrica). EI tercer mecanismo, potenciacion de la fuerza, sugiere que la tension que desarrollan los puentes crnzados se aumenta como consecuencia de realizar un movirniento de estiramiento previo a una accidn muscular concentrica. EI cuarto mecanismo esta asociado con los reflejos de estirarniento (descarga de motoneuronas alfa y reflejos de latencia prolongados) evocados por la elongacion activa muscular en el comienzo del cicio de estirarniento-acortarniento.

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B/OMECAN/CA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIV/DAD Fis/CA Y EL DEPORTE

FUERZA MUSCULAR: PROP/EDADES B/OMECAN/CAS DEL MUSCULO

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Fi!1Ura27.6.Carribiosenlatensionmuscularduran- ,------------------------------., contramovimiento por el nuisculo gemeEXCENTRICO CONCENTRICO ISOMErRICO teocambioscontroladosen la longitudmuscular.La 10y su tendon es de 400 N superior que lonoitudes indicada como porcentaje de la longila generada por el mismo movimiento wide la fibramuscular (%LJen relacion a la lonpero sin contramovimiento previo. Adeoitudde reposo. Lafuerza 0 tension es expresada ~omo porcentaje de la maxima tension isometrica mas, este aumento de fuerza no va c: -0 (%F",J. Paracada contraccionel musculo fue esti'in acompaiiado de una mayor actividad c: mulado a 150 Hz durante 300 ms. Oespues de electromiograflca, por 10 que parece ~ I 100ms de estimulacion la longituddel musculo se rer1ujo(acortamiento)0 se mantuvoconstante0 estiestar originado por mecanismos purad rada(elongamiento).Observeselafonna de lacurva mente musculotendinosos y no por liempo de tensionduranteel acortamiento,el elongamien2.5 mecanismos neurales. Esto muestra que to y laaccion isometrica(modificadade fnoka RM. Longitud (mm) 300ms Activaci6n muscular la participacion de los mecanismos Neuromechanics of human movement, 3.' ed. B EE.UU.:Human Kinetics,2002). puede variar en diferentes tipos de movimientos. PICO MAxIMO DE FUERZA 2.5 La fuerza que un mdsculo puede reade manera paralela con el cambio de longitud, de la misma manera que Estimulo '-----lizar durante velocidad constante es ocurrirfa con un muelle. Durante la acci6n concentrica a velocidad consFuerza isometrical estatica maxima mayor durante acciones de tipo excentante la fuerza disminuy6, muy rapido al principio y luego de manera trico (elongamiento muscular). Por ejemmas lenta, desde el valor isometrico, Por el contrario, durante la acci6n EI pico maximo de fuerza (PMF) que se mide cuando no hay moviplo, se sabe que es mas facil bajar un de elongamiento muscular a velocidad constante, la fuerza aumento muy miento es el valor de fuerza isometrica maxima (FIM) 0 fuerza estatiliempo peso elevado con los flexores del codo, rapidamente al principio y luego de manera mas lenta. En las acciones ca maxima. Esta fuerza es la maxima fuerza voluntaria que se aplica 2.5 10 que requiere una acci6n excentrica, musculares a una velocidad constante, la pendiente del registro de fuerLongitud (mm) cuando la resistencia es insuperable. Si se cuenta con los instrumentos que subir el mismo peso con una acci6n za indica el grado de rigidez (cambios en la fuerza asociados a cambios adecuados, la medici6n de esta fuerza da lugar a la C f-t isometric a 0 de acortamiento muscular. Sin embargo .en la longitud) del nnisculo, Durante el elongamiento muscular la rigiFigura27.4. TrabajopOSitivDrealizado por un musculo aislado durante una acdon de acortamiento muscular precediestatica. la fuerza que se puede realizar durante dez inicial aumenta (por ejemplo, grandes aumentos en la fuerza para da par una accion isometlica (A) y una accion de acortamiento precedida por una contraccion de tipo excinuico (8). el elongamiento muscular puede variar pequeiios cambios en la longitud) y luego disminuye. EI aumento en el fl trabajorealizadopor el musculo (areapar debajo de la curva longitud-tensi6n) es mayor para el cicio acortamientoFuerza dina mica mclxima estiramiento (modificada de fnoka RM. Neuromechanics of human movement, 3.a ed. ff.UU.: Human Kinetics,2002). considerablemente. Por ejemplo, se sabe comienzo de la acci6n muscular de la rigidez (stiffness) se denomina que la fuerza muscular varia de manera «pequefio rango de rigidez muscular» (Enoka, 2002). Si la resistencia que se utiliza para medir la fuerza se supera pero la figura 27 .5 s~~ll}uestrael aumento de la fuerza del pie en una no lineal cuando un nnisculo activo pasa de una acci6n rpo.' ·······•·• ..·,,1'············.. t)"trl comportamiento puede ser explicado en funci6n de los puens610se puede hacer una vez, la fuerza que medimos es la fuerza dinamiflexi6n plantar con contratnovimiento (A) y sin contramovimiento (E). lizar una accion excentrica. Un ejemplo se muestra en la figura 27.6. En tes cruzados. Cuando un rmisculo es elongado activamente desde una ca maxima (FDM). La medici6n con instrumentos adecuados proporcioeste experimento se control61a longitud del nnisculo extensor largo de situacion isometrica, los puentes cruzados unidos son estirados y esto La fuerza generada en los primeros 200 ms de la flexi6n plantar con na la C f-t dinamica. Cuando no se dispone de instrumentos de medida los dedos mientras se estimulaba el neraumenta la tensi6n media generada por cada puente cruzado. En las se puede expresar como el maximo peso levantado, pero desconocerfavio motor y se media la fuerza que se fibras del zorro se ha observado que cuando se elongan primero muesmos la fuerza aplicada. Se suele considerar como el valor de una repetiA B realizaba (McCully y Faulkaner, 1985). tran un gran aumento de tensi6n y luego una zona estable (casi dos cion maxima (I RM). Durante la accion isometrica la longitud veces la producida durante aeciones isometricas), Despues de que los 120 no se modifie6, mientras que la fuerza···········~=clf-······ puentes cruzados han sido estirados en cieito-grad(J, se produce un desaFuerza dina mica mclxima relativa alcanz6 una zona de meseta durante la coplamiento y un rapido acoplamiento, aproximadamente 200 veees estimulacion. Sin embargo, euando se mas rapido que durante acciones isometricas. De esta manera el pequeSi medimos la fuerza aplicada con resistencias inferiores a aquella cambi61a longitud, la fuerza no cambio iio rango de rigidez muscular que se produce en el inicio de la contraccon la que hemos medido la FDM (I RM), encontraremos una serie de ci6n excentrica (elongamiento muscular) se deberia a un aumento en valores, cada uno de los cuales sera una medici6n de fuerza dinamica la tensi6n media producida por cada puente cruzado. Ademas, en la Figura27.5. Aumento de la fuerza del pie en una maxima, pero a todos ellos hemos de considerarlos val ores de fuerza medida en la que el elongamiento muscular continua, los puentes cruflexion plantar con contramovimiento (A) y sin dinamica maxima relativa (FDMR), ya que siempre existira un valor contramovimiento (8). Observese como la longizados se reacoplan rapidamente produciendo otra vez una gran tensi6n superior de fuerza dinamica que sera la FDM. Por tanto, un sujeto tenmuscular. dni un solo valor de FDM en un movimiento y condiciones concretas, pero numerosos - tantos como resistencias distintas utilice para medirto y se acorta en la fase de flexion. La velocidad CARACfERiSTICAS DE LA MANIFESTACION DE LA FUERZA los- de FDMR. La medici6n con instrumentos adecuados proporciona de acortamiento sin contramovimiento en 8 no EN EL DEPORTE distintas C f-t dinamicas, La relacion de estas curvas con la C f-t corresdifiere de la de A (fase descendente en el diagrama de longitud-tension); sin embargo la fuerza pondiente a la FDM 0 ala FIM puede informar de las caracteristicas del Despues de 10expuesto, tenemos que concluir que cuando hablaaplicada fue menor (diferenciaentre Ifneasentresujeto y de su estado de forma actual. o de la medici6n y valoraci6n de la manifestaci6n de la fuerza 10que mos 1.5 cortadasdel diagrama de fuerza-tiempo). fl exceQj E podemos y tenemos que medir son el pico de fuerza conseguido y el so de fuerza en A se debe a la aportadapar el tenllh 1.0 don. Notese que la adividad electromiograficano tiempo necesario para lIegar a alcanzarlo, es decir el valor de la fuerFuerza uti! Qj "0 0.5 difiere en ambas condiciones (modificada de za que se mide y se quiere analizar y la relaci6n entre esa fuerza y el lJ Ka\VakamiY, Murakoa T, Ito5, KanehisaH, Fuku::l; Dentro del grupo de valores de FDMR nos encontramos con un valor 0.0 _.E.!:;~~:"'::':.:::!.:... tiempo necesario para conseguirla. La relaci6n fuerza-tiempo da lugar LU naga I In vivo muscle fibrebehaviourduringcounespecial, el que corresponde a la fuerza que aplica el deportista cuando ~ ~ ~ ~ ~ o~ ~ ~ ~ a 10que se conoce como «curva fuerza-tiempo» (C f-t), Cuando la fuerter-movement exercise in humans reveals a signirealiza su gesto especifico de competici6n. A este valor de FDMR Ie liempo (segundos) za se mide en acci6n dinamica, la C f-t tiene un equivalente en la curva ficant role for tendon elasticity. J Physiol, 2002; L...___.J 540:635-646). denominamos «fuerza titil» (Gonzalez-Badillo y Gorostiaga E, 1993, fuerza-velocidad (C f-v). .A

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B/OMECAN/CA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACTIV/DAD Fis/CA Y EL DEPORTE

