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Leyes físicas en la natación

definición

Con las leyes de la física, se intenta mejorar y optimizar aún más los estilos de natación individuales. Estos incluyen flotabilidad estática, flotabilidad hidrodinámica y las diversas formas de moverse en el agua. Hace uso de principios biomecánicos y físicos.

flotabilidad estática

Casi todo el mundo consigue flotar sobre la superficie del agua sin ayuda de flotabilidad. Esta aparente pérdida de peso se debe a la flotabilidad estática.

Por ejemplo, si un cuerpo se sumerge en agua, desplaza una cierta cantidad de agua. Una fuerza de flotabilidad (flotabilidad estática) actúa sobre este cuerpo.

La flotabilidad estática corresponde al peso que el cuerpo desplaza en términos de masa de agua.
La flotabilidad estática es opuesta a la fuerza del peso. (hacia arriba)

Por ejemplo, en el agua es posible que una persona significativamente más débil pueda levantar fácilmente a un nadador agachado. Si levanta una parte del cuerpo fuera del agua, la flotabilidad estática disminuye y el levantamiento se vuelve más difícil.

La inhalación profunda aumenta el volumen pulmonar y, por lo tanto, aumenta el volumen corporal total y la flotabilidad estática.

Por ejemplo, un nadador flotante exhala y se hunde hasta el fondo.

El peso específico (densidad del cuerpo) es decisivo para la flotabilidad del cuerpo en el agua. Cuanto mayor es la densidad del cuerpo, más se hunde el cuerpo en el agua. Los atletas con huesos pesados y muchos músculos tienen una mayor densidad y se hunden significativamente más, por lo que tienen desventajas al nadar. En comparación con los hombres, las mujeres tienen más tejido graso subcutáneo y, por lo tanto, tienen una mayor flotabilidad estática y una mejor posición en el agua.

flotabilidad estática y posición del agua

La ubicación en el agua es crucial para una natación larga y rápida. 2 puntos físicos de ataque son importantes para la correcta situación del agua. Por un lado, el centro de gravedad del cuerpo (KSP) y el centro de volumen (VMP). El KSP humano se encuentra aproximadamente a la altura del ombligo y es el punto de aplicación de la fuerza del peso hacia abajo. El VMP es el punto de aplicación de la flotabilidad estática y debido al voluminoso pecho se encuentra aproximadamente a la altura del pecho. En el agua, el KSP y el VMP se alternan entre sí. Ejemplo: un cuboide (mitad espuma de poliestireno, mitad hierro) no se encuentra en la superficie del agua, sino que la mitad de metal se hunde y el cuboide es vertical, con el lado de la espuma de poliestireno hacia arriba.

Similar al cuboide, este principio funciona con el cuerpo humano. KSP y VMP se acercan y como resultado las piernas se hunden y el cuerpo es cada vez más vertical en el agua.

¡Importante! Las piernas que cuelgan demasiado profundamente en el agua no generan ninguna propulsión y aumentan la resistencia al agua, es decir, las piernas a la superficie.

Para evitar bajar las piernas, es aconsejable trabajar con respiración diafragma / abdominal en lugar de respirar con el pecho al nadar, de modo que el VMP se mantenga lo más cerca posible del KSP y, por otro lado, para mantener la cabeza en el agua y estirar los brazos hacia adelante. Esto da como resultado un desplazamiento de la cabeza del KSP hacia el VMP.

Leyes para cuerpos que se deslizan en el agua

Un cuerpo que se mueve en el agua crea varios efectos complicados que deben explicarse para comprender la natación.

Las fuerzas que surgen en el agua se dividen en frenado y conducción.

La resistencia total que contrarresta el cuerpo humano en el agua se compone de tres formas:

La resistencia a la fricción surge del hecho de que las partículas de agua individuales se dibujan a lo largo de una cierta distancia en la piel del nadador (Flujo de la capa límite). Esta denominada fricción estática disminuye al aumentar la distancia del nadador. Esta resistencia a la fricción depende de la estructura de la superficie, por lo que en los últimos años la gente ha utilizado cada vez más trajes de baño de baja fricción en la natación.

La resistencia más importante para nadar es la resistencia a la forma. Aquí, las partículas de agua se mueven en contra de la dirección del movimiento / natación y tienen un efecto de frenado en el nadador. La resistencia a la forma depende de la forma del cuerpo y de la turbulencia del agua en la estela. Observa las formas corporales y fluye.

La última resistencia al nadar es la llamada resistencia a las olas. En pocas palabras, esto significa que al nadar y deslizarse, el agua debe elevarse contra la gravedad. Surgen olas. Esta resistencia depende de la profundidad del agua, que cada vez son más los bañistas que aprovechan y realizan las fases de deslizamiento en aguas mucho más profundas.

