Física & Natación: 2010

La primera acepción en el diccionario de la Real Academia Española sobre la palabra flotar dice: "Dicho de un cuerpo: sostenerse en la superficie de un líquido".

Podemos decir que existen dos clases de flotación: flotación dinámica y flotación estática. La primera se produce durante el desplazamiento en el agua, es decir, mientras se nada, pero también es flotación dinámica cuando no existe desplazamiento y se aplican determinadas fuerzas, como por ejemplo, los waterpolistas con movimientos de piernas o las nadadoras de natación sincronizada. La flotación estática se produce cuando no existe movimiento alguno. En este artículo hablaremos de la flotación estática.

Factores que determinan la flotación:

La densidad del agua:

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

La densidad del cuerpo:

El Principio de Arquímedes establece que cuando un cuerpo está total o parcialmente sumergido en un líquido en reposo experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desplazado. Por lo tanto si un cuerpo tiene una densidad relativa menor que 1, flotará, ya que el peso del objeto es menor que el agua desplazada.
El cuerpo humano puede alterar su densidad en función de la cantidad de aire albergada en sus pulmones, permitiendo que el peso del volumen de agua desalojado aumente o disminuya en relación al peso del cuerpo en su conjunto. En inspiración, el peso específico del cuerpo humano suele ser menor que 1, por lo tanto el cuerpo flotará; mientras que en espiración el peso especifico suele ser mayor que 1, por lo tanto el cuerpo no flotará.

El equilbrio en la flotación:

Según el principio de Arquímedes, sobre un cuerpo sumergido en el agua actúan dos fuerzas: la fuerza de la gravedad o peso y la fuerza de flotación o empuje.

Para que un cuerpo quede en equilibrio estático, dichas fuerzas deberán de contrarrestarse, de lo contrario el cuerpo se hundirá o rotará hasta encontrar un equilibrio (figuras A de las imágenes 1 y 2).

El punto de aplicación de estas dos fuerzas sobre el cuerpo humano es distinto, debido al reparto no homogéneo de masas. En posición horizontal, generalmente, el punto de aplicación del centro de gravedad (CG) se sitúa más bajo que el punto de aplicación del centro de flotación (CF), ( imagen 1).
Partiendo de esta base, podemos decir que se han de cumplir dos condiciones para que el cuerpo queda en equilibrio:

Que la resultante de las fuerzas aplicadas sea igual a cero (∑F = 0), es decir, que el Empuje sea igual al Peso (P=E), (figuras B de las imágenes 1 y 2). En este punto influye la densidad del agua y la densidad del cuerpo, parámetros de los que ya hemos hablado.
Que la resultante de los momentos de las fuerzas aplicadas sea también cero, es decir, que el empuje y el peso tengan la misma línea de aplicación (figuras B de las imágenes 1 y 2), de lo contrario la resultante no será nula, produciéndose un movimiento rotatorio (figuras A de las imágenes 1 y 2), hundiéndose la parte mas pesada, generalmente las piernas, hasta que el centro de gravedad y el centro de flotación se hallen en la vertical.

El centro de gravedad o centro de masa del cuerpo humano no es un punto fijo, sino que puede variar su posición de una persona a otra dependiendo de la constitución física, la edad y el sexo. Pero también varía en una persona cuando la disposición de los segmentos cambia, como al caminar, al correr, sentarse, o simplemente levantar los brazos en posición horizontal con respecto al suelo (imagen 3). Si la proyección del centro de gravedad cae dentro de la base de sustentación, se puede decir que el cuerpo está en equilibrio, por el contrario cuando el CG cae afuera de ésta el cuerpo pierde el equilibro.
Lo mismo sucede en el medio acuático pero con la salvedad de que la base de sustentación (superficie de apoyo) no es el suelo sino el agua.

Ya hemos mencionado que la densidad media de un cuerpo humano es ligeramente inferior al a la densidad del agua, y por lo tanto la mayoría de personas flotan en el medio acuático.
Sin embargo, muchas veces ocurre que las extremidades inferiores tienden a permanecer en una posición determinada o tienden a adquirir la posición en donde la parte más densa queda hacia abajo (imagen 1, figura A). Esta situación sigue siendo un estado de flotación si se mantiene en la superficie o dentro del agua sin irse al fondo.
Para conseguir una flotación más horizontal podemos desplazar las extremidades superiores hacia arriba (imagen 1, figura B). Esto se debe a que la posición de equilibrio está determinada por la posición relativa del centro de gravedad o peso y del centro de flotación o empuje. Este cambio de posición de los segmentos corporales provoca un desplazamiento de la posición del centro de gravedad hasta que ambos puntos de aplicación se hallen en la vertical.