FUERZA MUSCULAR: PROP/EDADES B/OMECAN/CAS DEL MUSCULO

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Fi!1Ura27.6.Carribiosenlatensionmuscularduran- ,------------------------------., contramovimiento por el nuisculo gemeEXCENTRICO CONCENTRICO ISOMErRICO teocambioscontroladosen la longitudmuscular.La 10y su tendon es de 400 N superior que lonoitudes indicada como porcentaje de la longila generada por el mismo movimiento wide la fibramuscular (%LJen relacion a la lonpero sin contramovimiento previo. Adeoitudde reposo. Lafuerza 0 tension es expresada ~omo porcentaje de la maxima tension isometrica mas, este aumento de fuerza no va c: -0 (%F",J. Paracada contraccionel musculo fue esti'in acompaiiado de una mayor actividad c: mulado a 150 Hz durante 300 ms. Oespues de electromiograflca, por 10 que parece ~ I 100ms de estimulacion la longituddel musculo se rer1ujo(acortamiento)0 se mantuvoconstante0 estiestar originado por mecanismos purad rada(elongamiento).Observeselafonna de lacurva mente musculotendinosos y no por liempo de tensionduranteel acortamiento,el elongamien2.5 mecanismos neurales. Esto muestra que to y laaccion isometrica(modificadade fnoka RM. Longitud (mm) 300ms Activaci6n muscular la participacion de los mecanismos Neuromechanics of human movement, 3.' ed. B EE.UU.:Human Kinetics,2002). puede variar en diferentes tipos de movimientos. PICO MAxIMO DE FUERZA 2.5 La fuerza que un mdsculo puede reade manera paralela con el cambio de longitud, de la misma manera que Estimulo '-----lizar durante velocidad constante es ocurrirfa con un muelle. Durante la acci6n concentrica a velocidad consFuerza isometrical estatica maxima mayor durante acciones de tipo excentante la fuerza disminuy6, muy rapido al principio y luego de manera trico (elongamiento muscular). Por ejemmas lenta, desde el valor isometrico, Por el contrario, durante la acci6n EI pico maximo de fuerza (PMF) que se mide cuando no hay moviplo, se sabe que es mas facil bajar un de elongamiento muscular a velocidad constante, la fuerza aumento muy miento es el valor de fuerza isometrica maxima (FIM) 0 fuerza estatiliempo peso elevado con los flexores del codo, rapidamente al principio y luego de manera mas lenta. En las acciones ca maxima. Esta fuerza es la maxima fuerza voluntaria que se aplica 2.5 10 que requiere una acci6n excentrica, musculares a una velocidad constante, la pendiente del registro de fuerLongitud (mm) cuando la resistencia es insuperable. Si se cuenta con los instrumentos que subir el mismo peso con una acci6n za indica el grado de rigidez (cambios en la fuerza asociados a cambios adecuados, la medici6n de esta fuerza da lugar a la C f-t isometric a 0 de acortamiento muscular. Sin embargo .en la longitud) del nnisculo, Durante el elongamiento muscular la rigiFigura27.4. TrabajopOSitivDrealizado por un musculo aislado durante una acdon de acortamiento muscular precediestatica. la fuerza que se puede realizar durante dez inicial aumenta (por ejemplo, grandes aumentos en la fuerza para da par una accion isometlica (A) y una accion de acortamiento precedida por una contraccion de tipo excinuico (8). el elongamiento muscular puede variar pequeiios cambios en la longitud) y luego disminuye. EI aumento en el fl trabajorealizadopor el musculo (areapar debajo de la curva longitud-tensi6n) es mayor para el cicio acortamientoFuerza dina mica mclxima estiramiento (modificada de fnoka RM. Neuromechanics of human movement, 3.a ed. ff.UU.: Human Kinetics,2002). considerablemente. Por ejemplo, se sabe comienzo de la acci6n muscular de la rigidez (stiffness) se denomina que la fuerza muscular varia de manera «pequefio rango de rigidez muscular» (Enoka, 2002). Si la resistencia que se utiliza para medir la fuerza se supera pero la figura 27 .5 s~~ll}uestrael aumento de la fuerza del pie en una no lineal cuando un nnisculo activo pasa de una acci6n rpo.' ·······•·• ..·,,1'············.. t)"trl comportamiento puede ser explicado en funci6n de los puens610se puede hacer una vez, la fuerza que medimos es la fuerza dinamiflexi6n plantar con contratnovimiento (A) y sin contramovimiento (E). lizar una accion excentrica. Un ejemplo se muestra en la figura 27.6. En tes cruzados. Cuando un rmisculo es elongado activamente desde una ca maxima (FDM). La medici6n con instrumentos adecuados proporcioeste experimento se control61a longitud del nnisculo extensor largo de situacion isometrica, los puentes cruzados unidos son estirados y esto La fuerza generada en los primeros 200 ms de la flexi6n plantar con na la C f-t dinamica. Cuando no se dispone de instrumentos de medida los dedos mientras se estimulaba el neraumenta la tensi6n media generada por cada puente cruzado. En las se puede expresar como el maximo peso levantado, pero desconocerfavio motor y se media la fuerza que se fibras del zorro se ha observado que cuando se elongan primero muesmos la fuerza aplicada. Se suele considerar como el valor de una repetiA B realizaba (McCully y Faulkaner, 1985). tran un gran aumento de tensi6n y luego una zona estable (casi dos cion maxima (I RM). Durante la accion isometrica la longitud veces la producida durante aeciones isometricas), Despues de que los 120 no se modifie6, mientras que la fuerza···········~=clf-······ puentes cruzados han sido estirados en cieito-grad(J, se produce un desaFuerza dina mica mclxima relativa alcanz6 una zona de meseta durante la coplamiento y un rapido acoplamiento, aproximadamente 200 veees estimulacion. Sin embargo, euando se mas rapido que durante acciones isometricas. De esta manera el pequeSi medimos la fuerza aplicada con resistencias inferiores a aquella cambi61a longitud, la fuerza no cambio iio rango de rigidez muscular que se produce en el inicio de la contraccon la que hemos medido la FDM (I RM), encontraremos una serie de ci6n excentrica (elongamiento muscular) se deberia a un aumento en valores, cada uno de los cuales sera una medici6n de fuerza dinamica la tensi6n media producida por cada puente cruzado. Ademas, en la Figura27.5. Aumento de la fuerza del pie en una maxima, pero a todos ellos hemos de considerarlos val ores de fuerza medida en la que el elongamiento muscular continua, los puentes cruflexion plantar con contramovimiento (A) y sin dinamica maxima relativa (FDMR), ya que siempre existira un valor contramovimiento (8). Observese como la longizados se reacoplan rapidamente produciendo otra vez una gran tensi6n superior de fuerza dinamica que sera la FDM. Por tanto, un sujeto tenmuscular. dni un solo valor de FDM en un movimiento y condiciones concretas, pero numerosos - tantos como resistencias distintas utilice para medirto y se acorta en la fase de flexion. La velocidad CARACfERiSTICAS DE LA MANIFESTACION DE LA FUERZA los- de FDMR. La medici6n con instrumentos adecuados proporciona de acortamiento sin contramovimiento en 8 no EN EL DEPORTE distintas C f-t dinamicas, La relacion de estas curvas con la C f-t corresdifiere de la de A (fase descendente en el diagrama de longitud-tension); sin embargo la fuerza pondiente a la FDM 0 ala FIM puede informar de las caracteristicas del Despues de 10expuesto, tenemos que concluir que cuando hablaaplicada fue menor (diferenciaentre Ifneasentresujeto y de su estado de forma actual. o de la medici6n y valoraci6n de la manifestaci6n de la fuerza 10que mos 1.5 cortadasdel diagrama de fuerza-tiempo). fl exceQj E podemos y tenemos que medir son el pico de fuerza conseguido y el so de fuerza en A se debe a la aportadapar el tenllh 1.0 don. Notese que la adividad electromiograficano tiempo necesario para lIegar a alcanzarlo, es decir el valor de la fuerFuerza uti! Qj "0 0.5 difiere en ambas condiciones (modificada de za que se mide y se quiere analizar y la relaci6n entre esa fuerza y el lJ Ka\VakamiY, Murakoa T, Ito5, KanehisaH, Fuku::l; Dentro del grupo de valores de FDMR nos encontramos con un valor 0.0 _.E.!:;~~:"'::':.:::!.:... tiempo necesario para conseguirla. La relaci6n fuerza-tiempo da lugar LU naga I In vivo muscle fibrebehaviourduringcounespecial, el que corresponde a la fuerza que aplica el deportista cuando ~ ~ ~ ~ ~ o~ ~ ~ ~ a 10que se conoce como «curva fuerza-tiempo» (C f-t), Cuando la fuerter-movement exercise in humans reveals a signirealiza su gesto especifico de competici6n. A este valor de FDMR Ie liempo (segundos) za se mide en acci6n dinamica, la C f-t tiene un equivalente en la curva ficant role for tendon elasticity. J Physiol, 2002; L...___.J 540:635-646). denominamos «fuerza titil» (Gonzalez-Badillo y Gorostiaga E, 1993, fuerza-velocidad (C f-v). .A

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC77VIDAD FiSICA Y EL DEPORTE

1995). La mejora de este valor de fuerza debe ser el principal objetivo del entrenamiento y 10 que mas relacion guarda con el propio rendimiento deportivo. Esta fuerza se produce a la velocidad especifica y en el tiempo especifico del gesto de competicion, En la mayorfa de los casos, la velocidad y el tiempo especfficos de un mismo sujeto no son dos valores estables durante toda la vida deportiva, ya que la mejora del rendimiento exige necesariamente el aumento de la velocidad y, por tanto, la reduccion progresiva del tiempo de aplicacion de fuerza para superar una misma resistencia. EI estudio a 10 largo del tiempo de la evolucion de la relacion entre los valores de FDM y FDMR en distintos ejercicios considerados predictores del rendimiento deportivo y el propio rendimiento especifico proporciona informacion sobre las necesidades de fuerza y sobre la relevancia de determinados test para la valoracion del rendimiento, Dada la importancia de la fuerza uti!para el resultado deportivo y para la valoracion del efecto del entrenamiento, este valor de fuerza debe ser el principal criterio de referencia para organizar el propio entrenamiento.

