Natación.
Técnica,
entrenamiento
y competición
Dr. Ernest W. Maglischo
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Título original: Swimming fastest
Copyright de la edición original: © 2003 by Ernest W. Maglischo
Traducción: Diane Schofield
Revisión técnica: Moisés Gosálvez
Diseño cubierta: Rafael Soria
© 2009, Ernest W. Maglischo
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Primera edición
ISBN: 978-84-8019-045-9
ISBN EPUB: 978-84-9910-138-5
Fotocomposición: Editor Service, S.L.
Diagonal, 299 – 08013 Barcelona
Impreso en España por Sagrafic
Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo públicos.
Este libro está dedicado a mi esposa, Cheryl.
Fue el amor de mi vida, y se fue demasiado pronto.
Cheryl me dio el amor y el apoyo
que me inspiraron para escribir este libro
y para lograr todos los demás éxitos de mi vida.
Prefacio
Primera parte - La técnica
1. Cómo aumentar la propulsión
2. Reducir la resistencia
3. Directrices para aumentar la propulsión y reducir la resistencia
4. El estilo libre
5. Mariposa
6. Espalda
7. Braza
8. Salidas, virajes y llegadas
Segunda parte - El entrenamiento
9. Las respuestas fisiológicas al entrenamiento
10. El metabolismo de la energía y el rendimiento en la natación
11. Los beneficios del entrenamiento para el rendimiento
12. Los principios del entrenamiento
13. El entrenamiento de resistencia
14. Entrenamientos de velocidad, a velocidad competitiva y de recuperación
15. El entrenamiento para diferentes pruebas competitivas
16. El seguimiento del entrenamiento
17. La planificación de la temporada
18. La puesta a punto
19. El sobreentrenamiento
Tercera parte - La competición
20. La frecuencia y la longitud de brazada
21. Escoger el ritmo y la estrategia apropiados
22. El calentamiento y la vuelta a la calma
Bibliografía
Índice alfabético
Acerca del autor
Cuando se publicó la primera edición en inglés de este libro Swimming fastest en 1982, sentí tanto regocijo como humildad con motivo de su acogida en el mundo de la natación. Experimenté las mismas emociones cuando salió la segunda edición en 1993 y fue seleccionada como el mejor manual sobre la natación competitiva por los miembros de la federación estadounidense de natación US Swimming (ahora conocida como USA Swimming). Hoy en día la investigación avanza a un ritmo increíblemente veloz por lo que existe mucha información nueva para merecer otra edición.
Aunque se ha revisado y actualizado la información, el objetivo no ha cambiado: aplicar la información científica al proceso de entrenamiento para que los entrenadores puedan entrenar a sus nadadores con más efectividad y los nadadores dedicados puedan mejorar su rendimiento. Me he esforzado para comunicar no sólo el cómo sino también el por qué del entrenamiento. Espero que los entrenadores y atletas utilizarán Natación. Entrenamiento, técnica y competición, traducción de la última edición en inglés en Swimming fastest, para instruirse en los campos de la hidrodinámica y de la fisiología del ejercicio y poder evaluar los conceptos actuales y futuros del entrenamiento y de la mecánica de los estilos. Mi objetivo es proporcionar una referencia a todos los elementos de la natación competitiva. No pretendo que se lea el libro de la primera a la última página, sino que espero que sirva como una fuente de información que los entrenadores pueden bajar de la estantería para investigar un tema que les interesa en ese momento.
Natación. Entrenamiento, técnica y competición se divide en tres partes. La primera parte trata de las técnicas de la natación competitiva y la segunda parte trata del entrenamiento. La tercera parte versa sobre los temas que pertenecen específicamente a la competición y las pruebas.