El sexo:

Como todos sabemos la grasa flota sobre el agua. Esto es fácilmente comprobable echando un poco de aceite en un vaso de agua.
La composición media corporal de las mujeres contiene un porcentaje mayor de agua y de tejido adiposo acumulado de manera natural en pechos y caderas con respecto a los hombres. Por esta razón, y siempre generalizando, las mujeres flotan con mayor facilidad que los hombres.
Por otro lado, en el cuerpo humano los únicos materiales que no flotan en el agua de forma aislada son los dientes, los huesos y los músculos. Esto se debe, como ya hemos explicado, a que su peso específico es superior a 1.
El peso medio de músculos y huesos de un hombre es superior al de las mujeres por lo que la tendencia de los hombres es flotar menos que las mujeres

La edad:
la mayoría de los niños y los jóvenes tienen una mayor dificultad a la hora de flotar en posición horizontal. Esto es debido a la escasez relativa de tejido adiposo y el mayor peso de las piernas ocasionado por la musculatura.

La edad:

la mayoría de los niños y los jóvenes tienen una mayor dificultad a la hora de flotar en posición horizontal. Esto es debido a la escasez relativa de tejido adiposo y el mayor peso de las piernas ocasionado por la musculatura.

La raza:

Se puede decir que en igualdad de edad y sexo, las personas de la raza negra tienen más masa ósea y mayor volumen muscular que las de la raza blanca o amarilla, motivo por el cual estas personas encuentran, de forma generalizada, una dificultad añadida para flotar sobre el agua.
Este hecho es curiosamente apreciado en las grandes competiciones de natación, en las que apenas participan nadadores de raza negra.

La presión atmosférica:

Las razones principales para la flotación consisten en que el cuerpo humano tiene su peso especifico superior al agua. Este peso específico varía con la cantidad de aire que se tenga en los pulmones y según el peso de cada persona. Si los músculos están relajados y respiramos normalmente, la flotación es posible.

El somatotipo:

Cada individuo tiene una constitución física singular que le hace diferente a los demás, la cual está determinada tanto por la genética como por el medio ambiente. Sin embargo, existen unas características físicas generales para clasificar estas diferencias. Dependiendo de estas características una persona puede flotar mejor que otra.

El somatotipo es un sistema utilizado en antropometría diseñado para clasificar el tipo corporal o físico. El somatotipo es utilizado para estimar la forma corporal y su composición, principalmente en atletas. Lo que se obtiene, es un análisis de tipo cuantitativo del físico. Este método tiene sus limitaciones, ya que solamente nos da una idea general del tipo de físico, sin ser preciso en cuanto a segmentos corporales y/o distribución de los tejidos de cada sujeto, además la mayoría de las personas son una mezcla entre dos de los somatotipos fundamentales. En términos generales, se observan tres somatotipos fundamentales o variedades del físico humano, mesoformo, ectomorfo y endomorfo.

Las personas bajo el somatotipo endomorfo poseen preponderancia de grasa, caracterizados por tener un abdomen protuberante, un pecho relativamente más pequeño, y extremidades relativamente cortas.
El mesomorfo es el biotipo más atlético, se caracteriza por poseer grandes masas musculoesqueléticas. Sus estructuras óseas son grandes y prominentes.
Los individios ectomorfos son comunmente altos, delgados y con reducida grasa corporal. Poseen extremidades largas, tronco corto, poco desarrollo musculoesquelético y un metabolismo rápido.

Por lo tanto, se puede decir que una persona endomórfica, al poseer un mayor volumen de tejido adiposo flotará mejor que una persona mesomórfica o ectomórfica. Así mismo, una persona ectomórfica tendrá mayor dificultad para flotar ya que carece de grasa corporal y posee un mayor volumen óseo.

Por último destacamos que la densidad del elemento en que nos movemos también ejerce una resistencia al avance, esto es de destacar en las competencias deportivas de natación.

El estilo empleado y el perfil agudo también son fundamentales para lograr desplazarse rápidamente y con el menor gasto de energía.

Bibliografía:

Windows to the Universe de University Corporation for Atmospheric Research (UCAR)
"Biomecánica de la natación" - Klaus Reischle - Edit. Gymnos - Madrid, 1993.
"Moverse en el agua" - Carles Jardí Pinyol - Edit. Paidotribo - Barcelona, 1998.
www.fisicanet.com.ar
www.monografias.com