FUERZA MUSCULAR: PROPIEDADES BIOMECANICAS DEL MUSCULO

curva se manifiestan de manera paralela en las C f-v y curva de potencia. CUIVa fuerza·velocidad

Es la curva que representa la relaci6n entre Ia fuerza y Ia velocidad, En acciones propias del entrenamiento 0 la actividad ffsica, esta curva se forma uniendo los puntos que resultan de medir la fuerza aplicada en accion concenirica y la velocidad conseguida ante cargas de distintos valores, desde las mas pequeiias hasta las mas elevadas. Por tanto, para formar una sola curva es neeesario utilizar varias cargas diferentes. Esta relacion indica que cuanto mayor es la carga mas fuerza podemos aplicar. EI resultado es una curva con una tendencia hiperbolica que termina en valor 0 de velocidad cuando la accion es isometrica y con el valor de velocidad maxima absoluta (teoricamenre sin carga a veneer) cuando la carga es nula 0 despreciable. EI efecto positivo del entrenamiento se manifiesta cuando esta curva se desplaza a la derecha y hacia arriba, es decir, cuando se puede conseguir la misma velocidad ante una resistencia mayor 0 cuando se puede desplazar una mismaresistencia a mayor CURVA FUERZA·TJEMPO Y CURVA FUERZA-VELOCIDAD velocidad, Cuando la carga es superior a la fuerza isometrica del sujeto, CUIVa fuerza.tiempo la C f-v se prolonga en la fase excentrica, pero con una relacion positiva fuerza-velocidad hasta un determinado valor de carga en el que el Es la relacion entre el tiempo y la fuerza al realizar una activacion aumento de velocidad vuelve a relacionarse con una menor fuerza aplimuscular maxima de cualquier tipo ante cualquier valor de carga. cada. Los efectos refJejados en esta curva se manifiestan de manera parae En el eje de abscisas generalmente se coloca el tiempo y en el de ordelela en las curvas fuerza-tiempoC f-t y de potencia. nadas la fuerza. Cada carga tiene su C f-t. Por tanto, hay tantas C f-t Las modificaciones positivas y paralelas de las C f-t y C f-v se exprecomo cargas se usan p~i~ medirlas. Cuanto mayor es el tiempo.hasta .. san en la figura 27.7;Los-cambios en la Cf-tsignifican que, primero, ~ cierto limite, mayor reslillil la fuerza aplicada. EI resultado para cada para producir la misma fuerza se tarda menos tiempo 0 que, segundo, en repeticion 0 para cada carga hasta el pico maximo de fuerzaes una el mismo tiempo se alcanza mas fuerza. Si los resultados de esta medicurva que se aproxima a una relacion logistica, en la que las variables cion se expresaran a traves de la C f-v, los cambios significarian que, prison el tiempo y la fuerza. EI efecto positive del entrenamiento se manimero, la misma resistencia se desplazaria a mayor velocidad 0 que, segunfiesta cuando esta curva se desplaza a la izquierda y hacia arriba, do, a la misma velocidad se desplazaria mas resistencia. Si comparamos es decir, cuando se puede aplicar la misma fuerza en menos tiemlos efectos del primero de cada curva nos daremos cuenta de que produpo 0 mas fuerza en el mismo tiempo. Los efectos reflejados en esta cir la misma fuerza en menos tiempo (C f-t) es 10 mismo que desplazar ". '",I'

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Fuerza explosiva

Es un termino utilizado en la jerga deportiva para referirse a la produccion de fuerza en la unidad de tiempo. Es Ia relacion entre un valor de fuerza y el tiempo invertido en conseguirlo. Tambien es la relacion entre la diferencia entre dos valores de fuerza y el tiempo transcurrido entre ellos en una C f-t. De «fuerza explosiva» existen tantos valores como puntos (momentos!tiempos) elijamos para medirla. No se identifica con ningiin valor de carga. No se identifica con la velocidad del movimiento. La «fuerza explosive se produce y manifiesta ante cualquier carga y a cualquier velocidad. Hablar de la C f-t es 10 mismo que hablar de la fuerza explosiva (FE). Si la medicion de la fuerza se ha hecho de forma estatica, los valores que resulten senin de FE estatica; si se ha hecho .en accion dinamica, 10 que obtenemos es la FE dinamica; y si hemos podido medir la produccion de fuerza durante la fase estatica y la dinamica en la misma ejecucion, tendremos ambos valores de FE y la relacion entre ambos. En la bibliograffa intemacional considerada «cientifiC3», la iinica expresion de FE es la denominada rate offorce development «proporcion, tasa 0 velocidad de desarrollo 0 ... -.. " tnt]n, que signifies produccion de fuerza en relacion con el tiempo», y se expresa en N . S·I. Estejermim esm muy generalizado y se utiliza tanto en los estudios sobre la fisiologfa de la aetivacion muscular como en la medicion de la fuerza yen la metodologfa del entrenamiento (Hakkinen, Alen y Komi, 1984; Aagaard y Andersen, 1998; Sale, 1991; Schmidbleicher, 1992; Wilson et al., 1995; Young, 1993; Young y Bilby, 1993; Siff, 2000). En esta bi. bliograffa, la FE viene determinada y expresada poria pendiente de la Cf-t, La eleccion del tiempo para medir la FE deberfa tener una justificacion basandose en las aplicaciones que tuviera para la valoracion de las cualidades de fuerza y el efecto del entrenamiento, asf como para el analisis de la tecnica deportiva. Por ello la importancia y utilidad de medir y aniilizar estos valores se justifica por el hecho de que dos sujetos con la misma FE a un tiempo determinado, por ejemplo 800 ms, podrfan tener un valor muy distinto a los 100 ms y un I·· ·'' ' 1:···:·················· ;.n:;,;.n sujeto puede preserttar distintos

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la misma resistencia a mayor velocidad (C f-v): evidentemente, tardar menos tiempo (para desplazar la misma resistencia) es alcanzar mayor velocidad. Incluso el efecto primero de la C f-t tambien se expresa como manifestar la fuerza a mayor velocidad. Lo mismo ocurre si comparamos los efectos del segundo: alcanzar mas fuerza en el mismo tiempo (misma velocidad) es 10 mismo que desplazar una resistencia mayor a la msma velocidad.

Tiempo

Figura 27.7: Loscambios producidos en fa C.f-tson equivafentes a los producidos en la Cf-v.A. La{uerza I ((I) se manifiesta en menos ti~mpo (12)que alprincipio ItI). Estoes equtvafe~te,.e.nfa B, a desplaza~la mlsma (uerza 0 resistencia((I) a mayor velocidad (v2)que al principio (vI). A, en el mismo tiempo (tI) se afcanza mayor (uerza (~2)que ~IprmC/plO((1). Es!~es equtvalenle: en la B, a despfazar a la misma velocidad (vI) una resistenciamayor ((2) que al principio (fl) (modificado de GonzalezBadIllo11, RibasJJ. ProgramaclOndel entrenamlento de fuerza. Barcelona:Inde Publicaciones,2002).

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valores segiin el momenta de la temporada 0 del cicio de entrenamiento en el que se realicen las mediciones. Las modificaciones en estos valores pueden indicar que tipo de forma posee el sujeto y en que direccioa se ha manifestado el efecto del entrenamiento. Fuerza explosiva miDcima Es un termino utilizado en la jerga deportiva para referirse a la maxima produccion de fuerza en la unidad de tiempo entre dos valores de fuerza y el tiempo transcurrido entre ellos en una C f-t. De «fuerza explosiva maxima. solo existe un valor para cada sujeto en un momenta determinado. Si hacemos «infinitas» medidas de la FE entre dos puntos de la C f-t encontramos que existe un momenta en el que la produccidn de fuerza por unidad de tiempo es la mas alta de toda la curva. EI tiempo en el que se mide esta produccion de fuerza es en la practica de I a 10 ms. Cuando en la bibliograffa intemacional se necesita utilizar este termino, la rate of force development se expresa con RFD maxima (RFDm;,. o MRFD). A este valor de FE se Ie llama, logicamente, «fuerza explosiva maxima. (FEmi') (Fig. 27.8) y se define como la maxima produccion de fuerza por unidad de tiempo en toda la produccion de fuerza 0 la mejor relacion fuerza-tiempo de toda la curva, medida en la practica en tiempos de I a 10 ms.Al igual que la FE,se expresaen N· sl.Bstaexpresion de fuerza tiene una caracterfstica muy especial y lIamativa: en el momenta de alcanzar esta maxima produccion de fuerza por unidad de tiempo se esta manifestando una fuerza muy proxima al 30% de la FIM que el sujeto alcanzara en esa misma activaci6n voluntaria maxima que se esta ejecutando y midiendo. Este heche esta descrito en la bibliografia, como en Hakkinen et al. (1984), y 10 hemos podido comprobar personaimente en repetidas ocasiones y en varios gmpos museulares. Si la resistencia que hay que veneer en una accion dinamica es menor al30% de la FIM, la pendiente de la C f-t se inclina a la derecha 0 cae antes de alcanzar la fase de maxima pendiente que define a la fuerza explosiva maxima. Esto qui ere decir que cuando desplazamos resistencias inferiores al25%, aproximadamente, de la FIM no se puede Ilegar a manifestar la FEmix(Schmidbleicher y Buhrle, 1987). Este hecho se debe a que si tratamos de desplazar resistencias inferiores a130% de la FlM no encontramos suficiente resistencia para Ilegar a manifestar la fuerza minima necesaria (30%, aproximadamente, de la FlM) para que la produccion de fuerza por unidad de tiempo sea la maxima absolu-

Figura 27.8. Medici6n directade la fuerza isomelricamaxima (l,nea roja) y produccion de fuerza en la unidad de liempo (/(neaazul) en un press de banca. La /(nea negra discontinua marca el momento en el que se produce el pico maximo de producci6n de fuerza en la unidad de tiempo ((uerzaexplosivamaxima) y ef valorde (uerzaque ha alcanzado elsujeto en ESemomenta (datosde iliaO,O·'--'-'-f--f--;·---;-:-+-t--t-1 nuestro faboratoriono publicados). La (uerza al pico maximo de producci6n de fuerza es de 311 ISIJ,II"~~,:!~dWIl!l\~. N=30,4% de fa FlM(1021N)en la misma acci6n ' T :1; isometrica.Eftiempo hastaefpico maximo de pro- ' :,. duccion de (uerza es de 103 ms. .....___...::::=='-'--'---'-'''-=-'-'-'~----'~~~~~'___"""

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1995). La mejora de este valor de fuerza debe ser el principal objetivo del entrenamiento y 10 que mas relacion guarda con el propio rendimiento deportivo. Esta fuerza se produce a la velocidad especifica y en el tiempo especifico del gesto de competicion, En la mayorfa de los casos, la velocidad y el tiempo especfficos de un mismo sujeto no son dos valores estables durante toda la vida deportiva, ya que la mejora del rendimiento exige necesariamente el aumento de la velocidad y, por tanto, la reduccion progresiva del tiempo de aplicacion de fuerza para superar una misma resistencia. EI estudio a 10 largo del tiempo de la evolucion de la relacion entre los valores de FDM y FDMR en distintos ejercicios considerados predictores del rendimiento deportivo y el propio rendimiento especifico proporciona informacion sobre las necesidades de fuerza y sobre la relevancia de determinados test para la valoracion del rendimiento, Dada la importancia de la fuerza uti!para el resultado deportivo y para la valoracion del efecto del entrenamiento, este valor de fuerza debe ser el principal criterio de referencia para organizar el propio entrenamiento.

