Читать книгу Natación - Ernest W. Maglischo - Страница 19

Se ha ofrecido la teoría del vórtice para explicar cómo las fuerzas de sustentación podrían desempeñar un papel importante en la propulsión en la natación, incluso cuando la capa límite se separa al desplazar los nadadores sus miembros por el agua. Cecil Colwin (1992) ha sido el defensor más destacado del papel de la formación de vórtices en la propulsión en la natación. Cree que la formación de vórtices puede mantener un diferencial de presión entre las superficies inferior y superior de la mano de los nadadores, incluso cuando el flujo del agua es turbulento.

Un vórtice es una masa de fluido en rotación. La ilustración de la figura 1.10 muestra cómo la formación de un vórtice podría aumentar la fuerza de sustentación sobre un objeto con perfil de ala. El proceso empieza con la formación de un vórtice inicial. Algunas de las moléculas que pasan por encima de los bordes de salida del objeto y algunas que pasan por debajo de estos bordes de salida se enrollarán hacia arriba, hacia la superficie superior del objeto, porque la presión del agua por encima del objeto es menor que la que hay debajo. Estas moléculas de agua se desplazan no solamente hacia arriba sino también hacia delante, por encima del objeto formando el vórtice inicial. Según el principio de Newton de acción y reacción, un vórtice moviéndose en una dirección creará un “contravórtice” de igual magnitud girando en la dirección opuesta. Este “contravórtice” se denomina el vórtice adherido.

Un vórtice adherido actúa como una capa de fluido que circula alrededor del objeto con perfil de ala en dirección opuesta a la del vórtice inicial, es decir, rota en la dirección de las agujas del reloj desde la parte delantera hacia la parte trasera por encima del objeto y desde la parte trasera hacia la parte delantera por debajo del mismo. Por esto, la fuerza del “contravórtice” por encima del objeto irá en la misma dirección que el flujo relativo del agua por encima del mismo, de delante atrás. Al hacerlo, aumenta la velocidad del flujo del agua por encima de la superficie superior del objeto que, a su vez, causa una reducción adicional de la presión por encima de esta superficie. Al mismo tiempo, la fuerza del “contravórtice” por debajo del objeto se ejerce en la dirección opuesta al flujo del agua. Por lo tanto, el “contravórtice” desacelerará la velocidad de aquel fluido y causará un aumento adicional de la presión por debajo del objeto. El resultado de estas acciones es que el diferencial de presión requerido para la producción de fuerzas de sustentación se intensificará entre las superficies inferiores (+) y superiores (-) del objeto, incluso cuando el flujo real del agua alrededor del objeto es inestable.

Figura 1.10. La formación de un vórtice adherido alrededor de un objeto con perfil de ala.

Habiendo dicho esto, debería aclarar que un vórtice adherido no es una realidad física. Es decir, una capa de agua no está realmente circulando alrededor del objeto con perfil de ala de la manera que acabo de describir. No obstante, la fuerza asociada con la formación de un vórtice inicial tiene que producir una fuerza contraria de igual magnitud. Esta fuerza contraria actuará como un “contravórtice” y aumentará el diferencial de presión entre las superficies inferiores y superiores del objeto como si hubiese una capa de agua circulando en dirección contraria a la del vórtice inicial. Esta fuerza contraria seguirá intensificando el diferencial de presión entre las superficies inferiores (+) y superiores (–) del objeto con perfil de ala hasta que el vórtice inicial es arrastrado por el agua. El vórtice inicial normalmente es llevado por el agua en forma de una masa de moléculas girando en círculos cuando se produce un cambio repentino en la dirección o velocidad del objeto y/o en su ángulo de ataque.

Colwin cree que los nadadores se propulsan a través del agua con movimientos rotativos de los miembros que causan la formación de vórtices que luego son dejados con cada cambio de dirección que efectúan durante sus brazadas subacuáticas. Los nadadores eficientes, en su opinión, saben formar y dejar los vórtices controlando la forma y los movimientos de sus miembros para crear propulsión de dos tipos: perfil de ala y aro volador. En general cree que la propulsión tipo perfil de ala tiene lugar en la primera mitad de la brazada subacuática, mientras que el mecanismo del aro volador se utiliza, con mayor frecuencia, para producir propulsión durante la segunda mitad de la brazada. Colwin también ha sugerido que el mecanismo del aro volador crea propulsión cuando las piernas cambian de dirección descendente a ascendente, o viceversa, durante el batido. Ahora describiré los mecanismos de perfil de ala y aro volador con mayor profundidad.

