Storyboard

La natación es el modo M9 (modos en fluidos) en su forma más compleja: el nadador debe generar propulsión a través del agua mientras minimiza la resistencia hidrodinámica. La propulsión se genera principalmente por la brazada: la mano y el antebrazo actúan como una paleta que aplica fuerza al agua (acción) y recibe la reacción propulsiva (3ª Ley de Newton). La fuerza propulsora tiene componentes de sustentación (lift) y arrastre (drag) sobre la mano, siendo el modelo cuasi-estático el más utilizado en biomecánica de la natación. El arrastre activo (frontal drag de la posición del cuerpo) es 24 veces mayor que el arrastre pasivo (cuerpo estático) en los estilos con mayor perturbación. La eficiencia de propulsión ( 310 %) es la más baja de todos los deportes, lo que explica el enorme coste metabólico por metro nadado. La hidrodinámica de ola (wave drag) en superficies limita la velocidad máxima a menos de 2.5 m/s para la mayoría de los estilistas, independientemente de la potencia aplicada.

ID:('ky', 494)

Storyboard

$F_{D,activo}=\frac12\rho_{agua}C_{D,activo}A_{frontal}v_{nado}^2$

Variables

$C_{D,activo}$

Coeficiente de drag activo

$1$

$\r ho_{agua}$

Densidad del agua

$kg/m³$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

$F_{D,activo}$

Fuerza de drag activo

$N$

$A_{frontal}$

Área frontal corporal

$m²$

ID:('gm', 4421)

Storyboard

$F_{prop}=\frac12\rho_{agua}(C_L\sin\alpha+C_D\cos\alpha)A_{mano}v_{mano}^2$

Variables

$C_D$

Coeficiente de arrastre mano

$1$

$C_L$

Coeficiente de sustentación mano

$1$

$\r ho_{agua}$

Densidad del agua

$kg/m³$

$v_{mano}$

Velocidad de la mano

$m/s$

$F_{prop}$

Fuerza propulsora

$N$

$A_{mano}$

Área efectiva mano/antebrazo

$m²$

$alpha$

Ángulo de ataque de la mano

$rad$

ID:('gm', 4422)

Storyboard

$v_{nado}=\sqrt{\frac{2F_{prop,media}}{\rho_{agua}C_{D,activo}A_{frontal}}}$

Variables

$C_{D,activo}$

Coeficiente de drag activo

$1$

$\r ho_{agua}$

Densidad del agua

$kg/m³$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

$F_{prop,media}$

Fuerza propulsora media

$N$

$A_{frontal}$

Área frontal corporal

$m²$

ID:('gm', 4423)

Storyboard

$\eta_{nado}=\frac{F_{prop}v_{nado}}{P_{mec,total}}$

Variables

$eta_{nado}$

Eficiencia propulsiva

$1$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

$F_{prop}$

Fuerza propulsora

$N$

$P_{mec,total}$

Potencia mecánica total

$W$

ID:('gm', 4424)

Storyboard

$P_{mec}=\frac{F_{prop}v_{mano}}{2}$

Variables

$v_{mano}$

Velocidad de la mano

$m/s$

$F_{prop}$

Fuerza propulsora

$N$

ID:('gm', 4425)

Storyboard

$F_{wave}=C_{wave}\rho_{agua}gL_{cuerpo}v_{nado}^2$

Variables

$C_{wave}$

Coeficiente de resistencia de ola

$1$

$\r ho_{agua}$

Densidad del agua

$kg/m³$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

$F_{wave}$

Resistencia de ola

$N$

$L_{cuerpo}$

Longitud característica corporal

$m$

$g$

Gravedad

$m/s²$

ID:('gm', 4426)

Storyboard

$Fn=\frac{v_{nado}}{\sqrt{gL_{cuerpo}}}$

Variables

$Fn$

Número de Froude

$1$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

$L_{cuerpo}$

Longitud característica corporal

$m$

$g$

Gravedad

$m/s²$

ID:('gm', 4427)

Storyboard

$P_{met}=\frac{F_{D,activo}v_{nado}}{\eta_{mec}}$

Variables

$eta_{mec}$

Eficiencia mecánica global

$1$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

$F_{D,activo}$

Fuerza de drag activo

$N$

$P_{met}$

Potencia metabólica

$W$

ID:('gm', 4428)

Storyboard

$IC=\frac{v_{nado}}{f_{brazada}}$

Variables

$f_{brazada}$

Frecuencia de brazada

$Hz$

$IC$

Índice de ciclo

$m/ciclo$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

ID:('gm', 4429)

Storyboard

$d_{brazada}=\frac{v_{nado}}{f_{brazada}}$

Variables

$f_{brazada}$

Frecuencia de brazada

$Hz$

$v_{nado}$

Velocidad de nado

$m/s$

$d_{brazada}$

Distancia por brazada

$m$

ID:('gm', 4430)

Storyboard

$F_{flot}=\rho_{agua}gV_{sum}$

Variables

$\r ho_{agua}$

Densidad del agua

$kg/m³$

$F_{flot}$

Fuerza de flotabilidad

$N$

$g$

Gravedad

$m/s²$

$V_{sum}$

Volumen sumergido

$m³$

ID:('gm', 4431)

Storyboard

$\theta_{cuerpo}=\arcsin\left(\frac{F_{flot}-Mg}{Ma_{ajuste}}\right)$

Variables

$M$

Masa nadador

$kg$

$F_{flot}$

Fuerza de flotabilidad

$N$

$a_{ajuste}$

Aceleración de ajuste postural

$m/s²$

$g$

Gravedad

$m/s²$

$ heta_{cuerpo}$

Ángulo de posición corporal

$rad$

ID:('gm', 4432)