TEMA 2. PRINCIPIOS HIDRODINÁMICOS

INDICE

0. INTRODUCCIÓN

1. LA FLOTACIÓN
1.1. PRINCIPIOS Y CONCEPTO
1.2. LA POSICIÓN DE FLOTACIÓN DE LOS CUERPOS
1.3. VARIABLES QUE INCIDEN EN LA CAPACIDAD DE FLOTACIÓN

2. LA RESISTENCIA
2.1. PRINCIPIOS Y CONCEPTOS
2.2. TIPOS DE RESISTENCIA

3. LA PROPULSIÓN
3.1. PRINCIPIOS Y CONCEPTOS
3.2. BASES DE LA EFICACIA PROPULSORA

TEMA 2. PRINCIPIOS HIDRODINÁMICOS

0. INTRODUCCIÓN
Una persona cuando se introduce en el seno de un líquido, como el agua, experimenta unos cambios que le hacen recibir sensaciones diferentes a cuando está en tierra. En principio recibe la sensación de ingravidez, su masa es atraída por la gravedad de forma diferente (flotación). Es necesario mayor esfuerzo para desplazarse a través del agua que a través del aire (resistencia). Sin embargo todo el líquido le sirve de apoyo, puede desplazarse a través de él, a pesar de que no esté en contacto con el suelo o la pared (propulsión)


F.1. Fuerzas que intervienen en la natación

1. LA FLOTACIÓN

1.1. PRINCIPIOS Y CONCEPTO

La flotación es la capacidad de un cuerpo para mantenerse cerca o sobre la superficie del agua. Según Hay (1982) cuando un cuerpo se encuentra en el seno de un líquido esta sometido a dos fuerzas verticales:
- EL PESO
- LA FLOTACIÓN O EMPUJE

El que este cuerpo o se hunda depende de la magnitud relativa de estas dos fuerza de igual dirección y sentido contrario.
Si la fuerza de flotación es mayor que el peso: el cuerpo flota
Si la fuerza de flotación es menor que el peso: el cuerpo se hunde
En el caso en que las dos tienen el mismo valor: el cuerpo permanecerá en equilibrio, sin ascender o descender, a no ser que una fuerza externa actúe sobre él.
La magnitud de la fuerza de flotación, que depende del Principio de Arquímedes, es igual al peso del agua que ha sido desplazada por el cuerpo parcial o totalmente sumergido.

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba, igual al peso del fluido desalojado.

El que un cuerpo se hunda o flote depende de dos factores: el peso (o masa) y el volumen de su cuerpo. Estos dos factores juntos definen la DENSIDAD

D = MASA/VOLUMEN

Un cuerpo con una gran masa y pequeño volumen tiende a no flotar, un cuerpo con una masa pequeña y volumen grande tiende a hacerlo.
En el caso de sustituir en la relación anterior la masa por el peso ( masa x gravedad) nos referiremos al término PESO ESPECÍFICO

Peso específico (Pe):
• Relación existente entre el peso del cuerpo y el peso de un volumen de agua igual al del cuerpo
• En Inspiración: el Pe del cuerpo suele ser menor que 1, por lo tanto: el cuerpo flotará.
• En Espiración: el Pe suele ser mayor que 1, por lo tanto: el cuerpo no flotará (Pe del agua = 1)

1.2. LA POSICIÓN DE FLOTACIÓN DE LOS CUERPOS

El equilibrio se consigue cuando el Centro de Gravedad (C.G) se encuentra por debajo del centro empuje o flotación (C.F) y en la misma vertical. En el caso en que no estén alineados la Fuerza de empuje y el Peso formarán un par de fuerzas que provocarán la rotación del cuerpo hasta que alcance el equilibrio.

C.G: el punto de aplicación de la fuerza de gravedad. 5ª vértebra lumbar.
C.F: el punto de aplicación de la fuerza de flotación o empuje. 1ª vértebra lumbar.


1.3. VARIABLES QUE INCIDEN EN LA CAPACIDAD DE FLOTACIÓN

Las variables pueden ser:
Modificables:
- Elevar el C.G del cuerpo
- Aumentar el volumen (mediante la inspiración)
Inmodificables:
- % de grasa
- % muscular
- % de huesos
- edad
- sexo

2. LA RESISTENCIA

La resistencia es una fuerza con la misma dirección y sentido contrario al avance, de manera que dificulta o impide el desplazamiento de un cuerpo en el seno del agua.


2.1. PRINCIPIOS Y CONCEPTOS

La resistencia es la fuerza producida por el agua que se opone al avance del nadador. Para disminuir sus efectos, el nadador debe hacer más aerodinámico su cuerpo. Con lo que se favorecerá el flujo laminar frente al flujo turbulento del agua.

F.3. Flujo laminar y flujo turbulento

El flujo laminar ofrece poca resistencia porque las moléculas de agua resbalan, una vez pasado el objeto, con apenas cambios de dirección o pérdida de velocidad. Por el contrario, si la molécula de agua están obligadas a fluir y circular alrededor de un objeto que ofrece obstrucción a la dirección del movimiento, se desvían de su trayectoria y originan un flujo o movimiento turbulento, es decir, con formación de torbellinos.
La forma ideal para dar lugar a la mínima resistencia es la del pez. Formas suavemente curvadas que causan el mínimo de perturbación en el flujo laminar del agua que circula a su alrededor. Desgraciadamente el cuerpo humano es más ancho y presenta superficies más planas que el pez, por cuya razón es inevitable la existencia de alguna resistencia. No obstante, determinadas posiciones del cuerpo permiten a los nadadores presentar formas más aerodinámica frente al agua que se van cruzando.


