jueves, 23 de abril de 2009

Dinámica de fluidos en la natación

La mayoría de la gente le gusta nadar, especialmente en un día caliente de verano. Sin embargo, la habilidad para nadar varía enormemente entre las personas que practican la natación por diversións y las que participan en competencias de nado. Incluso a nivel competitivo, algunos nadadores son más rápidos que otros. Los nadadores más veloces son los que mejor utilizan los principios fundamentales (básicos) de la dinámica de fluidos. Estos son los mismos principios utilizados por toda aquella persona que alguna vez haya tratado de manter la cabeza fuera del agua moviendo los brazos y las piernas.


Son cuatro las fuerzas principales que actúan sobre un nadador:

1.- Peso del nadador
2.- Flotabilidad - capacidad de flotar
3.- Empuje - brazada y pataleo
4.- Fuerza de resistencia - resistencia de presión y fricción

La fuerza de resistencia debida a la presión proviene de la parte de enfrente del nadador que se encuentra expuesta al agua y de la separación del flujo detrás del nadador. Puesto que el flujo ya es turbulento (no laminar u ordenado), un nadador debe tratar de aerodinamizar su cuerpo para reducir la separación del flujo aún más (ver las ilustraciones de abajo). La resitencia frontal es reducida empujando y golpeando con los pies, lo cual hace que el cuerpo se asome más sobre la superficie del agua. Por otro lado, la fricción aumenta cuando el cuerpo toma una forma más aerodinámica. Pero, la resistencia debida a la presión constituye la principal preocupación y si se logra reducir este componente, entonces se reduce la fuerza de resistencia neta.

Foto de nadador con baja fricción:
Foto de nadador con mucha fricción:








Braceo
En general, el braceo produce la mayor parte del empuje. La diferencia que existe entre los nadadores es la manera de utilizar el braceo para producir empuje. Los mejores nadadores no solamente generan empuje al empujar el agua hacia atrás, sino que también moviendo las manos y los brazos como una hélice propulsora.

La forma más obvia de producir empuje es empujando el agua hacia atrás como las paletas de una rueda hidráulica. Por un tiempo se pensó que agitando los brazos con movimientos más cortos, como si se tratara de las paletas de una rueda hidráulica tipo caterpillar, aumentaría la velocidad. Esta idea fue probada usando una barca equipada con una rueda hidráulica caterpillar (ver la ilustración). Desafortunadamente para el inventor, el barco prácticamente se quedó parado. La explicación a este hecho se puede encontrar en la siguiente frase:


"El mayor rendimiento en el agua se obtiene empujando una gran cantidad de agua una distancia corta y no empujando una pequeña cantidad de agua una distancia grande."


Para entender esta frase debemos analizar lo que es el braceo más eficiente. El brazo se mantiene recto mientras se mueve en un círculo completo, con la mano plana (ver la ilustración de la rueda hidráulica). De esta manera el nadador siempre está empujando agua quita. La ventaja de esto es que el agua que está inmóvil ofrece más resistencia que el agua que ya se está moviendo hacia atrás.

Braceo estilo Rueda Hidraúlica

Braceo Estilo Caterpillar

Interesantemente, el movimiento estilo rueda hidráulica o hélice propulsora crea sustentación y empuje. En este caso la sustentación aumenta el empuje. Para visualizar esto de una mejor manera, imagina que el brazo del nadador tiene la forma de un perfil aerodinámico (o una ala). Conforme el brazo se mueve a través del agua, se crea sustentación que hace que el cuerpo se eleve acercándose más a la superficie del agua. Esto reduce la fuerza de resistencia. Así pues, aunque el nadador se mueve de derecha a izquierda, su mano se mueve de arriba para abajo, y la fuerza de sustentación hace que el empuje aumente (ver la ilustración). De esta manera, el braceo de los nadadores llega a asemejarse a la hélice de un aeroplano.

Pataleo
El pataleo del nadador tiene dos propósitos. El primero es aumentar el empuje y el segundo adquirir (conseguir) estabilidad. Es importante mantener los pies el agua. Cada vez que los pies del nadador salen y entran al agua, arrastran consigo un poco de aire, aumentando la fuerza de resistencia y reduciendo el empujó.


Los mejores nadadores recorren distancias más grandes moviendo los pies de tal forma que produzcan la misma fuerza de sustentación que logran con sus manos. Esto es mucho más difícil de visualizar a menos que observemos con atención el pataleo que acompaña al nado de pecho. Este tipo de pataleo es el que más asemeja a los movimientos que se realizan con las piernas mientras se sobrenada (flota) en el agua. Recuerda, cuando se está flotando, las piernas se mueven a través del agua de manera similar a los brazos para producir una fuerza de sustentación.


Cuando un nadador hace girar su brazo a través del agua debe tener cuidado de no torcer el cuerpo. Esto hace que aumente la resitencia de presión ya que el cuerpo se hace menos aerodinámico. Un pataleo apropiado ayuda a mantener el cuerpo aerodinamizado, de tal modo que se logra reducir la fuerza de resistencia (ver la figura de abajo).

En el estilo libre (nado de pecho), hay tres tipos de pataleos: el pataleo de seis golpes (six-beat), el de dos golpes (two-beat), y el de dos golpes cruzado. El pataleo de seis golpes es preferido por los sprinters (aquellos nadadores que recorren una distancia corta a gran velocidad), mientras que cualquiera de las dos formas de pataleo de dos golpes es utilizada por los nadadores que recorren grandes distancias. Sin embargo, no hay pruebas que un pataleo sea mejor que el otro. No obstante, puede ser que el de seis golpes ayude a que el cuerpo del sprinter se eleve un poco más en el agua, mientras que el pataleo de dos golpes tiene un efecto estabilizador al mismo tiempo que conserva la energía del nadador de grandes distancias.

Resumen
Así pues, como hemos podido ver, la diferencia que existe entre los nadadores que llegan a ser campeones y las personas que practican la natación solamente por recreación radica en la capacidad de saber sacar provecho de los principios básicos de la dinámica de fluidos. Ésto en realidad no debería ser tan difícil ya que, después de todo, cualquier persona que sepa mantenerse a flote en el agua, sabe cómo poner en práctica estos conceptos. Sin embargo, ponerlos en práctica mientras se está nadando es otra cosa. Los nadadores más veloces no piensan en cómo se mueven sus manos en el agua, sino que más bien "sinten" el agua. Mark Spitz, uno de los mejores nadadores de toda la historia, utilizaba todas las técnicas aquí presentadas.

2 comentarios:

Pepè dijo...

para mi que nado como el culo me viene muy bien esto, lindo blog aparte, visualente hablando. Yn lo de Beckham es excelente! Mira que tiene una linda mina al lado e..
pasate por el mio, abrazo
pp

Un gran reto dijo...

Gracias por tus comentarios Pepe...de todas maneras me doy una vuelta por tú blog...un abrazo.