Principios hidrodinamicos para la natacion

Principios hidrodinamicos para la natacion

1. El medio acuatico

PROPULSION IMPULSION

O
En

: Medio terrestre

Zz

1 Medio acuático

2. Cualquier materia que carece de forma propia

+ Líquidos (no se comprimen, volumen y densidad propios)
vs

+ Gases (si se comprimen, volumen y densidad variable)

A tener en cuenta en deporte:

* Movimiento del fluido

+ Movimiento de los cuerpos en el fluido

Conceptos relacionados

+ Viscosidad

* Densidad = masa / volumen (kg / m3)

+ Presión
y Sobre las paredes del recipiente que los contiene
y Sobre un cuerpo sumergido

3. Principios hidrodinamicos

Empuje
. Flotaciön (gravedad) hidrost ätico

* Resistencia (densidad) *‘

* Propulsión

Fuerza propulsiva

4. Flotación

* Depende de relación entre las densidades (d) de fluido y cuerpo
(si densidad cuerpo > fluido / si densidad cuerpo < d fluido)
Densidad del agua y del cuerpo humano:

p (H,0) = 1 gr/cm? (1.000Kg/m3)
TEJIDO

DENSIDAD
Tejido muscular 1.052 gr/cm?
Tejido óseo 1.8 gr/cm?
Tejido adiposo 0.938 gr/cm?

Sangre 1.059 gr/cm?

1 gr/cm?

0.0013 gr/cm?

Pulmones

5. Flotación

* Principio de Arquímedes (empuje hidrostätico)

Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical
y ascendente igual al peso del fluido desalojado.

Empuje hidrostático = Mans" 9% Pagın "Vagus" 9

PeSO = Meg * 9 = Pevero Veuerpo* Y

Cuando una persona se introduce en el medio acuático (y no realiza Vague © Veo

ningün movimiento) su flotabilidad depende de su peso y del g=g

empuje hidrostático (fuerza de flotación). Flotación= prado
Per au

* p = densidad
+ Flotación dinámica (desplazamiento, natación, sincro, etc.)

+ Flotación estática (sin movimiento).

6. Flotación

Sobre un cuerpo sumergido en el agua actúan dos fuerzas:

* Fuerza de la gravedad o peso (masa x aceleración [9.8 m/s?]).
+ Se aplica en el centro de gravedad del cuerpo (CG).
* Fuerza de flotación o empuje (masa x aceleración [9.8 m/s?]).
+ Se aplica en centro de gravedad de fluido desalojado, llamado centro de flotación (CF).

* En el cuerpo humano en posición

En un cuerpo homogéneo En un cuerpo heterogéneo horizontal, generalmente, el CG (52
(densidad=en todos sus puntos) (densidad # en todos sus puntos) vertebra lumbar) se sitúa más bajo
CG coincide con CF CG generalmente no coincide con CF que el CF (12 vertebra lumbar).

© Centro de Flotación (CF)

Centro de Flotación (CF)
© Centro de Gravedad (CG H <

© Centro de Gravedad (CG)
"Empuje.

Empuje Empuje ® Empuje [Empuje

Peso ® Peso

7. Resistencia

Conjunto de fuerzas que se oponen al movimiento de un cuerpo en el seno de un
fluido, igual dirección y sentido opuesto al desplazamiento (Aguado, 1997).

Fuerzas que actúan sobre un cuerpo que se

A s ae desplaza en el agua
+ Resistencia de forma o presión P 8

Y Frontal —

V De succión FELOTACION O ASCENSIONAL
+ Resistencia de fricción
* Resistencia de oleaje

8. Resistencia de forma

+ Es la más importante.

* Se produce al impactar la superficie de un cuerpo con agua.

Durante el nado se genera zona de alta presión (p) delante del cuerpo y otra de baja p detrás.

Para reducir la resistencia de forma hay que intentar disminuir el coeficiente de resistencia y
la superficie frontal con una buena alineación del cuerpo (diapo anterior).

Flujo laminar vs flujo turbulento,

Cuando un fluido fluye sobre una superficie, debido a la fricción, la capa
más cercana a la superficie tiene velocidad (v) = 0. Por encima de esta
hay otras capas (capa límite) con menos fricción y por tanto >v hasta
que llega una capa sin fricción en la que la v es la v libre del fluido.

Newton

S — Superficie de choque o frontal de contacto
C, — Coeficiente de forma o penetrabilidad
V— Velocidad

P — densidad del fluido

Fr FORMA = Y (S * C, * V2* p)
*La velocidad es el factor más condicionante
en la resistencia generada

9. Menor superficie de choque

Resistencia de forma

Mayor superficie de choque

(Maglisco, 2003)

10. Resistencia de oleaje

Se produce cuando el cuerpo se mueve en la interfase del agua y el aire (no existe en
buceo).