PRINCIPIOS Y LEYES BÁSICAS

A. Relación entre resistencia y propulsión. El avance de un nadador viene determinado por dos fuerza:
- resistencia
- propulsión

Esta relación debe suponer:

- el aumento de las fuerzas propulsivas
- la reducción de la resistencia.

B. LEY TEORICA DEL CUADRADO. Al aumentar la velocidad, la resistencia aumenta al cuadrado.

C. Relación entre resistencia y densidad. A mayor flotabilidad, menor superficie que se opone al avance. Y como consecuencia, menor gasto para intentar mantener el cuerpo en una posición aerodinámica o hidrodinámica.

2.2. TIPOS DE RESISTENCIA
Cuando el nadador se desplaza aparecen tres tipos de resistencia: resistencia de forma, resistencia por oleaje y resistencia por fricción.

- Resistencia de forma o presión. Es la más importante de las tres y es debida a que durante el nado se genera una zona de alta presión delante del cuerpo y otra baja presión detrás de él. Dicho gradiente de presiones frena el avance del cuerpo. Debido a que el agua deja de fluir laminarmente apareciendo fluidos turbulentos.

- Resistencia debida al oleaje. Es un tipo de resistencia que aparece cuando un cuerpo se mueve en la interfase del agua y el aire, por lo que no existe en los desplazamientos subacuáticos. A velocidades bajas es poco importante, pero a velocidades altas puede convertirse en la resistencia más importante. Es debida al choque del nadador con la masa de agua de las olas que se forman como consecuencia de su avance.
Al igual que ocurre con la resistencia de forma, una buena técnica disminuye el oleaje y, como consecuencia, la resistencia asociada al mismo.

- Resistencia por fricción o debida al arrastre viscoso (superficial). Es la menos importante de las tres y, sin embargo, es la que más ha revolucionado la estética de los nadadores, durante décadas al incitarles a la depilación y, actualmente, al desarrollarse bañadores de cuerpo entero. Su valor depende de la cantidad de superficie en contacto con el agua, de la viscosidad del agua (que puede modificarse ligeramente con la temperatura), del coeficiente de fricción de la piel, pelo y bañador, y de la velocidad del nado.


3. LA PROPULSIÓN

3.1. PRINCIPIOS Y CONCEPTOS

La propulsión es la fuerza que realiza el nadador con brazos y piernas para avanzar hacia delante, venciendo la resistencia del agua. Aunque los expertos en biomecánica de la natación, todavía no se ponen de acuerdo al respecto, algunos de los conocimientos que hasta el momento (a expensas de futuras aportaciones) explican esta acción son:
La fuerza propulsiva es la resultante de la interacción de dos fuerza, la de reacción y la de elevación, la primera consecuencia de la 3ª Ley de Newton y la segunda debida fundamentalmente al Principio de Bernoulli.

Principio de Acción y Reacción: si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo (acción), éste reacciona de modo que el segundo ejerce sobre el primero una fuerza igual y contraria (reacción).

Siendo:
- acción: brazos y piernas que empujan el agua
- reacción: el agua proporciona una fuerza contraria que ayuda al avance del nadador. Esta fuerza esta relacionada con la resistencia que ofrece la zona propulsiva al agua.

Teorema de Bernoulli: cuando mayor es la velocidad de un fluido sobre una superficie dada, menos presión creará en esa superficie. La velocidad es mayor cuando más se estrecha la sección del fluido. Debido a la forma de la mano (cuya semejanza a un ala de avión es evidente) se produce una mayor presión bajo la palma que sobre el dorso.
La fuerza propulsiva tendrá como componentes, por tanto: la fuerza de reacción y la fuerza de elevación (perpendicular a la del movimiento de la mano).


3.2. BASES DE LA EFICACIA PROPULSORA

El nadador debe evitar, en lo posible, la pérdida de velocidad de desplazamiento durante las fases del ciclo motor. Las aceleraciones constantes en el desplazamiento producidas por una propulsión discontinuas, hacen que sean necesarias unas fuerza adicionales para vencer la inercia tras el descenso de velocidad.
El estilo de braza es el único en el que la acción de las piernas contribuye en un 50%, o más en algunos casos. Mientras que en el resto de estilos la contribución propulsiva de las piernas no es tan fácil de ver, y de existir es muy pequeña en comparación con los brazos. Su principal acción es la estabilización, colocando al cuerpo en la posición más hidrodinámica y compensando la acción de los brazos.


BIBLIOGRAFÍA

NAVARRO, F. ARELLANO, R. CARNERO, C. GONZÁLVEZ, M. (1990). Comité Olímpico Español.
ZATSIORSKI, V.M, SAFARIAN, I.G (1972). Examen de los factores para determinar la velocidad máxima del estilo libre. Theorie und praxis de korperkulur (Traducido por Centro de Investigación Documentación e Información. INEF- Madrid) 21.8: 1-25.
TELLA, V. (1990). Apuntes de la asignatura de natación. IVEF. Valencia