En esta ocasión presentaremos algunos comentarios sobre la física de un deporte que se llama Hockey sobre hielo, debido a que se están realizando los Juegos Olímpicos de Invierno en Vancouver, Canadá. Lo que haremos será presentar algunas conclusiones de un artículo de enseñanza de la física que hemos estudiado. La traducción del título del artículo al español es: “Un Deporte Frío Lleno de Física” (A Cool Sport Full of Physics) publicado por la revista The Physics Teacher, volumen 46, en octubre de 2008, página 398. El autor se llama Alain Haché, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Moncton, de Canadá.
¿Qué es el hockey sobre hielo?
Es un deporte en el que se enfrentan dos equipos formados por 6 jugadores cada uno, quienes se deslizan sobre una cancha de hielo, utilizando zapatos adecuados, que están provistos de unas cuchillas metálicas. Es muy popular en Canadá, Estados Unidos, Suecia, Finlandia, Rusia, República Checa, Estonia, Letonia y Lituania. Otros países lo practican pero con menor intensidad.
La cancha de uso internacional mide 61 metros de largo por 30 metros de ancho, mientras que las canchas de la liga profesional de los Estados Unidos miden lo mismo de largo pero solamente 26 metros de ancho. El hockey sobre hielo es similar al fútbol soccer en el sentido de que se trata de introducir un pieza de juego en una portería que es un semicírculo de 1.8 metros en el caso del hockey internacional. En lugar del balón redondo que conocemos, se trata de una pieza con forma de disco, llamada puck, hecha de un material similar al de las llantas, que mide un poco más de 2.5 centímetros de grueso y tiene un diámetro de 7.6 centímetros. Su masa es de entre 156 y 170 gramos y cuando es golpeada con el palo de juego puede alcanzar velocidades superiores a los 150 kilómetros por hora. Esta pieza es congelada horas antes del juego para que pierda su capacidad de botar y para que no sea peligrosa para el público asistente, pues se ha reportado la muerte de personas del público, como fue el caso de una niña de 14 años, quien murió el 18 de marzo de 2002 en Columbus Ohio, después de haber sido golpeada por la pieza de juego dos días antes. Ella se llamaba Brittanie Cecil.
El puck es golpeado con el palo de hockey que porta el jugador, hecho de un material flexible. Mide desde 1.5 metros hasta 2 metros y tiene en la parte inferior una forma parecida a una letra jota, con una parte final curva que mide de 25 a 30 centímetros y es aplanada para dirigir el puck. Pueden ser de aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono, entre otros compuestos. Estos materiales vinieron a reemplazar al palo de madera que se usaba inicialmente.
La física en el hockey sobre hielo
La energía del puck del hockey
Los puck pueden alcanzar velocidades de hasta 170 kilómetros por hora, apenas por debajo de los 255 kilómetros por hora que alcanza la pelota de golf, los 225 de la pelota de tenis o los 190 kilómetros por hora de la pelota de beisbol bateada.
Supera la velocidad lanzada por el pitcher, con hasta 160 kilómetros por hora, la jabalina del atletismo con 110 o la del futbol soccer con hasta 105 kilómetros por hora. También está por encima del disco lanzado por los deportistas olímpicos, con 90 kilómetros por hora o el balón del futbol americano con 70 kilómetros por hora.
Los 170 kilómetros por hora que alcanza el puck del hockey son casi 47 metros por segundo, por lo cual lleva una energía cinética de 185 joules. Para tener una idea de cuánta energía es, podemos imaginar la energía con la que llega al suelo una bola de 10 kilogramos que se suelta desde 1 metro 88 centímetros. Esta energía es ligeramente superior al de una pelota de béisbol lanzada a una velocidad de 100 millas por hora por uno de los pitchers más veloces de las ligas profesionales.
El artículo que estudiamos realiza un estudio de la técnica de golpeo que usa el jugador, para llegar a la conclusión de que no podrían imprimir velocidades por encima de 160 kilómetros por hora con todos sus músculos en un movimiento técnicamente correcto. El autor Alain Haché encontró que los 10 kilómetros por hora faltantes se consiguen porque el jugador golpea el palo contra el hielo aproximadamente 30 centímetros antes del sitio en el que se encuentra el puck, haciendo que el palo se doble, de donde resulta la energía faltante cuando se desdobla.
El choque entre los jugadores
Alain Haché afirma que el hockey sobre hielo es el juego de contacto más rápido que existe, pues los jugadores alcanzan velocidades promedio de 40 kilómetros por hora y calculó cuánta es la energía disipada cuando chocan dos jugadores de 90 kilogramos de peso corporal cada uno. Encontró que cada uno lleva una energía de 6 mil joules, y que si se supone una deformación de 20 centímetros cuando chocan, la fuerza del impacto recibido es de 14 mil newtons. Para darnos una idea de cuánto se trata, es la fuerza que se necesita para mantener colgada una masa de 1 428 kilogramos. Cantidad superior a la masa de un auto compacto como el tsuru.
¿Por qué el hielo es resbaloso?
La unidad de medida de la fricción se llama coeficiente de fricción y está definido como el cociente que resulta de dividir la fuerza necesaria para hacer que se deslice un bulto entre la fuerza con que la tierra atrae al bulto, es decir su peso. El coeficiente de fricción de una superficie de aluminio lisa es de 0.61, el de una superficie de cobre es de 0.53, el coeficiente de fricción de una superficie de madera lisa se ubica entre 0.25 y 0.5, mientras que una superficie de teflón tiene un coeficiente de fricción de .04. En cambio, el del hielo, es de .005, apenas 12.5% del que mencionamos para el teflón. Entonces, ¿por qué el hielo es tan resbaloso?
Una explicación popular, pero falsa, es que lo resbaladizo del hielo se debe a que se derrite cuando se ejerce presión sobre él. Otra explicación, también muy difundida, y también falsa, es que se genera calor cuando se frota una superficie contra el hielo, haciendo que éste se derrita.
La explicación correcta es relativamente reciente y para elaborar la respuesta científicamente aceptada se analizó el hielo con técnicas de dispersión de electrones, resonancia magnética nuclear y microscopios de fuerza atómica. La complicación de estos métodos nos obliga a posponer su explicación para otra ocasión, pero los hallazgos encontrados son los siguientes:
1.Un bloque de hielo tiene una estructura en la que las moléculas de agua forman figuras hexagonales.
2.En la superficie, sin embargo, las moléculas encuentran muy pocos átomos vecinos con los cuales asociarse, lo cual los hace mantenerse en forma líquida en una cubierta extremadamente delgada, que es de unos cuantos nanómetros de gruesa, incluso a -200 grados Celsius.
3.Dentro de esa superficie, el hielo es extremadamente duro.
En consecuencia, es esa capa de agua tan delgada la que da lugar a lo resbaladizo del hielo.
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