Considero la primera parte la más importante de esta nueva edición porque contiene mucha información reciente. Ha habido varios avances desde la publicación de la última edición, de los cuales el más importante es la reevaluación del papel desempeñado por las fuerzas de sustentación en la propulsión del nadador. La investigación reciente sugiere que los nadadores no utilizan los miembros como si tuvieran un perfil de ala ni como paletas de hélice para aplicar las fuerzas propulsoras, sino que pueden estar utilizándolos como palas para empujar el agua hacia atrás con una trayectoria diagonal. Estos hallazgos de la investigación me hicieron reevaluar mis propias creencias en cuanto a la base física de la propulsión en la natación y las técnicas utilizadas por los nadadores para aplicar la fuerza propulsora. Ahora creo que parte de la información que presenté acerca de la mecánica de los estilos en las ediciones anteriores fue incorrecta. Mi principal propósito en esta nueva edición es corregir esta información.
Para ayudar a ilustrar la técnica correcta, la primera parte incluye un gran número de fotografías secuenciales de los estilos competitivos, salidas y virajes. En la mayoría de los casos, las fotografías son nuevas en esta edición y muestran a nadadores de la élite mundial. Se han incluido también en esta edición nuevos dibujos para ilustrar los componentes importantes de estas destrezas. Sin embargo, al igual que en las ediciones anteriores, cada capítulo sobre el estilo competitivo, junto con el capítulo sobre salidas y virajes, contiene secciones sobre fallos comunes en los estilos y ejercicios para corregirlos.
La segunda parte cubre el proceso del entrenamiento en detalle. A diferencia de la mecánica de los estilos, las teorías sobre el entrenamiento no han cambiado mucho desde la edición anterior de este libro. El umbral anaeróbico sigue siendo el concepto crucial alrededor del que se planifica el entrenamiento. Sin embargo, hace falta revisar algunos aspectos de este concepto. Por ejemplo, el umbral anaeróbico no representa la velocidad de entrenamiento más eficaz para mejorar la resistencia aeróbica. Es sólo una de las muchas velocidades diferentes que deben utilizarse. Existen razones convincentes por las que los nadadores deben entrenarse frecuentemente a velocidades que sean mayores y menores que las del umbral anaeróbico. En esta edición se presenta por primera vez una explicación de los efectos de varias velocidades de entrenamiento sobre las fibras musculares de contracción rápida y las de contracción lenta.
Otro aspecto que necesita estudiarse en más profundidad es la relación entre el entrenamiento de resistencia y el de velocidad. Estos dos tipos de entrenamiento producen efectos antagónicos, en cuanto el entrenamiento de resistencia tiende a reducir la velocidad, y el entrenamiento de velocidad tiende a reducir la resistencia. Se deben equilibrar los efectos con mucha precisión de manera que los nadadores utilicen la combinación óptima de los dos para lograr el mejor rendimiento posible en la carrera. Se habló sobre la posible relación antagónica del entrenamiento de resistencia con el de velocidad en la edición anterior de este libro, pero había pocas investigaciones sobre este tema en aquel momento. Nuevas investigaciones importantes definen ahora esta relación con más precisión. Una característica destacada de esta edición será presentar estos estudios y sugerir sus implicaciones para el entrenamiento. La segunda parte también contiene muchos gráficos y figuras que ilustran y resumen la información más importante.
Al igual que en las ediciones anteriores, he evitado cuidadosamente presentar la información sobre el entrenamiento en formato de “recetario”. Existen todavía demasiadas áreas en las que predominan las preguntas en lugar de las respuestas. En lugar de esto, he tratado de indicar las preguntas y presentar ambos lados del tema para que los lectores puedan sacar sus propias conclusiones y desarrollar sus propios planes innovadores de entrenamiento.
Los temas presentados en la tercera parte tratan de la competición y de las pruebas. La información acerca de la selección del ritmo, la estrategia, las frecuencias de brazada y el calentamiento no ha cambiado, pero ha sido actualizada desde la última edición.
Espero que este libro sea tan bien acogido como las ediciones anteriores. También espero que la información presentada ayude a los nadadores a seguir mejorando durante muchos años.