La propulsión tipo perfil de ala. La propulsión tipo perfil de ala es el resultado de las fuerzas de sustentación producidas cuando se forma un vórtice inicial y antes de que se lo lleve el agua o sea dejado atrás. El flujo del fluido por las manos debe ser estable para que no se deje el vórtice inicial atrás. Se cree que los buenos nadadores establecen este flujo estable mediante la orientación cuidadosa de sus manos al principio de la brazada subacuática. Una vez establecido este flujo, los nadadores lo mantienen mediante una cuidadosa aceleración y orientación de los miembros de manera que el fluido no se separe de ellos. Sin embargo, sólo pueden mantener el flujo estable alrededor de las manos durante una pequeña parte de la brazada subacuática, porque los miembros están cambiando constantemente de dirección, de velocidad y de ángulo de ataque. Por consiguiente, el vórtice inicial debe ser dejado atrás y formarse uno nuevo cada vez que los nadadores realizan un cambio importante de dirección, de velocidad o de ángulo de ataque con los miembros. Colwin cree que el factor que diferencia a los nadadores con destreza de los que no tienen tanta es la habilidad de aquéllos de controlar los movimientos de sus miembros de manera que los vórtices iniciales se mantengan durante una fase particular de la brazada y luego se dejen atrás en el momento oportuno.

La propulsión tipo aro volador. La propulsión tipo aro volador ocurre en los principales puntos de transición en la brazada subacuática cuando se dejan los vórtices iniciales. El agua que es lanzada hacia atrás desde los miembros después de un repentino cambio de velocidad, dirección o ángulo de ataque causa una fuerza contraria de igual magnitud que acelerará al nadador hacia delante. Un ejemplo de cómo se supone que aumenta este fenómeno la propulsión en la natación se ilustra en la figura 1.11 con un nadador de estilo libre.

En esta ilustración se ve al nadador ejecutando la última fase propulsora de su brazada subacuática. Cuando cambia la dirección de su mano de dentro afuera al principio de este movimiento, crea un vórtice inicial que es transportado con su mano hasta que desacelera justo antes de llegar a la superficie. En este punto, el vórtice inicial es dejado atrás, produciéndose una aceleración de la velocidad de avance del nadador.

La teoría de los vórtices en la propulsión en la natación se basa en los principios sólidos de la aerodinámica. Si realmente actúa durante la natación humana, significará que las fuerzas de sustentación contribuyen de modo considerable a la propulsión incluso cuando la capa límite se separa. Desafortunadamente, existen muchas dificultades para verificar o desmentir esta teoría.

Figura 1.11. Un ejemplo del mecanismo del aro volador con un nadador de estilo libre que completa la fase propulsora de su brazada subacuática.

Adaptada de Colwin, 1984.

El principal problema para verificar esta teoría es determinar si los nadadores pueden realmente establecer un vórtice adherido alrededor de las manos y los pies durante sus esfuerzos propulsores subacuáticos. Si no se puede mantener un vórtice adherido, aunque sea a lo largo de distancias cortas, su efecto para aumentar la fuerza de sustentación y perder los vórtices no estaría disponible para la propulsión tipo perfil de ala ni tipo aro volador.

Es cierto que se ven los vórtices perdidos por las manos, brazos y pies de los nadadores. No obstante, no existe ninguna prueba de que estas masas de aguas turbulentas que quedan atrás resulten de la creación y abandono de los vórtices adheridos. De hecho, las pruebas disponibles indican que un vórtice adherido no se desarrollará alrededor de unos objetos tan pequeños y tan poco hidrodinámicos como las manos y los brazos de los nadadores. Un vórtice adherido necesita tiempo para desarrollarse, y el hecho de que la capa límite se separa tan deprisa al pasar por la mano humana hace dudoso que haya bastante tiempo para formar un vórtice inicial que se desarrollará en un vórtice adherido.

Los patrones de la velocidad de avance del centro de masas de los nadadores también crean una duda sobre la eficacia de los mecanismos de perfil de ala y aro volador para producir la propulsión. Si estuviesen funcionando, esperarías ver los cuerpos de los nadadores acelerando hacia delante al realizar los principales cambios de dirección y de velocidad de los miembros durante sus brazadas subacuáticas. Sin embargo, estos registros del centro de masas indican que los nadadores realmente desaceleran durante estos momentos. El patrón común es que el cuerpo acelerará hasta una velocidad pico en medio de cada fase propulsora de la brazada subacuática y desacelerará hacia el final de la misma. La única excepción a esta observación general ocurre durante el final de la brazada subacuática en mariposa, espalda y estilo libre.