tema 5: los medios aéreo y acuático - Universidad de Castilla

Biomecánica de las Técnicas Deportivas (3º)
Facultad de Ciencias del Deporte. Universidad de Castilla la Mancha.
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TEMA 5: LOS MEDIOS AÉREO Y ACUÁTICO
1- GENERALIDADES DE LOS MEDIOS AÉREO Y ACUÁTICO.
Características comunes y diferenciales de ambos medios. Viento y corrientes de
agua relativos.
2- PERFILES. Cuerda aerodinámica. Intradós. Extradós
3- CAPA LÍMITE. Flujos laminares y turbulentos. Número de Reynolds
Bibliografía
Aguado, X. (1993). Eficacia y técnica deportiva. Análisis del movimiento humano. INDE . Barcelona.
Aguado, X.; Izquierdo, M. y González, J.L. (1998). Biomecánica fuera y dentro del laboratorio. Universidad de
León. León.
Carr, G. (1997). Mechanics of Sport. Human Kinetics. Champaign Illinois.
Chollet, D. (1990). Aproche scientifique de la natation sportive. Vigot. París.
Eichenberger, W. (1981). Meteorología para aviadores. Paraninfo. Madrid.
González, M.A; Pérez, G; Martín, A.; Prieto, R.; Robledo, J.; Rodríguez, A.; Rosa, S. Y Sánchez, C. (1998).
Aplicaciones del túnel aerodinámico en el entrenamiento y mejora de técnicas deportivas. Revista ICD, 19:7-71.
CSD. Madrid.
Kyle, Ch.R. (1988). The mechanics and aerodinamics of cicling. En : Medical and Scientific aspects of cicling,
235-251. Human Kinetics. Champaign Illinois.
Kreighbaum, E. y Barthels, K.M. (1996). Biomechanics. A Qualitative Approach for Studying Human
Movement”. Allyn and Bacon. Boston.
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1-GENERALIDADES DE LOS MEDIOS AÉREO Y ACUÁTICO
Características comunes y diferenciales de ambos medios:
Son fluidos: materia capaz de fluir.
Estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso.
Líquidos:
incompresibles
al verterlos en un recipiente encuentran su nivel
Gases
compresibles
Llenan todo el recipiente que los contiene
Fluidos
En el medio aéreo existe una relación exponencial entre altura y cambios de
presión. (Gráficos de Eichenberger, 1985)
En el medio acuático existe una relación proporcional entre profundidad y presión.
Las fuerzas de sustentación, ascensionales y de resistencia se dan y originan
siguiendo los mismos principios tanto en el medio aéreo como acuático.
Los líquidos son mucho más densos y viscosos que los gases.
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Viento y corrientes de agua relativos:
Es el vector de velocidad resultante (de viento o corriente según el medio) entre
el de marcha y el real.
Es el viento o la corriente que se mide desde un sistema de referencias móvil.
(Carr, 1997)
(Kreighbaum y Barthels, 1996).
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(Aguado,1993).
(Chollet, 1990).
Movimiento de la mano del nadador en relación a su cuerpo.
Recorrido de la mano derecha vista desde abajo (izquierda),
lateral (arriba a la derecha) y frontal (abajo a la derecha) en
relación a la corriente de agua relativa. Las letras a, b, c, d, e
y f corresponden a instantes que marcan inicios o finales de
subfases del nado dentro de la fase en que la mano se
encuentra sumergida.
a-b entrada;
b-c apoyo;
c-d tracción;
d-e empuje;
e-f salida.
En los medios aéreo y acuático, la técnica y a veces la táctica están
condicionadas por el flujo relativo y no por el “de marcha” o el “real” de forma
aislada.
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2-PERFILES
Perfil es un corte que muestra 2 dimensiones de un cuerpo.
Se realizan con el objeto de estudiar las fuerzas aéreo o hidrodinámicas que
generan. Básicamente las fuerzas de resistencia y de sustentación.