FUERZA MUSCULAR: PROPIEDADES BIOMECANICAS DEL MUSCULO

curva se manifiestan de manera paralela en las C f-v y curva de potencia. CUIVa fuerza·velocidad

Es la curva que representa la relaci6n entre Ia fuerza y Ia velocidad, En acciones propias del entrenamiento 0 la actividad ffsica, esta curva se forma uniendo los puntos que resultan de medir la fuerza aplicada en accion concenirica y la velocidad conseguida ante cargas de distintos valores, desde las mas pequeiias hasta las mas elevadas. Por tanto, para formar una sola curva es neeesario utilizar varias cargas diferentes. Esta relacion indica que cuanto mayor es la carga mas fuerza podemos aplicar. EI resultado es una curva con una tendencia hiperbolica que termina en valor 0 de velocidad cuando la accion es isometrica y con el valor de velocidad maxima absoluta (teoricamenre sin carga a veneer) cuando la carga es nula 0 despreciable. EI efecto positivo del entrenamiento se manifiesta cuando esta curva se desplaza a la derecha y hacia arriba, es decir, cuando se puede conseguir la misma velocidad ante una resistencia mayor 0 cuando se puede desplazar una mismaresistencia a mayor CURVA FUERZA·TJEMPO Y CURVA FUERZA-VELOCIDAD velocidad, Cuando la carga es superior a la fuerza isometrica del sujeto, CUIVa fuerza.tiempo la C f-v se prolonga en la fase excentrica, pero con una relacion positiva fuerza-velocidad hasta un determinado valor de carga en el que el Es la relacion entre el tiempo y la fuerza al realizar una activacion aumento de velocidad vuelve a relacionarse con una menor fuerza aplimuscular maxima de cualquier tipo ante cualquier valor de carga. cada. Los efectos refJejados en esta curva se manifiestan de manera parae En el eje de abscisas generalmente se coloca el tiempo y en el de ordelela en las curvas fuerza-tiempoC f-t y de potencia. nadas la fuerza. Cada carga tiene su C f-t. Por tanto, hay tantas C f-t Las modificaciones positivas y paralelas de las C f-t y C f-v se exprecomo cargas se usan p~i~ medirlas. Cuanto mayor es el tiempo.hasta .. san en la figura 27.7;Los-cambios en la Cf-tsignifican que, primero, ~ cierto limite, mayor reslillil la fuerza aplicada. EI resultado para cada para producir la misma fuerza se tarda menos tiempo 0 que, segundo, en repeticion 0 para cada carga hasta el pico maximo de fuerzaes una el mismo tiempo se alcanza mas fuerza. Si los resultados de esta medicurva que se aproxima a una relacion logistica, en la que las variables cion se expresaran a traves de la C f-v, los cambios significarian que, prison el tiempo y la fuerza. EI efecto positive del entrenamiento se manimero, la misma resistencia se desplazaria a mayor velocidad 0 que, segunfiesta cuando esta curva se desplaza a la izquierda y hacia arriba, do, a la misma velocidad se desplazaria mas resistencia. Si comparamos es decir, cuando se puede aplicar la misma fuerza en menos tiemlos efectos del primero de cada curva nos daremos cuenta de que produpo 0 mas fuerza en el mismo tiempo. Los efectos reflejados en esta cir la misma fuerza en menos tiempo (C f-t) es 10 mismo que desplazar ". '",I'

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Fuerza explosiva

Es un termino utilizado en la jerga deportiva para referirse a la produccion de fuerza en la unidad de tiempo. Es Ia relacion entre un valor de fuerza y el tiempo invertido en conseguirlo. Tambien es la relacion entre la diferencia entre dos valores de fuerza y el tiempo transcurrido entre ellos en una C f-t. De «fuerza explosiva» existen tantos valores como puntos (momentos!tiempos) elijamos para medirla. No se identifica con ningiin valor de carga. No se identifica con la velocidad del movimiento. La «fuerza explosive se produce y manifiesta ante cualquier carga y a cualquier velocidad. Hablar de la C f-t es 10 mismo que hablar de la fuerza explosiva (FE). Si la medicion de la fuerza se ha hecho de forma estatica, los valores que resulten senin de FE estatica; si se ha hecho .en accion dinamica, 10 que obtenemos es la FE dinamica; y si hemos podido medir la produccion de fuerza durante la fase estatica y la dinamica en la misma ejecucion, tendremos ambos valores de FE y la relacion entre ambos. En la bibliograffa intemacional considerada «cientifiC3», la iinica expresion de FE es la denominada rate offorce development «proporcion, tasa 0 velocidad de desarrollo 0 ... -.. " tnt]n, que signifies produccion de fuerza en relacion con el tiempo», y se expresa en N . S·I. Estejermim esm muy generalizado y se utiliza tanto en los estudios sobre la fisiologfa de la aetivacion muscular como en la medicion de la fuerza yen la metodologfa del entrenamiento (Hakkinen, Alen y Komi, 1984; Aagaard y Andersen, 1998; Sale, 1991; Schmidbleicher, 1992; Wilson et al., 1995; Young, 1993; Young y Bilby, 1993; Siff, 2000). En esta bi. bliograffa, la FE viene determinada y expresada poria pendiente de la Cf-t, La eleccion del tiempo para medir la FE deberfa tener una justificacion basandose en las aplicaciones que tuviera para la valoracion de las cualidades de fuerza y el efecto del entrenamiento, asf como para el analisis de la tecnica deportiva. Por ello la importancia y utilidad de medir y aniilizar estos valores se justifica por el hecho de que dos sujetos con la misma FE a un tiempo determinado, por ejemplo 800 ms, podrfan tener un valor muy distinto a los 100 ms y un I·· ·'' ' 1:···:·················· ;.n:;,;.n sujeto puede preserttar distintos

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la misma resistencia a mayor velocidad (C f-v): evidentemente, tardar menos tiempo (para desplazar la misma resistencia) es alcanzar mayor velocidad. Incluso el efecto primero de la C f-t tambien se expresa como manifestar la fuerza a mayor velocidad. Lo mismo ocurre si comparamos los efectos del segundo: alcanzar mas fuerza en el mismo tiempo (misma velocidad) es 10 mismo que desplazar una resistencia mayor a la msma velocidad.

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Figura 27.7: Loscambios producidos en fa C.f-tson equivafentes a los producidos en la Cf-v.A. La{uerza I ((I) se manifiesta en menos ti~mpo (12)que alprincipio ItI). Estoes equtvafe~te,.e.nfa B, a desplaza~la mlsma (uerza 0 resistencia((I) a mayor velocidad (v2)que al principio (vI). A, en el mismo tiempo (tI) se afcanza mayor (uerza (~2)que ~IprmC/plO((1). Es!~es equtvalenle: en la B, a despfazar a la misma velocidad (vI) una resistenciamayor ((2) que al principio (fl) (modificado de GonzalezBadIllo11, RibasJJ. ProgramaclOndel entrenamlento de fuerza. Barcelona:Inde Publicaciones,2002).

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valores segiin el momenta de la temporada 0 del cicio de entrenamiento en el que se realicen las mediciones. Las modificaciones en estos valores pueden indicar que tipo de forma posee el sujeto y en que direccioa se ha manifestado el efecto del entrenamiento. Fuerza explosiva miDcima Es un termino utilizado en la jerga deportiva para referirse a la maxima produccion de fuerza en la unidad de tiempo entre dos valores de fuerza y el tiempo transcurrido entre ellos en una C f-t. De «fuerza explosiva maxima. solo existe un valor para cada sujeto en un momenta determinado. Si hacemos «infinitas» medidas de la FE entre dos puntos de la C f-t encontramos que existe un momenta en el que la produccidn de fuerza por unidad de tiempo es la mas alta de toda la curva. EI tiempo en el que se mide esta produccion de fuerza es en la practica de I a 10 ms. Cuando en la bibliograffa intemacional se necesita utilizar este termino, la rate of force development se expresa con RFD maxima (RFDm;,. o MRFD). A este valor de FE se Ie llama, logicamente, «fuerza explosiva maxima. (FEmi') (Fig. 27.8) y se define como la maxima produccion de fuerza por unidad de tiempo en toda la produccion de fuerza 0 la mejor relacion fuerza-tiempo de toda la curva, medida en la practica en tiempos de I a 10 ms.Al igual que la FE,se expresaen N· sl.Bstaexpresion de fuerza tiene una caracterfstica muy especial y lIamativa: en el momenta de alcanzar esta maxima produccion de fuerza por unidad de tiempo se esta manifestando una fuerza muy proxima al 30% de la FIM que el sujeto alcanzara en esa misma activaci6n voluntaria maxima que se esta ejecutando y midiendo. Este heche esta descrito en la bibliografia, como en Hakkinen et al. (1984), y 10 hemos podido comprobar personaimente en repetidas ocasiones y en varios gmpos museulares. Si la resistencia que hay que veneer en una accion dinamica es menor al30% de la FIM, la pendiente de la C f-t se inclina a la derecha 0 cae antes de alcanzar la fase de maxima pendiente que define a la fuerza explosiva maxima. Esto qui ere decir que cuando desplazamos resistencias inferiores al25%, aproximadamente, de la FIM no se puede Ilegar a manifestar la FEmix(Schmidbleicher y Buhrle, 1987). Este hecho se debe a que si tratamos de desplazar resistencias inferiores a130% de la FlM no encontramos suficiente resistencia para Ilegar a manifestar la fuerza minima necesaria (30%, aproximadamente, de la FlM) para que la produccion de fuerza por unidad de tiempo sea la maxima absolu-

