En esta ocasión hablaremos de la física del patinaje artístico en atención a que el domingo 28 de febrero reciente fueron clausurados los Juegos Olímpicos de Invierno, en Vancouver, Canadá. De todos los deportes contemplados en esos juegos olímpicos, el patinaje artístico es probablemente el más bello, pero además, la cantidad de ciencia involucrada allí es considerable.
El patinaje artístico es conocido en inglés como “figure skating” y nació hacia 1778 en Inglaterra. En la actualidad puede tratarse de una competencia entre individuos, o entre parejas. De todas las opciones, nosotros pondremos atención al caso de competidores individuales, pues en ellos hay más análisis científico realizado.
Nuestras explicaciones técnicas estarán basadas en dos trabajos de investigación:
Uno desarrollado por D. King, A. Arnold y S. Smith, para el Comité Olímpico de los Estados Unidos. Se llama: “Una comparación biomecánica de los saltos simple, doble y triple Axel”. La palabra: axel es un nombre que explicaremos más adelante. A este trabajo nos referiremos en lo sucesivo como el trabajo de los estadounidenses.
Otro es desarrollado por Karin Knoll y Falk Hildebrand, del Instituto de Ciencias Aplicadas al Entrenamiento, de Leipzig, Alemania. Se titula “Momento angular en saltos con rotaciones sobre el eje longitudinal en figuras de patinaje – análisis tridimensional y simulación por computadora”. En lo sucesivo lo mencionaremos como el trabajo de los alemanes.
¿Qué es el patinaje artístico?
En el patinaje artístico individual se enfrentan personas en ramas femenil y varonil respectivamente. Existe un reglamento de la Unión Internacional de Patinaje en el que se impone un programa corto y uno largo, presentados en días distintos, para la ejecución de determinados movimientos que tienen nombre y puntuación asignada. De todos los movimientos contemplados en el deporte del patinaje artístico individual pondremos atención en los saltos simple, doble y triple axel. Este nombre aparece en los años 1930 y se refiere a un salto en el patinaje artístico de la parte frontal externa de un patín con uno y medio giros del cuerpo en el aire y un regreso al hielo con la parte trasera externa del otro patín.
Los giros de un patinador se realizan en torno a un eje que corre a lo largo de su cuerpo, a diferencia de los gimnastas que hacen ejercicios en el piso, quienes pueden girar en torno a otros ejes también.
El patín que se usa en el patinaje artístico consta de una cuchilla debajo de la suela del botín en el que se introduce el pie, pero difiere ligeramente del que se utiliza en el hockey sobre hielo. La diferencia está en que en la punta delantera tiene unos dientes similares a los de una sierra, que sirven para que el deportista controle mejor sus desplazamientos.
El conteo para asignar puntuación a los competidores en el programa corto considera y califica: la habilidad en el patinaje, la calidad de la ejecución de los movimientos (conocido como performance), la calidad de la interpretación artística y lo apropiado de los movimientos a la danza que se desarrolla. Todo dentro de un conjunto de ejercicios que son obligatorios.
En el programa libre se consideran los mismos elementos, más la calidad de las transiciones, o ligas, de un elemento artístico a otro, la calidad de la coreografía y el ritmo con que se realiza la interpretación artística. Como se trata de apreciaciones subjetivas, en las que cada juez aplica su criterio personal, se cuenta con nueve jueces que califican y un sistema de cómputo que selecciona siete al azar para tomar en cuenta sus calificaciones. El sistema elimina la más alta y la más baja, considerando las cinco restantes para asignar su puntuación al competidor.
La física necesaria.
Todo cuerpo en rotación es descrito mediante magnitudes físicas:
La velocidad angular (o velocidad de giro), que puede ser medida en revoluciones (o número de vueltas) por segundo.
El momento de inercia del objeto, que toma en cuenta qué tan cerca o lejos están del eje de giro las masas que forman al cuerpo. Por ejemplo, dos masas de un kilogramo cada una, girando a las mismas revoluciones por segundo ambas, pero una más alejada del eje de giro que la otra, se distinguen en que la más alejada tiene más momento de inercia.
Otro concepto necesario es la torca, pues la fuerza resulta insuficiente para describir rotaciones. La torca resulta de multiplicar la fuerza por la distancia que hay entre el punto en el que se aplica y el centro de giro. La necesidad de la torca es algo que podemos percibir al tratar de abrir una puerta empujando en donde se encuentra el picaporte e intentando lo mismo pero empujando cerca de las bisagras. Notamos que es más fácil mover la puerta si empujamos cerca del picaporte, de allí que la distancia necesita ser incluida.
Por último, el momento angular, que une el momento de inercia con la velocidad angular (o de giro) para incorporarlos en la descripción del movimiento. Lo interesante es que cuando no hay torca un cuerpo girando en el vacío conserva su momento angular, y como en el hielo y en el aire hay muy poca fricción, ocurre lo mismo. Este efecto es aprovechado por los patinadores para iniciar un giro con los brazos abiertos y las piernas separadas, logrando giros más rápidos o más lentos conforme acercan o alejan partes de su cuerpo del eje de giro.