Cualquier cuerpo tiene infinitos perfiles, que pueden ir variando a lo largo de su
estructura, pero simplemente se estudian un número concreto de cortes.
Algunos perfiles (deberían tener la zona interna todos ellos rayada, ya que se
trata de cortes):
(Carr,1997).
(Kreighbaum y Barthels, 1996).
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(Kyle, 1988).
(Aguado, 1993).
Borde de ataque: Borde del perfil por el que choca el viento relativo
Borde de salida: Borde del perfil del lado opuesto a por donde choca el viento
relativo
Cuerda aerodinámica: Línea que va del borde de ataque al borde de salida
Intradós: Zona del perfil situada por donde el fluido circula más lentamente.
Extradós: Zona del perfil situada por donde el fluido circula más rápidamente
Ángulo de ataque: Ángulo formado entre la dirección del flujo relativo y la
cuerda aerodinámica
.
(Kreighbaum y Barthels, 1996).
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3-CAPA LÍMITE
Flujos laminares y flujos turbulentos:
La capa límite puede comportarse en régimen laminar o turbulento dependiendo
de la velocidad (suele haber un rango de velocidades en las que se da un
régimen laminar), la lisura o granulosidad del perfil, la longitud del perfil, la
densidad del fluido, la viscosidad del fluido, en el caso de una canalización el
calibre de la tubería o arteria. Por arriba o por debajo de este margen el flujo se
comportaría en régimen turbulento.
El comportamiento laminar o turbulento de las capas límite puede pronosticarse a
partir del llamado número de Reynolds (RN o Re).
RN =
ν=
ν ⋅l
v
=
ρ ⋅ν ⋅ l
µ
µ
ρ
v = velocidad
l = longitud del perfil
ν (nu) = coeficiente cinemático de viscosidad. Se mide en el SI en
stokes (m2 / s)
µ (mu) = coeficiente absoluto de viscosidad. Se mide en el SI en
poiseuilles (N·s / m2)
ρ (rho) = densidad. En el SI se mide en kg/m3
µ del agua = el del aire x 59
ν del agua = el del aire x 14
En el aire µ aumenta con la temperatura, en los líquidos µ disminuye al
calentarlos (pe aceite o miel).
En el flujo sanguíneo o en cualquier conducción:
RN =
v ⋅d
ν
=
ρ ⋅v ⋅d
µ
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En tuberías se ha observado que hasta valores de Re de 2000 el flujo será
laminar, entre 2000 y 4000 habrá transición a turbulento y por encima de 4000
será turbulento. No obstante dependerá en cada caso del fluido considerado y
también existen valores inferiores de Re que si no se sobrepasan también dan
como consecuencia un flujo turbulento.
Tabla de densidades de sólidos, líquidos y gases, en función de la temperatura:
TABLA DE DENSIDADES
Sustancia
Temperatura
(ºC)
Densidad
20
20
20
20
20
20
20
Sangre
Plasma sanguíneo
Agua pura
Agua pura
Agua del mar
Mercurio
37
37
4
30
15
0
1,050
1,030
1,000
0,996
1,025
13,600
1050
1030
1000
996
1025
13600
Aire
Aire
Aire
Aire
Hidrógeno
Argón
Oxígeno
Vapor de agua
Dióxido de carbono
0
10
20
30
0
0
0
100
0
0,00130
0,00125
0,00120
0,00116
0,0000899
0,00178
0,00143
0,000596
0,00198
1,30
1,25
1,20
1,16
0,0899
1,78
1,43
0,596
1,98
Sólidos
Hueso
Hierro
Hielo (agua)
Aluminio
Granito
Plomo
Madera arce
Líquidos
3
gases
3
g/cm
1,600
7,700
0,917
2,700
2,700
11,300
0,700
kg/m
1600
7700
917
2700
2700
11300
700
Densidades de diferentes sólidos, líquidos y gases y su variación con las
temperaturas.
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