Figura 27.8. Medici6n directade la fuerza isomelricamaxima (l,nea roja) y produccion de fuerza en la unidad de liempo (/(neaazul) en un press de banca. La /(nea negra discontinua marca el momento en el que se produce el pico maximo de producci6n de fuerza en la unidad de tiempo ((uerzaexplosivamaxima) y ef valorde (uerzaque ha alcanzado elsujeto en ESemomenta (datosde iliaO,O·'--'-'-f--f--;·---;-:-+-t--t-1 nuestro faboratoriono publicados). La (uerza al pico maximo de producci6n de fuerza es de 311 ISIJ,II"~~,:!~dWIl!l\~. N=30,4% de fa FlM(1021N)en la misma acci6n ' T :1; isometrica.Eftiempo hastaefpico maximo de pro- ' :,. duccion de (uerza es de 103 ms. .....___...::::=='-'--'---'-'''-=-'-'-'~----'~~~~~'___"""

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FUERZA MUSCULAR: PROPIEDADES BIOMECANICAS DEL MOSCULO

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACT/VIDAD FislCA Y EL DEPORTE

ta (FEmi')' En otras palabras, es bien sabido que antes de iniciar el desplazamiento de una resistencia tenemos que aplicar, en accidn estatica 0 isometrica, una fuerza ligeramente superior a la fuerza que representa la propia resistencia, pues de 10contrario el peso no se moveria. Por tanto, si la resistencia es superior al30% de la FIM del sujeto, antes de iniciar el movimiento ya se habra podido aplicar la fuerza necesaria pam alcanzar un valor de produccion de fuerza por unidad de tiempo equivalente ala FEmJx.Si, por el contrario, la resistencia fuera inferior a dicho 30% de la FIM, el cuerpo empezaria a moverse antes de haber aplicado la fuerza necesaria para producir la maxima FE, por 10que el valor moo de FE ya no se podria alcanzar, ya que el cuerpo empieza a desplazarse y la fuerza aplicada por unidad de tiempo sera menor cuanto mayor sea la velocidad de desplazamiento. De todo esto se deduce facilmente que la FEron. (maxima pendiente) se produce en la fase estatica de cualquier desplazamiento de una resistencia y que, si la resistencia es muy pequefia, no se puede producir dicha FEmi,. (Fig. 27.9). Esto lleva ados reflexiones. Laprimera es que la~"{. no tiene nada que ver con el movimiento en cuanto a su produccidn y la segunda, que se colige de la primera, es que no tiene sentido asociar el entrenamiento de la FEmi,. unicamente con movimientos muy nipidos. Es cierto que la ~ no tiene nada que ver con el movirniento en cuanto a su produccion, ya que la ~,. se puede alcanzar y de hecho solo se alcanza, como hemos explicado, antes de iniciar el movirniento y, por tanto, la produccion de fuerza por unidad de tiempo puede ser independiente de la velocidad del movirniento (young, 1993). Por tanto, los ejercicios explosivos (0 acciones explosivas) no son los que se producen a gran velocidad, sino aquellos en los que sil alcanza la maxima 0 casl maxima produccion de fuerza en la unidad de lieiIfPo(Schmidbleicher, 1992), por 10que deberian considemrse como ejercicios explosivos desde aquellos en losque se utilizan las resistencias mas pesadas hasta losrealizados con las mas ligeras, Pero, obviamente, la FE y la~"{. tienen una estrecha relaci6n con la velocidad del movimiento ante una misma carga 0 resistencia extema, ya que la mayor 0 menor velocidad depende precisamente de la capacidad de producir fuerza nipidamente. Con estas caracterfstieas en la produccion de fuerza, la velocidad del movimiento seni maxima 0 casi maxima pam una

resistencia dada (Stone, 1993) y, cuanto mayor es el grade de desarrollo de la fuerza inicial (producida en la fase estatica), mas nipidamente puede ser realizada la fase de aceleracion (fase que comienza precisamente con el inicio del movirniento) (Verkhoshansky, 1986, 1996). En segundo lugar, tampoco tiene sentido asociar el entrenamiento de la FEmJx.iinicamente con movimientos muy rapidos, No queremos decir con esto que no haya que entrenar con movimientos muy nipidos, ni mucho menos; todo 10 contrario, pues estos movimientos son muy importantes para mejorar muchos aspectos del rendimiento deportivo, pero sf que debemos ser conscientes de que en estos casos vamos a mejorar la FE con resistencias pequeiias, 10cual es muy irnportante y diffcil de conseguir y, en muchos casos, ademas, es 10mas especifico del entrenamiento, pero no la iinica forma y, quizas, tampoco la mas idonea pam estimular la ~"{. y la ~,. especffica si no se combina su entrenamiento con otras resistencias mas pesadas. EI valor y la mejora de la FE es tan importante 0 mas que el PMF para el rendirniento deportivo. Cuanto mejor sea el nive! deportivo del sujeto, mayor es el papel que desempeiia la FE en el rendirniento deportivo del mas alto nivel (Zatsiorsky, 1993) porque cuando mejom el rendirniento el tiempo disponible para el movimiento (pam aplicar fuerza) disminuye, luego 10mas irnportante es mejorar la capacidad para producir fuerza en la unidad de tiempo (Zatsiorsky, 1995).

Deficit de fuerza

aoucada contra cualquier resistencia inferior a aquella con la que se consigue dicho pico moo de fuerza. Esta diferencia se expresa en porcentajes sobre dicho moo. Por tanto, el deficit es el parcentaje que representa la perdida de fuerza que se produce cuando las condiciones para aplicar fuerza no son las ideales (maxima carga y tiempo suficiente pam aplicar fuerza). Por ejemplo, si con I RM (valor de la FDM) se aplican 1.000 N Y con una carga inferior (valor de una FDMR) se aplica una fuerza maxima de 800 N, el deficit es del 20% (1.000 - 800:: 200 N; 200 es e120% de 1.000). Por tanto, la FDMR tambien se '~ ;,;:" .: "'" • ;15D / puede definir como la capacidad museuI I I lar para irnpriruir velocidad a una resisFuerza tencia inferior a aquella con la que se v c manifiesta la fuerza dinamica maxima. La t..·;,: '.' mejora sistematica de esta manifestaci6n t ;~~ llID;j c:c., de fuerza es un objetivo irnportante del to.iJ IN "'C i~ [ ;. entrenamiento, ya que estaes la principal ~pl",!,rniento I· •••.1UIl' y mas frecuente expresion de fuerza i Ol;:~ durante la competicion. Tanto es asf que, '~ll.O ;0 segt1ndos de las defmiciones de fuerza 'lS'.~'.,. expuestas en paginas anteriares, un deporI;' tista solo tiene la fuerza que sea capaz de .. aplicaren un tiempo determinado 0 a una velocidad dada. De nada sirve una FIM 0 " "~Fii" ~., ,,~,~~~\~, Ilm~ incJuso una FDM muy elevadas si el por.centaje de esa fuerza que se aplica a Figura 27.9. Medici6n directa de la fuerza y el desplazamiento en un ejercicio de press de hombros. Lamaxima promayores ve10cidades0 en tiempos menoducci6n de fueria en la unidad de tiempo (maxima pendiente) se alcanza antes de que se inicie el desplazamiento. La res (cuando las resistencias son menores) Ifnea vertical discontinua indica el inicio de la aplicaci6n de (uerza y la Ifnea verticalcontinua el inicio del desplaza. es muy bajo. miento (datos de nuestro laboratoriono publicados).

80%) (DeLuca et af., 1982). Un aumento desproporcionado en Ia EMG relativo a la produccion de fuerza maxima 0 de maxima produccion de fuerza por unidad de tiempo puede indicar un aumento mayor de la frecuencia de descarga que del aumento del reclutamiento (Aagaard et ai., 2002a). En un estudio que examinaba UM aisladas, Van Custem et al. (1998) mostraron como el aumento registrado en la produccion de fuerza por unidad de tiempo despues de 12 semanas de entrenamiento balistico del mnsculo flexor dorsal del tobillo estaba relacionado con un aumento de la frecuencia de la UM, la aparicion de «dobfefe1l» (por ejemplo, dos descargas consecutivas en 5 ms) y una mayor frecuencia de descarga. En Ia figura 33.11 se

representan grsficamente el reflejo del reclutamiento y la frecuencia de descarga de las UM en la sefial EMG.

lar. A esta zona se la denomina «placa motora», La zona intermedia entre la terminal nerviosa y la placa motora se denomina «hendidura sinaptica», La union neuromuscular en las fibras de contraccion lenta tiende a ser menos compleja que en las fibras rapidas (Sieck y Prakash, 1997), las cuales, segun del tipo que sean, presentan algunas diferencias en el tipo y patron de estimulacion. Pocos son los estudios que han examinado los efectos del entrenamiento de fuerza en la union neuromuscular. Despues de participar en un programa de siete semanas de entrenamiento de fuerza, se han observado aumentos en la longitud del perimetro de la placa motriz (15%), en el area (16%), as! como una mayor dispersion de los receptores de la acetiIcoIina en la zona de la placa motora (Deschenes et af., 2000).

Velocidad de conduccion Como su propio nombre indica, se relaciona con la velocidad a la que los potenciales se transmiten y viajan por la motoneurona. Segiin el principio del tamaiio, se ha propuesto como un Indice de reclutamiento de UM. Una modificacion de la media 0 la mediana de las frecuencias deberia reflejar el reclutamiento progresivo de UM mas rapidas y de mayor tamano, La velocidad de conduccion es mayor en las fibras tipo II, esta positivamente relacionada con el umbra! de reclutamiento (KerneU y Monster, 1981) y puede aumentar hasta un 20% en la medida en la que la fuerza de contraccion aumenta (Knaflitz et ai., 1990). La veIocidad de conduccion se reduce en la medida en la que aparece la fatiga, vuelve a aumentar cuando se reclutan UM de mayor tamaiio durante contracciones isometricas mantenidas a un determinado porcentaje y se vuelve a reducir cuando estas unidades se fatigan (Houtman et al., 2003). En comparacion con los deportistas de resistencia, los deportistas que desarrollan actividades de maxima potencia y velocidad presentan una mayor velocidad de conduccion en el nervio tibial (Kamen a af., 1981), posiblemente debido a un mayor porcentaje de fibras rapidas, En un estudio longitudinal no se observaron cambios en la velocidad de conduccion en los miisculos ten ares despues de 18 semanas de entrenamiento (Sale et af., 1982). Sin embargo, se ha observado que deportistas con cierta experiencia en el entrenamiento de fuerza (halterofilos y culturistas) tienen un 8%lllasdevelocidad de conduccion en los musc~lostenaresque sujetos cOIltrO]f!S(Sale et af., 1983a). .... . .