Elevación hidrodinámica

La sustentación hidrodinámica se puede ver claramente desde el ala de un avión. La naturaleza del ala de un avión está diseñada para que el aire que fluye a su alrededor cubra distancias de diferentes longitudes en los lados del ala. Dado que las partículas de aire se juntan de nuevo detrás del ala, el flujo alrededor del ala tiene que ser a diferentes velocidades. A saber: más rápido en la parte superior y más lento en la parte inferior. Esto crea una presión dinámica debajo del ala y una presión de succión por encima del ala. Entonces el episodio despega del avión.

Lo mismo le sucede al nadador en el agua, pero no tan perfectamente.

Esta elevación se ilustra con el siguiente ejemplo. Si se acuesta en el agua, sus piernas se hunden relativamente rápido.Sin embargo, si un compañero lo empuja constantemente a través del agua, la flotabilidad hidrodinámica hace que sus piernas se mantengan en la superficie del agua.

La dirección de acción en la natación se divide de la siguiente manera:

resistencia: Contra la dirección de natación

Elevación hidrodinámica: Perpendicular a la dirección de nado

Conducir: en dirección a nadar

Formas corporales y flujo

No es el área frontal de un cuerpo, como se suponía anteriormente, pero la relación entre el área frontal y la longitud del cuerpo juega el papel más importante en la resistencia en el agua.

Esto se puede ilustrar con el siguiente ejemplo.

Si tira de una placa y un cilindro con la misma cara a través del agua, la resistencia al agua frente al cuerpo es la misma, pero la turbulencia en la estela es considerablemente diferente.

Por tanto, el término resistencia de la frente no es del todo correcto, ya que la turbulencia en la estela ralentiza el cuerpo con más fuerza.

Según los últimos hallazgos, las estructuras fusiformes de los pingüinos tienen la menor turbulencia en la estela. Los peces con estas formas corporales se encuentran entre los nadadores más rápidos.

Un ejemplo de reflujo:

Una persona que camina a través del agua tira de un compañero agachado en la superficie del agua detrás de él debido al efecto de succión resultante.

Propulsión en el agua

La propulsión en el agua puede pasar Cambio de forma del cuerpo (movimiento de las aletas en los peces) o por Construcciones generadoras de propulsión (Hélice). En ambos métodos, el agua se pone en movimiento y, por lo tanto, actúa sobre el cuerpo flotante. La reacción recíproca se llama pilar.

Los tres principios de la locomoción en el agua se explican con más detalle a continuación.

1. Principio de la paleta de presión:
P.ej. Pies de pato: Aquí las patas de los patos se mueven perpendicularmente a la dirección del movimiento (hacia atrás). En la parte posterior hay una presión negativa (agua muerta), que ralentiza el cuerpo flotante. Se requiere mucha energía y la propulsión es baja.

2. Principio reflectante:

P.ej. Pulpo: El calamar recoge agua en su cuerpo y la expulsa por un canal estrecho. Esto crea un impulso en el cuerpo.

3. Principio de ondulación:

P.ej. delfín: Detrás de cada cuerpo, se producen masas de agua giratorias en la estela. En la mayoría de los casos, sin embargo, estas masas de agua giratorias están desordenadas y tienen un efecto de frenado. Con los delfines, las masas de agua están ordenadas por una onda corporal y, por lo tanto, pueden ser útiles para la propulsión. Estas masas ordenadas de agua se denominan vórtice. Sin embargo, al nadar, es muy difícil colocar las masas de agua en una rotación ordenada moviendo el cuerpo. En el rango de rendimiento, sin embargo, permite velocidades de nado muy altas.

Conceptos de conducción

Concepto de accionamiento convencional:

Con el concepto de conducción convencional, las partes del cuerpo utilizadas para conducir se mueven en línea recta y en dirección opuesta a la dirección de natación (actio = reactio). Se mueven grandes masas de agua a mayor velocidad pero con poca propulsión (vapores de paletas).

Concepto de accionamiento clásico:

Propulsión mediante flotabilidad hidrodinámica (en comparación con la hélice de un barco).

Sin embargo, este concepto de propulsión es controvertido porque la hélice siempre recibe agua del mismo lado y las palmas no al nadar. Además, este impulso solo funciona después de una cierta longitud de carrera, pero el tirón del brazo al nadar es de solo 0,6-0,8 m.

Concepto de accionamiento Vortex: (modelo utilizado actualmente)

Las masas de agua que giran tras la estela de los pies y las manos se han vuelto cada vez más importantes como productor de pilares en los últimos años.

Se crea un vórtice cuando masas de agua se mueven desde el estancamiento al área de succión. Se intenta acomodar mucha agua en un espacio pequeño, en comparación con enrollar una alfombra. El vórtice aparece detrás de los pies en forma de rodillo y detrás de las manos en forma de trenza.