Se debe al choque del nadador con la masa de agua de las olas que se forman como
consecuencia de su avance y, especialmente, de los movimientos ascendentes-
descendentes de los segmentos corporales.

Fundamentada en 32 ley de Newton (acción-reacción, al chocar con una ola el agua se
desplaza hacia delante y el nadador hacia atrás).

A velocidades bajas es poco importante, a velocidades altas puede ser la más
importante. Puede llegar a disminuir un 30% la velocidad del nado (costill, 2001).

ATATITITATTITIT

= Las corcheras absorben las olas laterales para que no afecten al
nadador de al lado.
= Los rebosaderos impiden que la ola vuelva al nadador.

11. Resistencia de fricción

+ Esla menos importante de las 3.
+ Depende de:
+ Cantidad de superficie en contacto con el agua.
* Viscosidad del agua (puede modificarse
ligeramente con temperatura)
* Coeficiente de fricción de la piel, pelo y bañador.

> V= velocidad libre del
> - agua

>
> = Capa limite

Conjunto de capas que van desde
la que tiene velocidad (v) cero
(en contacto directo con el
cuerpo) hasta la que tiene v libre.

|

Influencia en resistencia de succiön

12. Propulsion

+ Fuerzas que realiza el nadador con brazos y piernas para avanzar, venciendo la resistencia
del agua.
+ Resultante de la interacción de varias leyes de movimiento:
+ 32 ley de Newton (acción-reacción).

+ Teorema de Bernouilli. D mae
+ Formación de vortices (corrientes producidas en el fluido). W MWS
LEY DE ACCION-REACCION H =

Al inicio (asimilando propulsiön acuätica a terrestre) se propuso que la trayectoria de mano debia ser rectilinea.

Sin embargo pronto resultö patente que los mejores nadadores realizaban trayectorias
curvilineas con sus manos (para apoyarse en aguas quietas a las que poder empujar).

13. Propulsion

TEOREMA DE BERNOUILLI

En un fluido en movimiento, la relación entre la presión que las partículas ejercen y la
velocidad a la que se mueven siempre permanece constante (P + V = cte). Por tanto si
una partícula aumenta su velocidad disminuirá la presión que ejerce y viceversa.

Debido a esta diferencia de presiones se genera la denominada Fuerza
de sustentación.

En la zona donde el flujo circula con mayor velocidad hay menor
presión y se produce una fuerza (perpendicular a la fuerza de
circulación del flujo) que tiende a desplazar el cuerpo hacia ese lugar.

La fuerza de flotación siempre tiene una dirección vertical ascendente,
mientras que la fuerza de sustentación puede ser ascendente o
descendente.

El alerón de los fórmula 1 está situado al
revés que el ala del avión para que el
coche permanezca cerca del suelo

1P LV
¡PV

Fuerza de sustentación

En ala de un avión (aire)

El teorema de Bernouilli
es una de las teorías
sobre por que los
aviones vuelan, cuando
la fuerza de sustentación
es mayor que el peso del
cuerpo, éste despega.

Aunque hay otras teorías
al respecto.

14. ., PV
Propulsión il
ET.
TEOREMA DE BERNOUILLI + Perfil. * Velocidad relativa del

La fuerza de sustentación depende de: + Superficie. fluido (principalmente).
+ Densidad del fluido. + Angulo de ataque.

Las manos de los nadadores actúan cortando el agua. Cuando el líquido fluye por encima de
ellas, circula a mayor velocidad por encima de los nudillos que bajo al palma. Esto origina una
presión diferencial que produce una fuerza de sustentación.

Los nadadores generan una mayor fuerza propulsora cuando mueven sus manos a través del
agua en ciertos “ángulos de ataque” (Maglischo, 1986).

* Arrastre hace referencia a la ley acción reacción
* Ascensional a la sustentación

ud

Resultante

© O >
LD CN pa
Bb od d

15. + Aplicar fuerza no sólo hacia atrás, sino también hacia los laterales ayuda a
propulsar el cuerpo hacia delante. Además esto ayuda a “apoyarse en aguas
quietas”. Ya que, cualquier cuerpo que se desplace en un fluido origina una
línea de corriente, generando un vacío atrás, entonces perdemos capacidad
de ejercer fuerza (vídeo saltadores) (Férnandez, 2005).

+ Hasta hace poco se creía que las piernas no ejercían papel relevante, sólo
estabilizador. Sin embargo:

100%
80%
20%

Propulsion

* El nadador avanza con mas eficiencia empujando mas agua de manera lenta
que una cantidad de agua menor rápidamente (counsilman, 180,1988).

100%
75%
25%

100%
65%
35%

100%
50%
50%

En crol: Fase de Entrada ángulo
de ataque 382-502, Agarre 302-
402, Tirón 302-502, Empuje 302-
402 (Maglischo, 1986).