Principios de Física Aplicada al Rendimiento Deportivo

1. ¿Es posible batir un récord dando varias vueltas a una pista de atletismo si hay viento? ¿Por qué?

Fuerza de arrastre: No, ya que lo que ganas a favor no lo remontas con lo que pierdes en contra. La potencia es al cuadrado a favor del viento y la potencia con el viento en contra es al cubo. Ejemplo de velocidad relativa: si voy a 15 km/h, a favor iré a 25 km/h y en contra a 10 km/h. No compensa.

2. ¿Qué altitud es segura para hacer montañismo una persona sin experiencia? ¿Por qué?

Presión: A mayor altura, menor presión atmosférica. Se recomienda menos de 3000 metros, ya que a partir de esa altura la presión del O2 sobrepasa los 100 mmHg y se dificulta el intercambio de gases en la sangre, lo que puede provocar mal de altura. A partir de este punto, la presión de O2 continúa disminuyendo y casi se iguala con la presión venosa.

3. ¿Qué cuestiones prácticas debo tener en cuenta si me voy a iniciar en la práctica de buceo con bombona?

Presión: Cuanto más descendemos, más aumenta la presión (cada 10 metros aumenta 1 atm). A 2-3 atm, el nitrógeno se vuelve tóxico (narcosis).

• Descompresión: Conforme subes, el aire se descomprime. Si el ascenso es brusco, los pulmones aumentan de tamaño y pueden desgarrarse.
• Nota: Los rescatistas suelen cambiar el helio por nitrógeno para evitar riesgos.

4. ¿Por qué está regulada la temperatura del agua para competir en natación?

Viscosidad: La temperatura del agua se regula entre 24-25 ºC. Si aumentamos a más de 28 grados, beneficiamos a los nadadores de velocidad. La densidad del agua no se ve afectada significativamente por el calentamiento, pero sí se compromete la viscosidad hasta el punto de ebullición.

5. ¿Qué es el efecto flotante en los balones de voleibol y algunos balones de fútbol?

Número de Reynolds: El cambio de régimen se debe al efecto del aire cuando es turbulento. Cuando el balón se golpea plano, se produce una transición de aire laminar (se frena) a turbulento (el aire se pega). Un efecto se despega antes y otro más tarde, provocando que la trayectoria del balón cambie de forma repentina. El saque flotante se caracteriza por una velocidad media.

6. ¿Cómo podemos disminuir la densidad del aire y cómo afectaría a las fuerzas de arrastre y sustentación?

Densidad: Se puede disminuir mediante:

• Aumentar la temperatura.
• Disminuir la presión atmosférica.

A mayor altitud y mayor temperatura, menor densidad. Esto disminuye las fuerzas de arrastre y sustentación, lo cual favorece pruebas como los 100 m lisos, pero dificulta lanzamientos como jabalina o disco.

7. Pon un ejemplo de reducción del área frontal (S) y otro de reducción del Cx en la actividad física y deportiva.

Fuerza de arrastre:

• Área frontal (S): Cuando el ciclista se inclina hacia delante, reduce su resistencia aerodinámica.
• Coeficiente aerodinámico (Cx): El uso de un casco en forma de gota de agua disminuye el Cx, permitiendo que el aire se adhiera más tiempo y reduciendo el rebufo.

8. ¿Por qué la mayoría de los golpes en tenis son liftados?

Fuerza de sustentación (Efecto Magnus): La pelota gana velocidad porque el aire fluye a favor del giro; gracias a las costuras, la velocidad pasa por debajo más rápido, disminuyendo la presión inferior. Esto permite que la pelota pase más lejos de la red y facilita golpes con mayor potencia.

9. ¿Qué funciones tienen los agujeros u hoyos de una pelota de golf?

Principio de equilibrio (arrastre y sustentación): Gracias al efecto Magnus, la rugosidad y los agujeros permiten que el aire se mantenga pegado a la pelota por más tiempo, reduciendo el rebufo y permitiendo una mayor sustentación en comparación con una superficie plana.

10. ¿Cómo es posible navegar en contra del viento (ceñir)?

Fuerza de sustentación: Se logra colocando la vela en perpendicular. El aire pasa más rápido por la zona larga de la vela, permitiendo avanzar en contra del viento. Esto se denomina ceñir y consiste en avanzar en zig-zag (bordadas) en un ángulo respecto a la dirección del viento.

11. ¿Cómo es posible meter un gol de falta por encima de la barrera o sacando un córner?

Principio de fuerza de sustentación (Efecto Magnus): Al golpear el balón por un lateral, este gira en torno a su centro de gravedad (CG). El viento pasa más rápido por el lado contrario al golpeo (a favor del giro), lo que provoca que el balón se desvíe hacia el lado opuesto.

12. Enumera 2 deportes donde sea beneficioso y 2 deportes donde sea perjudicial competir en altitud.

Densidad y presión:

• Beneficiosos (menor densidad): Salto de longitud y 100 m lisos.
• Perjudiciales (menor presión): Maratón y fútbol.

13. ¿Qué utilidad tienen los alerones en Fórmula 1? ¿Qué es un DRS?

Equilibrio arrastre / sustentación: Los alerones generan una fuerza de sustentación negativa (downforce) que pega el coche al suelo, aunque aumentan el arrastre (freno aerodinámico). El DRS disminuye el ángulo de ataque para reducir el arrastre en rectas; por seguridad, no se puede abrir en curvas.

14. ¿Por qué en la natación está prohibido bucear más de 15 m después de la salida y el viraje?

Fuerza de oleaje: Al deslizarse bajo la superficie, el nadador evita la fuerza del oleaje, obteniendo una ventaja competitiva. A más de 1 metro de profundidad, la fuerza de oleaje se mantiene, pero aumentan la viscosidad y la fuerza de arrastre. En competición, se utilizan banderillas para controlar que el nadador no supere los 15 metros bajo el agua.

15. ¿Cuál es la profundidad óptima del nado subacuático de un nadador? ¿Por qué?

Fuerza de oleaje: Entre 0,8 y 1 metro se reduce la fuerza de oleaje. A más de 1 metro, aumenta la fuerza de arrastre. En animales como ballenas o delfines, la profundidad óptima es de 2-3 metros. Es vital que, tras el salto desde el poyete, el nadador alcance la horizontal lo antes posible para no perder velocidad.

16. ¿Tienen alguna ventaja los nadadores más altos sobre los más bajos en pruebas de velocidad? ¿Por qué?

Principio de fuerza de oleaje: Sí, tienen ventaja. A medida que la velocidad aumenta, las olas de cabeza y pies se separan. Cuando el nadador queda atrapado entre estas olas, se alcanza la “Hull Speed” (velocidad de casco), que se produce a 0,4-0,45 del número de Froude.