Tratado de natación. José Mª Cancela Carral
Nadador A: si 1,95 m de talla, Re = 4.130.434,8
• Nadador B: si 1,70 m de talla, Re = 3.600.891,9
Se observa que el nadador con mayor talla presenta un mayor Re crítico que el nadador de menor talla. Ésto implica que el régimen del fluido a su alrededor será turbulento antes para A que para el nadador B. Se puede plantear el problema de forma inversa, esto es, ¿a qué velocidad deberá desplazarse el nadador A para no originar un régimen turbulento?, ¿y el nadador B? La respuesta es: 0,23 m/s (434,8 segundos en 100 m sin contar salida y virajes) para el nadador A y 0,26 m/s (384,6 segundos en 100 m sin contar salida y virajes) para el nadador B. Se observa, por tanto, que a velocidades de natación, tanto de entrenamiento como de competición, siempre existe régimen turbulento.
Para los valores de Re típicos durante la natación, el cuerpo depende de fuerzas dinámicas (explicadas por la mecánica clásica o newtoniana) en lugar de fuerzas viscosas para su propulsión (Miller, 1975), y la contribución de la resistencia por fricción al total de resistencia es muy pequeña (Wu, 1966).
3.1.2. Resistencia de forma o presión (RFo)
A medida que el nadador aumenta su velocidad, las partículas de agua de la capa límite empiezan a ser frenadas por el gradiente de presiones que se empieza a generar. Así, cuando se supera el Re crítico, la capa límite se empieza a separar del cuerpo del nadador, apareciendo pequeños remolinos o vórtices en los puntos de ruptura. Se dice, entonces, que el régimen de agua pasa de laminar a turbulento (Martín, 1989).
En aquellas zonas donde aparece el régimen turbulento disminuye la presión, de manera que se genera un gradiente de presiones entre la parte anterior (mayor presión) y la posterior (menor presión) del nadador, responsable de la denominada resistencia de forma o presión (fig. 4.5).
Figura 4.5.
Gradiente de presiones entre la parte anterior y posterior de un nadador.
Resulta muy difícil medir este tipo de resistencia de forma aislada. Así, cuando un cuerpo se encuentra completamente sumergido en un fluido, la resistencia con la que se encuentra (fricción + forma) se puede cuantificar por la siguiente fórmula (Catalá, 1979):
RFO = 1/2 ρ · Cx · S · v2
Donde: RFO = resistencia de forma en N; ρ = densidad del agua en kg/m3; Cx =coeficiente de forma (parámetro adimensional que depende de la forma del cuerpo); S = superficie de choque o área frontal proyectada en m2; v = velocidad de nado en m/s.
3.1.3. Resistencia por oleaje (Ro)
Cuando el nadador avanza en la superficie del agua, se puede apreciar cómo crea un sistema de olas (fig. 4.6). Esta deformación de la superficie del agua, debida a la diferencia de presiones generada por el nadador, está en función del número de Froude (Fr), cuyo valor se puede calcular según la fórmula (Hoerner, 1965):
Donde: v = velocidad de nado en m/s; g = aceleración de la gravedad en m/s2; L = longitud del nadador en metros.
A velocidades de nado en el rango de 0,7 m/s a 2 m/s (142,8 a 50 en 100 m sin contar salida y virajes), Fr tiene unos valores de 0,14 a 0,41. A bajas velocidades de nado (Fr pequeño), la resistencia por oleaje no es muy significativa. Los trabajos de Alley (1952), Counsilman (1955) y Thrall (1960) sobre resistencia pasiva mostraron cómo a velocidades cercanas a 1,5 m/s el sistema de olas generado por el nadador hace que éste se mueva en una depresión que va aumentando a medida que se incrementa la velocidad. Llega un momento en que la longitud de la depresión de la ola generada iguala la talla del nadador. Esta velocidad de nado es la denominada hull speed o velocidad máxima (Miller, 1975).
Figura 4.6.
Distancia entre cresta y cresta del sistema de olas, a velocidad media de natación.
El concepto de hull speed proviene de la ingeniería naval, y fue utilizado con éxito para explicar el nado de los patos por Prange y Schmidt-Nielsen en 1970. Tanto en barcos como en patos, cuando se alcanza la hull speed se produce un rápido y asintótico aumento de la resistencia y, consecuentemente, del gasto energético. El concepto fue introducido por Miller a la natación de competición en 1975, pero, desde entonces, poco se ha progresado en su estudio. Toussaint (2002) realizó estudios sobre el sistema de olas generado por algunos de los mejores nadadores/as holandeses, pero desde un punto de vista estrictamente cualitativo. Sus resultados corroboran los ya indicados por Alley (1952), Counsilman (1955) y Thrall (1960), según los cuales a velocidades próximas a 1,5 m/s el sistema de olas empieza a ser patente, y a partir de 1,7 m/s el nadador/a está «atrapado» en su propia ola. Aumentar la velocidad implica generar una mayor depresión y, con ello, aumentar la resistencia. En la práctica, esto quiere decir que es imposible nadar a mayor velocidad que la hull speed (Vorontsov y Rumyantsev, 2001). Así, se constata que los actuales récords del mundo en 50 m y 100 m corresponden a velocidades de nado en las que el valor de Fr indica la aparición de la hull speed.
Nadadores con idéntica morfología, pero de diferente talla, generarán el mismo patrón de olas para el mismo Fr. Consecuentemente, los nadadores con menor talla están en desventaja con respecto a los de mayor talla. Así, para el ejemplo de nadadores citado en el apartado de la resistencia por fricción (nadador A = 1,95 m y nadador B = 1,70 m de talla), se puede calcular la velocidad de natación para un sistema de olas cuya longitud de cresta a cresta sea similar a la talla del nadador con un Fr de 0,41:
• Nadador A: si talla = 1,95 m y Fr = 0,41, su velocidad máxima (hull speed) = 1,79 m/s (55,5 s en 100 m sin contar salida y virajes).
• Nadador B: si talla = 1,70 m y Fr = 0,41, su velocidad máxima (hull speed) = 1,67 m/s (59,8 s en 100 m sin contar salida y virajes).
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