POTENCIACION REFLEJA

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Sincronizacion de unidades motoras Frecuencia de descargas de UM ___

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(3 Hz)

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Lasacronizacidn se produce cuando dos 0 mas UM descargan simultaneamente en un intervalo constante de tiempo. Este tipo de patron se ha observado con cierta frecuencia en las acciones musculares isometri- .. cas realizadas a una intensidad superior al 75% de la MVC (Stulen y DeLuca, 1978). EI fenomeno de sincronizacion se ha relacionado con una mayor magnitud de EMG (65-130%), pero no con una mayor fuerza (Yao et af., 2000), y puede ser mas predominante durante acciones musculares de alta intensidad (Kamen y Roy, 2000). Despues del entrenamiento de fuerza se ha observado una mayor sincronizacion de UM (Milner-Brown, 1975; Felici et al, 2001; Semmler n af., 2004). Todavia no queda muy claro el papel de la sincronizacion durante eI entrenamiento. EI agrupamiento de descargas de UM puede ser ventajoso para la produccion de fuerza por unidad de tiempo y puede estar poco relacionado con la magnitud total de produccion de fuerza.

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UNION NEUROMUSCUlAR

. Tiempo (s)

Figura 33.11. EIreclutamiento y la frecuencia de descargade las UMS modula la producci6n de fuerza y se refleja en la composicion de la EMG (modificado de KonradP. TheABC of EMG.A practicalintroduction of kinesiological electromyo-

graphy.EE.UU.:Noraxon, 2005).

La union neuromuscular representa el conjunto de la motoneurona alfa y la fibra muscular. EI axon 0 terminal nerviosa adopta en la zona de su parte final en contacto con el nnisculo una forma ovalada de unas 32 11de amplitud. En esta zona final del axon se hallan mitocondrias y otros elementos que participan en la formacion y el almacenamiento del neurotransmisor de la estimulacion muscular: la acetilcolina. AI otro lado de la terminal axdnica se encuentra la membrana celular de la fibra museu-

~

En las iiltimas decadas ha existido un gran interes por el estudio de los efectos del entrenamiento sobre las respuestas musculares reflejas. Diferentes estudios han examinado la potenciacion del reflejo de estiramiento por medio de la medicion del reflejo Hoffmann (reflejo H). EI reflejo H resulta de la estimulaci6n simultanea (via electroestimulacion o por medio de una contraccion voluntaria) de las terminaciones nerviosas aferentes y eferentes. La estimulacion de las motoneuronas aIfa resulta en una respuesta motora (onda M). La estimulacion de las terminaciones nerviosas origina una subsiguiente respuesta muscular que sigue ala onda M (el reflejo H y las ondas voluntarias [V]); pueden ser detectadas mediantela tecnica de electromiografia de superficie. Elreflejo evocado H tiende a depender de las UM lentas, mientras que las ondas V tienden a perteneeer a las UM lentas y rapidas. Esta respuesta aumenta linealmente' en la medida en la que la intensidad del estimulo aumenta y alcanza los valores maximos (por ejemplo, Hmh./Mmi~)Y es dependiente de la retroinformaci6n proveniente de los organos tendinosos de Golgi y de otros propioceptores (Zehr, 2002). Cuando se obtienen grandes amplitudes signifiea una mayor excitabilidad 0 potenciacion. Despues de participar en un programa de entrenamiento de fuerza, se ha observado un incremento medio del -39-50% en la potenciacion refleja de los museulos soleo, braquiorradial, extensor corto de los dedos e hipotenar (Sale et ol., 1983b). De manera similar, 14 semanas de entrenamiento de fuerza resultaron en un aumento del 55% en la amplitud de la onda V y un incremento del 19% en la amplitud del reflejo H (Aagaard et al., 2002b). Los deportistas con experiencia en el entrenamiento de fuerza (haltenifilos y culturistas) mostraron una mayor potenciacion refleja en el museu10 soleo, pero no en eI rmisculo tenar, en comparacion con sujetos controles (Sale et al; 1983a). La razon Hmi,./Mmi'.se ha utilizado frecuentemente para describir el nivel de excitabilidad refleja. Debido a que Hmi,.esta muy relacionado con la activacion de las fibras lentas, un valor mayor en esta relacion tiende a sugerir actividades/entrenamientos que predominantemente utiIizan la activacion de las UM tipo I.Esta relacion se ha observado mas elevada en deportes de tipo aerobico en comparacion con deportes mas anaerobicos, fundamentalmente debido a que los deportistas de resistencia tienen una mayor amplitud del reflejo H, mientras que los deportistas relacionados con actividades que requieran gran explosividad y potencia tienen mayores amplitudes en las ondas M. El nnisculo soleo (predominantemente formado por fibras lentas) produce un mayor Hmh. Y el gastrocnemio (predominantemente formado por fibras rapidas) produce

689

mayores Mntix. (Maffiuletti et al.. 2003). Estos valores se aumentan con el entrenamiento de resistencia (Perot et al., 1991), pero se reducen con el entrenamiento de potencia; por ejemplo, es menor en velocistas y jugadores de voleibol, en comperscion con sujetos eontroles (Casabona et af., 1990). Los deportistas de resistencia muestran relaciones del -67% en comparacion con las del -37% observadas en deportistas que practican actividades de potencia y velocidad (Maffiuletti el al.; 2001) (Fig. 33.12).

Potenciacion post-adivacion (PAP) Todas aqueUas UM que han sido activadas permanecen facilitadas durante cierto periodo de tiempo (desde varios segundos hasta unos pocos minutos) una vez que han sido solicitadas. Las acciones musculares maximas 0 cercanas al maximo producen una potenciacion postactivacion (PAP) en todas las acciones musculares que se realicen posteriormente (Baudry y Duchateau, 2004). Hamada et af. (2000a; 2003) observaron que esta PAP alcanzaba un valor medio del -71 % inmediatamente despues de realizar durante 10 segundos una accion isometrica maxima (y de hasta un 126% en sujetos con mayor proporcion de fibras lentas) y permanecia elevada un 12% hasta 5 minutos despues de realizar la maxima contraccion muscular. Sin embargo, este protocolo no fue tan efectivo en la mejora del rendirniento muscular postactivacien despues de realizar durante 15 segundos una accion isometrica maxima de extension de rodilla (Gossen y Sale, 2000). La PAP parece que acnia de manera mas efectiva sobre las fibras rapidas y en aqueUos deportistas que participan en deportes de gran potencia y explosividad (Chiu el af., 2003), a pesar de que este fenomeno tambien se ha observado en deportistas de resistencia (Hamada el af., 2000b). Se piensa que el mecanismo que explica el PAP esni relacionado con la regulacion de la fosforilacion de las cadenas ligeras de miosina durante acciones musculares maximas, que hacen que actina y miosina sean mucho mas sensibles al calcio (Hamada et af., 2000a).Algunos estudios han observado mejoras en el rendi-

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Figura 33.12. Larelacion Hmi,/MmJIJmento de Ia EMG en los mtisculos ilexores del Coda desptE5 de un entrEflaiiiffito que l1lli2a mUl1ip!es saies.' .. ... ... ... ... . ...

gos sugieren que otros factores diferentes a los neura!es (por ejemplo, la hipertrofia muscular) contribuyen a la mejora de la fuerza isomenica maxima con este tipo entrenamiento. Por otra parte, se observa que la velocidad de activaci6n de la iEMG para una fuerza submaxima no se modifica con este tipo de entrenamiento, e incluso a veces puede llegar a empeorar. Por su parte, en otro estudio realizado por Hakkinen y Hakkinen (1995) durante 12 semanas de entrenamiento, tambien se obtuvieron incrementos significativos en la iEMG maxima entre las cuatro y ocho primeras semanas con sujetos de mediana y avanzada edad. Despues de un periodo de seis meses de entrenamiento de fuerza, el aumento de la

fuerza maxima y de la fuerza explosiva se asoci6 a un incremento de la activaci6n maxima voluntaria de los nnisculos agonistas durante la acci6n isometrica de extension de los miembros inferiores (Fig. 33.16) (Hakkinen et oi.; 1998b; Izquierdo, 1997). Tambien se increment6 en todos los sujetos la iEMG maxima del rmisculo biceps femora! durante la acci6n isometrica maxima de flexion de rodillas. Estos resultados concuerdan con el concepto de que en sujetos no entrenados, independientemente de la edad, los incrementos en la fuerza maxima durante las primeras semanas de entrenamiento se atribuyen en gran parte a! incremento de la activaci6n de las UM de los nnisculos agonistas (Moritani y DeVries,

A

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liempo

B

liempo

... Figura 33.15. ffecto de dos tipos de entrenall)i~n(Q,A._Entren.amiento(le fU~rzaexplosiva. B. Entr~namientode fuerza maxima en la curva fuerza-tiempo e IEMG-tiempo !modificado de Hakkinen K, Komi pv, A/en M. fffect of explosive type strength trainingon isomeUii:force- and relaxation-time,electromyographic and muscle fibre characteristicsof leg extensor muscles. Acta PhysiolScand, 1985b; 125 [41:587-600).

