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18/9/2010 - DJ:

Física atlética 2: lanzamiento de peso

T.E.L: 6 min. 49 seg.


¿Si tuviéramos que lanzar un objeto a gran distancia, sólo con la fuerza de nuestro cuerpo, qué tendríamos que tener en cuenta? El lanzamiento de la bala y disco nos dará algunas ideas. Pero ¿qué decir del ángulo óptimo?


Debo decir, ante todo, que los deportes no son mi fuerte. Sin embargo, sí lo son para una gran cantidad de personas. Es por eso que creo oportuno abordar estos temas que pueden ser de interés, incluso para aquellos no particularmente interesados en física.

Ya hablamos aquí algo de Física Atlética en una edición anterior del Carnaval. La idea no es ser sumamente detallista, sino dar alguna idea de cómo el estudio de la física puede ayudar a entender y a mejorar la realización de los deportes. Los deportistas atléticos, de alto nivel, no desechan en absoluto estos aportes teóricose.

En este caso hablaremos del lanzamiento. Especialmente el lanzamiento de peso, pero puede aplicarse a otras disciplinas deportivas, incluso al tenis (en el que también se lanza, al sacar).
Aquí hay una serie de movimientos a considerar, pero nos ocuparemos del movimiento del brazo. Sabemos que lanzar un objeto o moverlo de su lugar, debemos hacer fuerza. Este concepto fue desarrollado por Isaac Newton.

Lanzamiento inclinado
Si imaginamos un cuerpo o una partícula que se lanza a una velocidad inicial V0 (habría que dibujar arriba un vector), formando un ángulo a con la horizontal, la posición de dicho cuerpo cambiará por la atracción gravitatoria (a menos que sea lanzado a más de 11 km/s!).
Por ende, no se trata de un movimiento rectilíneo uniforme de velocidad constante y la trayectoria será una parábola.

Para entender la física básica de este movimiento podemos consultar por ejemplo, la página de RENA sobre Lanzamiento inclinado.

También es muy recomendable la web de física con ordenador de Ángel Franco García. Y en este tema en particular un sitio interesante es http://www.sportsscientists.com/.

El ángulo de lanzamiento
Habrá que considerar entonces que habrá que mover nuestro cuerpo, que tiene una determinada masa, para que adquiera una determinada velocidad y nos permita arrojar lo más lejos posible el objeto.
Pero, ¿qué decir del ángulo? Es decir, nuestro brazo, al realizar el lanzamiento, estará ¿a cuántos grados en relación con la horizontal?
¿Qué pasaría si lanzamos una pelota con el brazo a 90º? Podría ir muy lejos, pero sólo hacia arriba, aunque lo que queremos es que vaya lejos, pero hacia adelante. Surge entonces que el ángulo de 45º podría ser una buena solución.

Sin embargo, un reciente trabajo revela que el un ángulo un poco menor, de entre 37º y 38º sería mejor. Me quiero detener en este punto por dos razones principales:
Todo el movimiento del atleta posee consideraciones relacionadas con la física y la biomecánica, pero el tema del ángulo (menor a 45º) me parece particularmente interesante.
Además, ese y otros temas pueden ser abordados, junto con la física y la biomecánica, con modelos computacionales. Así como habrá lectores interesados en los deportes, seguramente también están los que les interesa la informática. Y el campo de los modelos o simulaciones por ordenador permite conjugar todo: física, deportes y computadoras.

La investigación sobre el ángulo óptimo fue desarrollada por Alexander Lenz y Florian Rappl, ambos de universidades alemanas. Según los autores del paper "The optimal angle of Release in Shot Put" determinaron el ángulo óptimo en el lanzamiento teniendo en cuenta que aunque los libros de texto señalan un valor de 45º, las mediciones en los atletas top indican que lo hacen a 37-38º. Si se incluye la altura del atleta, la teoría predice que el ángulo ideal sería de 42º para los parámetros típicos de un gran atleta. Pero según ellos, considerando la velocidad inicial, el ángulo de liberación y la altura, se entienden las mediciones de los grandes atletas y su no coincidencia con el valor de los textos.
Ecuaciones básicas movimientoEcuaciones de movimiento básicas que llevan a concluir que el ángulo de lanzamiento debería ser de 45º. Crédito:Lenz-Florian


Además de ese estudio, muchos otros han abordado la temática desde diversos ángulos, justamente. El análisis biomecánico de los deportes y deportistas de alto nivel produce resultados muy interesantes.
Existe una herramienta de software para simular eventos, como el usado por Ariel Gideon, del Instituto de Biomecánica de California. En su artículo "Biomechanical Analysis of the Shot-Put Event at the 2004 Athens Olympic Games" se hace un análisis de lanzamiento de peso en los Juegos de Atenas 2004 usando la estadística brindada por varias cámaras y el software de Ariel Performance Analysis System (APAS).
Ese y otros artículos relacionados se pueden encontrar en http://sportsci.com/start/apas/studies/

Los récords actuales ponen a Randy Barnes al tope de la lista con 23,12 metros, aunque en 2004 se destacó Yuriy Bilonog.

Aquí vemos la Tabla 1 del trabajo de Gideon en el que se representan los parámetros físicos de los mejores tres tiros. La última columna indica el ángulo de liberación del lanzamiento, todos ellos a menos de 45º.