La natación competitiva es un deporte único. Los atletas compiten suspendidos en un medio líquido y deben propulsar su cuerpo haciendo fuerza contra el líquido en lugar de sustancias sólidas, lo que implica dos importantes desventajas en comparación con los deportes practicados en tierra. La primera es que el agua ofrece menos resistencia a los esfuerzos propulsores de los nadadores que, por ejemplo, la tierra contra la que hacen fuerza los corredores. La otra es que el agua, a causa de su mayor densidad, ofrece una resistencia considerablemente aumentada al avance de los nadadores comparada con la ofrecida por el aire a los atletas en tierra. Por éstas y otras razones, las aplicaciones normales de los principios del movimiento no siempre se aplican a la natación de la misma manera que se asignan a los deportes practicados en tierra, lo que ha dificultado la identificación de los principios físicos que deben aprovechar los nadadores para propulsar el cuerpo a través del agua con mayor eficacia.
Como consecuencia, se han presentado varias teorías diferentes sobre la propulsión en la natación. Se presenta un análisis de dichas teorías en el capítulo 1. Aunque nuestra comprensión de la propulsión en la natación no es completa ni mucho menos, creo que la información presentada en el primer capítulo de esta edición nos acerca más que nunca a comprender los mecanismos de la propulsión en la natación humana mientras que, al mismo tiempo, corrige algunas de mis interpretaciones anteriores sobre los mismos.
El capítulo 2 trata de la resistencia del agua y su efecto negativo sobre el movimiento hacia delante. Los tipos de resistencia que ofrece el agua y que deben combatir los nadadores se describen en este capítulo junto con las técnicas que pueden emplearse para reducirlos.
En el capítulo 3 he tratado de utilizar la información presentada en los primeros dos capítulos para describir las técnicas de brazada y batido comunes a todos los estilos competitivos. La información presentada en los primeros dos capítulos se ha empleado para desarrollar pautas para lograr brazadas y batidos eficaces en todos los estilos de natación.
En los cuatro capítulos siguientes se describen las técnicas de los estilos de la natación competitiva. El crol, comúnmente llamado estilo libre, es el tema del capítulo 4, seguido de una descripción del estilo mariposa en el capítulo 5, espalda en el capítulo 6 y braza en el capítulo 7. Las salidas, los virajes y las llegadas se describen en el capítulo 8, el último de la primera parte.
Gran parte de las investigaciones citadas en los capítulos 1, 2 y 3 se centran en el concepto de movimiento relativo. La explicación de dicho concepto puede ayudar a comprender las implicaciones de dichas investigaciones.
Es difícil medir las fuerzas ejercidas por los nadadores contra el agua mientras se desplazan. Por lo tanto, gran parte de la investigación relacionada con la propulsión en la natación humana ha sido realizada con modelos de escayola de las manos y de los brazos de los nadadores que han sido suspendidos en canales de viento y de agua. Los modelos permanecen estacionarios mientras que fluye el agua o el aire impulsado por algún dispositivo motorizado. Existen varias razones por las que dicho método es válido.
Tanto el aire como el agua se clasifican como fluidos. Por consiguiente los principios físicos que se aplican al uno también se aplican a la otra, aunque el agua es considerablemente más densa que el aire. Además, dado que la diferencia entre la velocidad de los objetos y la del agua es igual si los objetos se desplazan en el fluido o se desplaza éste, las fuerzas ejercidas por los fluidos sobre los objetos estacionarios suspendidos en ellos serán las mismas que las ejercidas por los objetos que se desplazan a la misma velocidad por los fluidos estacionarios. Por lo tanto son relativos los unos respecto a los otros.
Los científicos han hecho muchos hallazgos importantes estudiando los modelos a escala de objetos en túneles de viento o canales de agua. De hecho, éste fue el método utilizado por los hermanos Wright para estudiar el potencial de las formas de ala para volar.