1980; Hakkinen, 1994). Los aumentos inducidos por el entrenamiento en la magnitud de la iEMG podrian ser debidos a! incremento en el mimero de UM activas y a! aumento en su frecuencia de estimulacion (Enoka, 1988; Sale, 1991). Por su parte, los incrementos en la excitaci6n neta de las motoneuronas podrian ser debidos a! aumento en el estimulo de excitaci6n, a la reducci6n en el estimulo de inhibici6n 0 a ambos (Sa!e, 1991). Moritani et al. (1987) investigaron las adaptaciones producidas por un programa de entrenarniento de fuerza explosiva consistente en rea-

lizar a la maxima velocidad posible 30 repeticiones a! dfa (carga: 30% 1 RM) Ires dias por seman a durante dos semanas. Los resultados mostraron que los cambios inducidos por el entrenamiento eran debidos sobre todo a adaptaciones de tipo neural. En este estudio se vio un gran incremento en la activaci6n muscular acompaiiado de un aumento en la sincronizaci6n de la activaci6n de las UM tras el entrenamiento. La frecuencia maxima de reclutamiento de unidades motoras, analizada por tecnicas de electromiograffa de aguja, tambien se puede

BIOMECANICA

ADAPTACIONES NEUROMUSCULARES Y ENTRENAMIENTO DE FUERZA

Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA AC71VIDAD FislCA Y EL DEPORTE

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gos sugieren que otros factores diferentes a los neura!es (por ejemplo, la hipertrofia muscular) contribuyen a la mejora de la fuerza isomenica maxima con este tipo entrenamiento. Por otra parte, se observa que la velocidad de activaci6n de la iEMG para una fuerza submaxima no se modifica con este tipo de entrenamiento, e incluso a veces puede llegar a empeorar. Por su parte, en otro estudio realizado por Hakkinen y Hakkinen (1995) durante 12 semanas de entrenamiento, tambien se obtuvieron incrementos significativos en la iEMG maxima entre las cuatro y ocho primeras semanas con sujetos de mediana y avanzada edad. Despues de un periodo de seis meses de entrenamiento de fuerza, el aumento de la

fuerza maxima y de la fuerza explosiva se asoci6 a un incremento de la activaci6n maxima voluntaria de los nnisculos agonistas durante la acci6n isometrica de extension de los miembros inferiores (Fig. 33.16) (Hakkinen et oi.; 1998b; Izquierdo, 1997). Tambien se increment6 en todos los sujetos la iEMG maxima del rmisculo biceps femora! durante la acci6n isometrica maxima de flexion de rodillas. Estos resultados concuerdan con el concepto de que en sujetos no entrenados, independientemente de la edad, los incrementos en la fuerza maxima durante las primeras semanas de entrenamiento se atribuyen en gran parte a! incremento de la activaci6n de las UM de los nnisculos agonistas (Moritani y DeVries,

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... Figura 33.15. ffecto de dos tipos de entrenall)i~n(Q,A._Entren.amiento(le fU~rzaexplosiva. B. Entr~namientode fuerza maxima en la curva fuerza-tiempo e IEMG-tiempo !modificado de Hakkinen K, Komi pv, A/en M. fffect of explosive type strength trainingon isomeUii:force- and relaxation-time,electromyographic and muscle fibre characteristicsof leg extensor muscles. Acta PhysiolScand, 1985b; 125 [41:587-600).

1980; Hakkinen, 1994). Los aumentos inducidos por el entrenamiento en la magnitud de la iEMG podrian ser debidos a! incremento en el mimero de UM activas y a! aumento en su frecuencia de estimulacion (Enoka, 1988; Sale, 1991). Por su parte, los incrementos en la excitaci6n neta de las motoneuronas podrian ser debidos a! aumento en el estimulo de excitaci6n, a la reducci6n en el estimulo de inhibici6n 0 a ambos (Sa!e, 1991). Moritani et al. (1987) investigaron las adaptaciones producidas por un programa de entrenarniento de fuerza explosiva consistente en rea-

lizar a la maxima velocidad posible 30 repeticiones a! dfa (carga: 30% 1 RM) Ires dias por seman a durante dos semanas. Los resultados mostraron que los cambios inducidos por el entrenamiento eran debidos sobre todo a adaptaciones de tipo neural. En este estudio se vio un gran incremento en la activaci6n muscular acompaiiado de un aumento en la sincronizaci6n de la activaci6n de las UM tras el entrenamiento. La frecuencia maxima de reclutamiento de unidades motoras, analizada por tecnicas de electromiograffa de aguja, tambien se puede

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BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FiSICA Y EL DEPORTE

ADAPTACIONES NEUROMUSCULARES Y ENTRENAMIENTO DE FUERZA

requieran agilldad y coordinacien, la coactivacion es trifasica, en la medida en la que la activacion agonista depende de la velocidad, del cambio de direccion y de la distancia de movimiento (Marsden et al., 1983). Diversos estudios transversales han observado que los velocistas tienen 500 575 una mayor coactivaci6n de los rmisculos isquiotibiales durante acciones 450 B 525 rapidas de los miisculos extensores de la rodilla en comparaci6n con los 400 475 corredores de fondo (Ostemig et al., 1986). Despues de 10-14 semanas 350 425 de entrenamiento, la coactivacion antagonista puede permanecer sin cam300 375 bios (Aagaard et al., 2002a; Seger y Thorstensson, 2005) 0 reducirse des250 325 pues de participar en programas de entrenamiento de cuatro semanas 200 275 hasta seis meses (pensini et al., 2002; Hillinen et al., 1998a). Carolan 150 225 y Cafarelli (1992) mostraron una reducci6n del 20% en el grado de coac-I 6 (meses) -I 6 (meses) tivaci6n de los nnisculos isquiotibiales durante acciones maximas voluntarias de extension de rodillas, que principalmente sucedfa en la prirnePeriodo Entrenamiento de la fuerza Periodo Entrenamiento de la fuerza ra semana de entrenamiento. Pearson et al. (2002) no observaron de control de control diferencias entre sujetos entrenados y levantadores de peso que habfan participado en Olimpiadas en la coactivaci6n de los isquiotibiales duranFigura 33.16. Valormedio (±EEJde la actividad electromiografica maxima integrada (iEMC;media de 105 musculos vasto lateral y vasto medial) de 105 miembros inferiores derecho (Al e izquierdo (~l en la accion de fuerza isometrica maxima bilateral de extension de 105 miembros inferiores enWS sujetos de 40 aiios (H40) y de 70 aiios te acciones isometricas maximas de extension de rodilIa. En este senti(H70)durante un mes de perwdo de control (mes -1 a O)y durante 105 seis meses del perfodo de entrenamiento de la fuerza (mes 0 a 6) (modificado de Hiikkinen K Kallido, la coactivaci6n parece ser un mecanismo que tiene Ingar cuando exisnen M, Izquierdo M, Jokelainen K,LassilaH,MiilkiiiE, et al, Changes in agonist-antagonistEMC, muscle GA, and force during strength trainingin middle-aged and older te una ausencia de familiarizaci6n con la actividad que se realiza y parece people. j Appl Physiol, 1998b; 84: 1341-1349). que la magnitud de Ia reducci6n es inferior si se compara con las mejojas de la fuerza (Enoka, 1991; Hillinen et al., 1998a). ver aumentada con el entrenamiento de fuerza. En la figura 33.11 Coactivacion de 105 antagonistas Sin embargo, de la misma manera que este mecanismo de adaptase observa un aumento significativo en la frecuencia de reclutamienci6n neural ha sido poco examinado en personas j6venes (Carolan y Cafato UM cuando se realiza una accion voluntaria de maxima producDurante el movimiento, el fenomeno de coactivacion de los museurelli, 1992), en personas ancianas se desconoce basta que punto la mejolos antagonistas es un mecanismo que se origin a con el proposito de cion de fuerza despues de participar en un program a de entrenara de fuerza con el entrenamiento se debe a un aumento en la activaci6n miento de fuerza. Un resultado interesante estuvo relacionado con mejorar la estabilidad de las articulaciones y la coordinacion del movimientoyfediicif6fri6sgo de lesion. Sin embargo,naydiversaS ,....... ..=.1.... de los nnisculos agonistas 0 a cambios en los patrones de activaci6n agoefnecno de que el aumoo.!,Qen la freCuenCia de estimulacion se nistalantagonista. En un estudio realizado por Hakkinen et al. (1998b) produjo independientemenfe del tamaiio de las UM, en concreto nes en las que la coactivacion puede ser contraproducente (por ejemse Q,bserv6que un programa de seis meses de entrenamiento progresivo del umbra! de reclutamiento y del tiempo que tardaban las UM de (Jifeplo, la produccion elevada de fuerza), ya que puede actuar de manera de fuerza maxima y explosiva tambien origino una reducci6n significarentes tamafios en desarrollar la maxima tension (Van Cutsem et al., contrapuesta a la activacirin de los rmisculos agonistas. La magnitud tiva en la coactivacion de los rmisculos antagonistas durante la acci6n 1998). de la coactivacion esta determinada por diferentes factores: el grupo isometrica maxima y 1 RM de extension de los miembros inferiores en muscular, la velocidad y el tipo de activacion muscular, la intensidad, un grupo de hombres de 70 alios. En la figura 33.18 se observa que al la posicion de la articulacion y el grado de lesioIles, anteriores inicio del perfodo de entrenaniiento hicoactivaci6ii antagomsta que se 2004). En diferentes estudios se ha podido comprobar que los mecai!! registro en los sujetos de mas edad alcanzd aproximadamente los misnismos de adaptaci6n neural inducidos por el entrenamiento de fuerza Q' 0 mos niveles que la registrada para los de mediana edad, los cuales no en sujetos jivenes, sin entrenamiento previo, tienen Iugar, ademas de E -0 150 demostraron cambios en su coactivaci6n (Izquierdo, 1991; Hillinen et por el aumento de la activaci6n de los rmisculos agonistas, por una dism -0 al., 1998b). 'c minuci6n de la coactivaci6n de los nnisculos antagonistas (Sale, 1986; ::J Estos resultados sugieren que el entrenamiento de fuerza maxima .!!l Garfinkel y Cafarelli, 1992) . OJ -0 100 induce no s610aumentos en la activaci6n de los rmisculos agonistas, sino La coactivaci6n antagonista es normalmente excesiva en sujetos prin~ tambien una reducci6n en la coactivaci6n de los nnisculos antagonistas. cipiantes, pero puede ser reducida con el entrenamiento y al familiarizar ~ Estos factores, unidos a la optima activaci6n de los rmisculos sinergisa los sujetos con el movimiento (Solomonow et al., 1988; Carolan y CafaOJ -0 la produccion neta de fuerzade Ios nnisculos 50 OJ relli, 1992). Asf, la.coactivacion de los flexores de.Ia rodilIa durante 1 50 Hz) se produce un mayor reclutamiento de unidades motrices tipo II a la vez que tipo I, 10 que provoca un reclutamiento temporal supramiiximo de estas unidades motrices. En tercer lugar, con EENM las unidades motrices se reclutan de manera sincronica, mientras que 10hacen de forma asincronica durante contracciones voluntarias. En un interesante trabajo desarrollado por Spriet et al. (1987) se examind el gasto energetico durante una sesion de EENM del cuadriceps en la que se aplicaron 64 contracciones de 1,6 s de contraccidn (20 Hz) Y 1,6 s de reposo (Spriet et al., 1987). En este estudio se observ6 como Ia fosfocreatina se reduceamticamente durante las 16 primeras contracciones, agotandose en un 80%, mientras que la concentracion de lactato se incrementa practicamente de forma progresiva a 10largo de las 64 contracciones (Fig. 35.14).