Tabla 1


Se pueden encontrar videos de análisis biomecánico de aquellos juegos en
http://www.macrosport.com/media/?video=1160.

En el trabajo de los investigadores alemanes se alude a una investigación de 1976 de Lichtenberg y Wills que se usó como base e investigaron los efectos de la resistencia del aire. Encontraron que en el caso del lanzamiento, la resistencia contribuye de forma negligible.
Si se conoce la velocidad inicial (v), la altura de liberación (h) y el ángulo (a), los resultados obtenidos son casi exactos. Usaron una computadora para determinar gráficamente la trayectoria del lanzamiento para un conjunto de v, h y a.
Se incluyeron tres correlaciones:
El ángulo depende de la altura del disparo
El ángulo depende de la fuerza del atleta
El ángulo depende de la velocidad inicial (debido al efecto de la gravedad durante el período de liberación).
Las tres correlaciones fueron discutidas por investigadores previos.

En sus conclusiones los investigadores dicen:
La dependencia entre la altura de liberación con el ángulo es una relación geométrica. Este efecto favorece valores más altos para el ángulo óptimo.
La energía que el atleta puede transmitir al lanzamiento es dividida en una parte cinética y una parte de energía potencial. Este efecto favorece valores menores para el ángulo óptimo.
La fuerza que el atleta puede ejercer al lanzamiento depende también del ángulo de liberación. Este efecto favorece valores menores para el ángulo.
El tercer efecto depende de cada atleta individual.

Esto significa que no hay un ángulo óptimo universal, sino que las condiciones físicas de cada atleta deben ser tenidas en cuenta. Y eso es justamente lo que ocurre, si tenemos en cuenta lo que realmente pasa en las competencias internacionales con los lanzadores de mejor nivel.

El lanzamiento Argentino
Dado que escribo estas líneas a 34,5º de Latitud Sur, me resultó interesante saber cómo andamos en casa.
Germán Lauro, atleta argentino, nacido en Trenque Lauquen en 1984, alcanzó este año en el Campeonato Ibero-Americano de San Fernando, la marca de 20.43 m (segundo lugar), detrás del portugués Marco Fortes (20.69).

El 6/9 a las 11:00, gracias a la gestión de un amigo oriundo de Trenque Lauquen, pude contactar con Germán Lauro.
Según Germán, las tres variables que consideran los atletas de esta disciplina son la velocidad, la altura (a la que se libera el elemento) y el ángulo de lanzamiento.
Pero indicó que, además, cada atleta tiene su propia técnica, adaptada a su físico, en relación con su fuerza (masa corporal) y altura.
Me habló de las dos técnicas más utilizadas (una rectilínea y otra rotacional), indicándome que los que no son tal altos (Germán mide 1,84 mts) optan usualmente por la segunda.
Quisiera agregar que Lauro figura entre los atletas argentinos más destacados y, sin embargo, me atendió con muchísima cordialidad, incluso teniendo en cuenta que lo molestaba alguien de un blog y no de un medio nacional importante. Estuvimos conversando largos minutos en los que demostró saber sobre la incidencia de la física en su especialidad, aunque hizo hincapié en que, al final, las características propias del deportista (y mucha, mucha práctica) son los elementos diferenciadores.
Le agradezco a Lauro su amabilidad y el hacernos quedar tan bien a nivel deportivo internacional.

Y el Español
No podemos dejar de mencionar al español Manuel Martínez, cuyo completo sitio personal señala su amplio palmarés. Allí dice:

El peso es una modalidad del Atletismo que consiste en lanzar una bola de acero de 7.260kg (4kg para las mujeres) lo más lejos posible. Es una prueba de velocidad explosiva. Es una modalidad engañosa, donde un atleta muy fuerte, y poco rápido, no tiene nada que hacer. A mí me gusta pensar que esta pieza de siete kilos es una bala de cañón, como dicen los que estudiaron el origen de la especialidad.


Conclusión
Si bien las características físicas de cada atleta y, por supuesto, la práctica de los movimientos específicos a través de diferentes técnicas, influyen decididamente en el desempeño atlético, no podemos minimizar la importancia de la física.
En definitiva, se trata de cuerpos físicos vivos, lanzando otros objetos en un mundo regido por leyes de la naturaleza que se conocen bastante bien.
Entender el detalle de la física implica les permite a los entrenadores dar mejores consejos a sus entrenados, para que optimicen sus recursos.
Se trata, además, de una especialidad olímpica que ha sido documentada en videos que pueden utilizarse para realizar análisis biomecánicos a través de software especializado. Esto permite hacer algo de "ingeniería inversa", es decir, entender por qué los mejores atletas se mueven como lo hacen, al margen de los teóricamente predicho.

Ojalá esta entrada genere mayor interés en la física a aquellos que les interesa el deporte, o bien impulse la curiosidad de los informáticos en el desarrollo de aplicaciones de análisis biomecánico.
En definitiva, estoy lanzando al ciberespacio una bola con un ¿ángulo óptimo? para generar interés.

Nota escrita para el XI Carnaval de la física, en esta edición hospedado por El Neutrino. Para unirse y leer las entradas existe una red social en Ning.



Fuentes y links relacionados

Sobre las imágenes
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