Todos los cuerpos giran alrededor de un punto que se llama centro de masa, por ejemplo, una gimnasta que realiza ejercicios en el piso puede dar varias vueltas en el aire, haciendo que su cabeza, sus brazos y sus piernas, giren en torno a un punto que se encuentra cerca de su abdomen. El centro de masa no necesariamente está dentro del cuerpo, pues sabemos que los saltadores de altura y de garrocha hacen un arco con su cuerpo, de modo que girando sobre la barra que intentan superar, consiguen pasar sobre ella aunque su centro de masa pase por debajo de la barra.
La física de los saltos sencillo, doble y triple axels.
Cada salto dura cuando mucho 6 décimas de segundo, de modo que para hacer un estudio científico es necesario realizar videograbaciones. Por esa razón, el grupo de científicos estadounidenses filmó cinco patinadores de élite con un sistema de tres cámaras de video. Utilizaron un software similar al que vemos que se usa en los campeonatos importantes de tenis para saber dónde tocó el suelo una pelota cuando hay reclamación de un jugador o una duda del juez principal. Consiste en que la computadora calcula tres números que dicen sobre cuál punto de la cancha y a cuál altura se encuentra la pelota en cada instante de tiempo. Esos tres números se llaman coordenadas.
De la misma forma, los investigadores pudieron conocer las coordenadas de cada parte del cuerpo del patinador que ejecutaba sus giros en el aire. Atendieron las velocidades a lo largo de la superficie del hielo, que podemos llamar velocidades de desplazamiento horizontal, las velocidades al separarse y acercarse al hielo, que son velocidades verticales y también las velocidades de rotación.
Así encontraron que la altura que toman cuando saltan es casi la misma en los tres tipos de saltos.
Las velocidades de desplazamiento horizontal en el instante del despegue son mayores en los saltos simples, un promedio de 5.3 metros/segundo.
Esas velocidades de desplazamiento horizontal fueron menores en el instante del despegue al ejecutar los saltos triples, un promedio de 3.6 metros/segundo.
En cambio, las velocidades angulares siguieron la conducta inversa, 4.9 revoluciones/segundo para los saltos triples, 4.3 revoluciones/segundo para saltos dobles y 2.9 revoluciones/segundo para los saltos simples.
Los científicos estadounidenses encontraron que los patinadores inician el salto con una gran rotación en el hielo para apretar su cuerpo enseguida y disminuir así su momento de inercia y como el momento angular se conserva, la velocidad angular se incrementa.
El trabajo de los estadounidenses afirma que los músculos aductores de quienes practican el patinaje artístico deben ser muy fuertes para imprimir esas velocidades de giro y también para frenar al tocar el hielo al finalizar el salto. Quienes deseen saber cuáles son esos músculos pueden sentarse en una silla y apretar entre las rodillas un balón de basketbol con poco aire y tratar de apretarlo varias veces. Al día siguiente se sentirá adolorido de los músculos aductores, que se encuentran en la parte interior de cada muslo.
El estudio de los alemanes se basó en métodos similares al de los estadounidenses, pero agregó simulaciones en computadora. El sistema utilizado se llama Peak5 motion measurement system, o sea, sistema de medición de movimientos Peak5, y fue revisado y certificado en 1998 por la División de Fisioterapia de la Escuela de Estudios sobre Salud de la Universidad de Bradford, en el Reino Unido. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9807745
Las conclusiones del estudio de los alemanes son las siguientes:
1.El eje natural del cuerpo del patinador no necesariamente coincide con la dirección del momento angular, y mientras más grande sea el ángulo entre ellos, más lenta será la rotación, con lo cual la realización de un salto triple será más difícil.
2.Los saltos tienen mayor estabilidad si en el momento del despegue el eje del cuerpo del patinador presenta una inclinación pequeña contando a partir de la vertical y hacia la dirección en la cual se está desplazando horizontalmente.
Ambos estudios reconocen que al tocar el hielo de nuevo, la inclinación del deportista debe ser tal que el frenado brusco no de lugar a un giro que lleve su cabeza y sus hombros hacia el suelo. Además, como hemos podido observar, el deportista abre su cuerpo para aumentar el momento de inercia y disminuir su velocidad angular, lo que le permite seguir patinando y mantener la gracia que los jueces le piden.
Ambos estudios afirmaron que sus conclusiones podrían servir para que los entrenadores de los deportistas mejoraran su enseñanza.
Nuestra conclusión es que las partes técnicas del patinaje artístico están fuertemente orientadas por los estudios de física similares a los que hemos mencionado.
Obviamente, los sentimientos que logran expresar estos deportistas pertenecen por entero al ámbito del arte, a la sensibilidad de los atletas y de sus maestros, afortunadamente para todos.
ay, muchísimas gracias, muy buena info :)
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