FLUJO SANGUiNEO La EENM produce un aumento del flujo sanguineo en las zonas pr6ximas a los electrodos, observandose mayores incrementos del flujo sanguineo mediante contracciones inducidas por EENM respecto a contrac, ciones voluntarias (Vanderthommen et al., 1997). Esto puede ser debido a que las contracciones tetanicas inducidas por la EENM producen un colapso de los capilares locales, reduciendo el aporte de oxigeno durante la contraccion. Asi, los metabolitos liberados durante las contracciones producen progresivamente una vasodilatacion local y un incremento en el flujo sanguineo y aporte de oxigeno local durante el periodo entre contracciones. De la misma forma se ha observado que la combinacion de EENM y contracciones voluntarias acelera el retorno venoso en mayor medida que las propias contracciones voluntarias (Paghri, 1998).

FATIGA

Como consecuencia de la demanda metabolica y del particular reclutamiento de unidades motrices asociado a Ia EENM, aparece la fatiga. La fatiga se puede definir como una disminucion en la produccion de fuerza en presencia de un incremento en la percepcion del esfuerzo (Enoka y Stuart, 1992). Las causas de la fatiga se han asociado tradicionalmente a un origen periferico 0 central. La fatiga central se define como una reduccion en el nivel de activacion de la musculatura que causa una disminucion de la produccion de fuerza 0 de la tension desarrollada. La fatiga periferica se define como una disminucion en la capacidad de generar fuerza de la musculatum esqueletica debida a un fallo en el potencial de accion, a un fallo del binomio excitacion-contraccion 0 a un daiio en el mecanismo de los puentes cruzados en presencia de un creciente 0 invariable control neural. Asf, la fatiga central se asocia con procesos acaecidos en la propia motoneurona, la medula espinal 0 los centros supraespinales y la fatiga periferica se refiere a los sucesos acontecidos en la union neuromuscular 0 por debajo 100 100 de ella. Uno de los metodos mas utilizados 80 80 para conocer a que nivel se ha produci100 do la fatiga tras un determinado ejercicio estriba en la administracion de un !1' 60 60 0 estfmulo electrico sobre el rmisculo 0 E E sobre su nervio motor, 10 que induce 40 40 una contraccion muscular. En general, si un nnisculo fatigado muestra unas 40 40 caracteristicas electromiograficas en su contraccion diferentes a las de un miisculo no fatigado, aparentemente 20 20 o estas diferencias se atribuyen a facto16 [25,6] 32 [51.2] 48 [76,8] 64 [102,41 res perifericos. Por el contrario, si la Numero de contracci6n (tiempo de contracci6n [5)) respuesta de un rmisculo a un estimulo electrico permanece invariable mien-e- PCr ....... ATP __ Lactato -e- Fuerza tras que la fuerza desarrollada durante una contraccion voluntaria disminuye, ~igura~5.14.Nivel.de [ue::a y con~entracio~es de [os[~creatina(PCr),ATPy lactato durante estimulaciones electricas esta atenuacion en la fuerza se asocia a mtermltentes co~ clfculaclon sa?gumea oclwda. 5~apltcaron 64 contracciones de 1,65 de contracci6n y reposo a 20 factores centrales. Hz. Trasla_16pflmeras contraCCIones obse~ una depleci6n de la PCrdel 80% (modificada de 5priet LL,5iiderlund K, BergstromM, Hultman E. AnaerobiCenergy in skeletal muscle during electrical stimulation in men. J AppL Physio/ Una sesion de entrenamiento con 1987; 62:611-615). ' EENM implica una disminucion de la

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fuerza maxima voluntaria, la cual se asocia a mecanismos perifericos y centrales (Boerio et al., 2005). Estos autores defienden que la disminucion en el reclutamiento de las unidades motrices, asi como en su frecuencia de descarga, se localize en los centros supraespinales del SNC. La EENM no supuso una fatiga en la medula espinal, algo que se observo mediante el analisis de la relacion Hmi,.JMmlves decir, la amplitud electmmiografica del reflejo de Hoffman dividida entre la de laM-wave. EI reflejo de Hoffman es un reflejo monosinaptico producido cuando un estimulo electrico activa las fibras aferentes Ia. La M-wave es el potencial de accion de un nuisculo obtenido como respuesta a un estimulo electrico maximo aplicado sobre el tronco neural. Ademas, estos autores tambien documentaron la aparicion de fatiga a nivel periferico. Este hecho se base principalmente en la disminucion de la amplitud de la M-wave.

EFECTOS CRONICOS NEUROMUSCUlAR

DE LA ESTIMULACION ELECTRICA SOBRE LA FUNCION MUSCUlAR

Los trabajos que han analizado los efectos de la EENM sobre el rendirniento fisico se han centrado en el analisis de algiin aspecto de la condicion fisica. EI objetivo de este apartado es analizar los efectos cronicos que produce este metodo de entrenamiento en diferentes facetas de la condicion fisica.

ENTRENAMIENTO VOLUNTARIO FRENTE A ESTIMULACION ELECTRICA NEUROMUSCUlAR Parece que las ganancias obtenidas en la fuerza con la EENM en prograrnas de entrenamiento inferiores a cinco 0 seis semanas son sirnilares pero ~o superiores a las logradas con el entrenamiento voluntario de las mismas caracteristicas. Un metaanalisis realizado por Bax et al. (2005) expuso que en personas sanas el entrenamiento voluntario parece ser mas eficaz que la EENM para la mejora de la fuerza, posiblemente debido a las diferencias existentes en el control de la contraccion por parte del SNC entre ambos tipos de entrenamiento. Unicamente en el caso de personas lesionadas y durante periodos de inmovilizacion (por ej., escayolas) la EENM es mas eficaz que el entrenamiento voluntario para evitar la perdida de masa muscular. Pese a que la EENM es menos eficaz que el entrenamiento voluntario en personas sanas, 10complementa porque el mimero y tipo de unidades motrices entrenadas es diferente.

ESTIMULACION ELECTRICA NEUROMUSCUlAR SOBRE CONTRACCIONES VOLUNTARIAS

SUPERPUESTA

Anteriormente se ha hablado del patron de reclutamiento. Asi, dado que en contracciones voluntarias se reclutan primero las unidades motrices lentas y con la EENM parece que hay una tendencia por activar preferentemente las rapidas, uno podria preguntarse si superponiendo ambas tecnicas se reclutaria un mayor mimero de unidades motrices que en cada una de elias por separado. En esta situacion, la fuerza generada se incrementaria. Es mas, en el caso de entrenar con EENM superpuesta a contracciones voluntarias, se estaria cumpliendo el principio de especificidad del movimiento caracteristico del entrenarniento voluntario. Este principio no se cumple cuando la EENM se aplica de forma isometrica,

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Recientemente, Paillard (2005) ha elaborado un articuloderevision ~ respecto y ha .concluido que la superposicion de EENM sobre c()ntfacclOn:s voluntan~ no supone generar una mayor fuerza que durante las proplas contracciones voluntarias, excepto en el casu de las contracciones excentricas, Esta ultima observacion es mas acentuada en personas sedentarias que en personas entrenadas. Pese a esto, segtin Bax et al. (2005) se debe contribuir de forma voluntaria durante una contraccion inducida por EENM para conseguir un mayor fortalecimiento. Cuando se desee entrenar con contracciones superpuestas se debe tener en cuenta que la EENM puede activar los nociceptores y, en consecuencia, generar una inhibicion del reclutamiento de unidades motrices. Este mecanismo de defensa se agrava cuando se utilizan intensidades muy elevadas y, especialmente, cuando los sujetos no estan familiarizados con la EENM. Asl, para poder entrenar con la tecnica de superposicion hay que some terse a un periodo de familiarizacion con la EENM, 10que permite tolerar mayores niveles de intensidad y, en consecuencia, generar mas fuerza. Segiin Paillard (2005), introducir la EENM de manera superpuesta en programas de entrenamiento voluntario en personas sanas no supone obtener mayores beneficios respecto a la realizacion aislada de los ejercicios voluntarios. Sin embargo, en el ambito terapeutico los programas de entrenamiento que utili zan la EENM superpuesta compensan el deficit de fuerza y volumen muscular de manera mas eficiente que programas de entrenamiento voluntario 0 EENM por separado.

FUERZA ISOMETRICA Esta ampliamente documentada la eficacia de la EENM para incrementar la fuerza maxima isometrica (FMI) tras un periodo de entrenamiento (fabla 35.1). Algunos de los resultados expuestos en la tabla 35.1 hay que observarlos con cautela. Por ejemplo, vemos que en el estudio de Selkowitz (1985) el grupo experimental incremento su FMI un 44%, sin embargo el grupo control tambien incremento de manera significativa su FMI (18%). No obstante, si existen diferencias significativas entre los incrementos de cada uno de los grupos de entrenamiento, por 10que la EENM resulto efectiva como metodo de desarrollo de la fuerza. En el estudio de Valli et al. (2000) se observa una mejora del 19% en la FMI, sin embargo este estudio carece de grupo control que asegure que los test utilizados fueron fiables. Colson et al. (2000), pese a reflejar mejoras en la FMI del biceps braquial, observaron una disminucion de fuerza de la musculatura antagonista. Por el contrario, Martin et al. (1993) estimularon el triceps sural en una posicion de flexion dorsal forzada durante las sesiones de EENM y observaron ganancias en la FMI del triceps sural y unas ganancias superiores en flexion dorsal (33,8%). Estas observaciones muestran la importancia de controlar el grado de activacion de la musculatum antagonista durante las sesiones de entrenamiento con EENM siempre que sea posible.

FUERZA DINAMICA Igual que sucede con la FMI, tambien ha sido ampliamente referenciada la eficacia que tiene la EENM para mejorar la fuerza maxima concentrica y excentrica a diferentes velocidades de contraccion tras un peno-

73a.

BIOMECANICA Y BASES NEUROMUSCULARES DE LA ACnVIDAD FislCA Y EL DEPORTE

ENTRENAMIENTO CON ELECTROESnMULACION NEUROMUSCULAR

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AbriMaturas: MUs: muscub; AI: EIlCOOdB imp!iso; Ft: fiBcuerda; Prog: programa dB entrcnam""'to; ': n.' sesooes- n.' controCCiones· tiempo dB contrcCCi