Biomecánica: fluidos, palancas y tiro parabólico en el deporte

Movimiento de un Cuerpo en un Fluido

El movimiento de un cuerpo en un fluido se ve afectado por varias fuerzas, entre las que destacan:

• Principio de Arquímedes: Establece que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado. Si la relación entre el peso del cuerpo y el peso del fluido desplazado es menor a 1 (P_cuerpo / P_fluido < 1), el cuerpo flota. Si es mayor a 1 (P_cuerpo / P_fluido > 1), el cuerpo se hunde. Si es igual a 1 (P_cuerpo / P_fluido = 1), el cuerpo permanece en equilibrio.

• Fuerza de arrastre: Es la fuerza que ejerce el fluido en dirección opuesta al movimiento del cuerpo. Esta fuerza se opone al movimiento y depende de varios factores, como el coeficiente de arrastre, la densidad del fluido, la velocidad del fluido y el área de la superficie de contacto. Su fórmula es: F_a = 0.5 * ρ * S * C_x * v², donde ρ es la densidad del fluido, S es el área de la superficie de contacto, C_x es el coeficiente de arrastre y v es la velocidad del fluido.

• Fuerza de sustentación: Es la fuerza generada sobre un cuerpo que se desplaza a través de un fluido, perpendicular a la dirección de la velocidad de la corriente incidente.

Casos de Flotación

• Empuje (E) > Peso (P): El cuerpo tiende a flotar, con la mayor parte de su superficie fuera del agua.

• Empuje (E) < Peso (P): El cuerpo tiende a hundirse, con la mayor parte o toda su superficie sumergida.

• Empuje (E) = Peso (P): El cuerpo permanece en equilibrio, ni flota ni se hunde.

Fórmulas Relevantes

• Empuje (E): E = ρ_líquido * V_cuerpo * g

• Peso (P): P = m * g

• Fuerza de arrastre

• Fuerza de sustentación

• Principio de Arquímedes

Si el fluido es el aire, se debe considerar la fuerza de rozamiento.

Biomecánica: Aplicación de la Mecánica al Estudio de los Seres Vivos

La biomecánica es una disciplina científica que aplica los principios y métodos de la mecánica al estudio de los seres vivos. Es una ciencia multidisciplinar que integra conocimientos de medicina, física e informática, entre otras. Se centra en el análisis del movimiento de los seres vivos y las fuerzas que lo generan.

Tipos de Palancas en el Cuerpo Humano

Las palancas son mecanismos simples que permiten amplificar la fuerza aplicada. En el cuerpo humano, se encuentran tres tipos de palancas:

• Palancas de primer género: Se caracterizan por tener el punto de apoyo (PA) situado entre la fuerza (F) y la resistencia (R). Son palancas de equilibrio. La fuerza necesaria para vencer la resistencia depende de la longitud del brazo de palanca, la carga y la fuerza. Un ejemplo en el cuerpo humano se encuentra en las vértebras cervicales:

  • Fulcro: Articulación
  • Resistencia: Peso de la cabeza
  • Fuerza: Musculatura

• Palancas de segundo género: La resistencia (R) se sitúa entre el punto de apoyo (PA) y la fuerza (F). Se denominan "de fuerza", ya que el brazo de la fuerza es más largo que el de la resistencia, lo que incrementa la fuerza aplicada. Hay pocos ejemplos en el cuerpo humano, como la elevación del cuerpo sobre las puntas de los pies:

  • Fulcro: Punta de los pies
  • Resistencia: Peso del cuerpo
  • Fuerza: Fuerza realizada por los extensores del pie

• Palancas de tercer género: El punto de apoyo (PA) y la resistencia (R) se encuentran en los extremos, mientras que la fuerza (F) está en el medio. Se denominan "de velocidad", ya que la fuerza aplicada debe ser siempre superior a la resistencia. Ejemplos comunes son la extensión de los cuádriceps o la flexión del codo:

  • Fulcro: Articulación del codo
  • Resistencia: Peso del brazo
  • Fuerza: Musculatura del brazo

Tiro Parabólico

El tiro parabólico es un movimiento que se caracteriza por tener dos componentes: uno vertical y otro horizontal.

• Movimiento vertical (eje y): El cuerpo gana altura y luego la pierde, siguiendo un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), descrito por las fórmulas cinemáticas.

• Movimiento horizontal (eje x): El cuerpo se desplaza horizontalmente a una velocidad constante, siguiendo un movimiento rectilíneo uniforme (MRU), descrito por las fórmulas cinemáticas.

• Velocidades distintas en los ejes: (V_oy = V_o * sen α) (V_ox = V_o * cos α)

Cálculo del Tiempo, Altura Máxima y Alcance

• Altura máxima (H_max) de A hasta B: H_max = (V_o² * sen²α) / (2g)

• Alcance horizontal (X_ab) de A hasta B: X_ab = (V_o² * sen α * cos α) / g

• Tiempo de vuelo (T_ab) de A hasta B: T_ab = (V_o * sen α) / g

Objetivos de la Biomecánica en el Deporte

Diferentes autores han definido los objetivos de la biomecánica en el ámbito deportivo:

• Aguado: Describir las técnicas deportivas, minimizar las fuerzas de resistencia, reducir el peso del material deportivo sin afectar otras características.

• Gutiérrez: Encontrar y solucionar las posibles causas de lesiones deportivas, agrupar y esquematizar el gesto deportivo en función de las leyes mecánicas, y desarrollar investigaciones para establecer la técnica deportiva más eficaz.

• Hochmuth: Progresar en el desarrollo de los métodos de la biomecánica y lograr el procedimiento biomecánico más eficiente para resolver problemas del movimiento deportivo.