Figura I.1. Trayectorias de la brazada del estilo libre vistas desde un lado (a) y de frente (b) dibujadas en relación con un punto fijo de la piscina.
Utilizaré diversos gráficos para ilustrar varios aspectos de la propulsión en la natación. Los dos que utilizo con más frecuencia son trayectorias de brazada y patrones de la velocidad del cuerpo.
Tradicionalmente se han elaborado las trayectorias de brazada punteando el movimiento del dedo corazón durante los movimientos subacuáticos de la brazada. Dichas trayectorias pueden presentarse desde dos puntos de vista. El primero es relativo a un punto fijo de la piscina. Este método ilustra las direcciones y distancias relativas verdaderas que las manos recorren al ejecutar la brazada. La ilustración en la figura I.1 muestra las vistas lateral y frontal de las trayectorias de brazada en el estilo libre.
Las direcciones son trayectorias circulares tridimensionales complejas. Desafortunadamente, estas trayectorias sólo pueden ilustrarse en dos dimensiones en la página impresa. Por lo tanto, una trayectoria de brazada debe ilustrarse desde por lo menos dos puntos de vista diferentes para que puedan verse los tres componentes direccionales. Por ejemplo, en la figura I.1 los componentes vertical (hacia arriba / hacia abajo) y horizontal (hacia delante / hacia atrás) del movimiento pueden discernirse desde la vista lateral de la trayectoria, mientras que el componente lateral (hacia dentro / hacia fuera) puede observarse en la trayectoria de la vista frontal. Sólo necesitas combinar ambas vistas en la mente para visualizar la naturaleza tridimensional real de los movimientos de la mano durante las varias fases de la brazada subacuática.
El segundo método para ilustrar las trayectorias de la brazada se basa en los movimientos de las manos y de los brazos relativos al cuerpo. Ilustraciones de este tipo presentan los movimientos de los brazos como si estuviesen desplazándose en relación con un cuerpo estacionario. En realidad, por supuesto, el cuerpo también se está desplazando hacia delante, dejando la mano atrás, cuando la mano y el brazo se están moviendo diagonalmente hacia atrás dejando el cuerpo por delante. El valor de ilustrar una trayectoria de brazada relativa al cuerpo reside en su uso como ayuda didáctica. La mejor manera para los nadadores de aprender los movimientos correctos de brazos y manos es desplazándolos de un punto a otro relativo al cuerpo durante las varias fases de cada brazada subacuática (es decir, atrayendo la mano por debajo del pecho, empujándola hacia fuera y arriba hacia el muslo, etc.).
Los patrones de la velocidad de avance ilustrados en los siguientes capítulos muestran los cambios en la velocidad de avance del centro de masas de los nadadores durante un ciclo completo de brazada. Los gráficos de este tipo ilustran la naturaleza propulsora de cada fase del ciclo, específicamente si los nadadores están acelerando o desacelerando y por cuánto. Este gráfico es unidimensional ya que ilustra sólo la velocidad de avance. El cuerpo también se estará moviendo hacia arriba y hacia abajo y de lado a lado durante cada ciclo de brazada, pero no se representan estas velocidades. Un ejemplo de los gráficos de velocidad de las manos y del cuerpo para nadadores del estilo libre se muestra en la figura I.2.
También están incluidos en los gráficos de velocidad los patrones de velocidad de las manos, que se dibujan según la velocidad del dedo corazón durante la brazada subacuática. Los gráficos ilustran los cambios de la velocidad de las manos y su relación con la velocidad de avance durante la brazada subacuática. A diferencia de los patrones de velocidad del cuerpo, los patrones de velocidad de las manos son de naturaleza tridimensional. No representan la velocidad en ninguna dirección particular, es decir, hacia delante o hacia atrás, sino que son la suma algebraica de los movimientos de las manos en todas las direcciones durante una fase particular de la brazada. Por ejemplo, el valor de la velocidad de las manos durante la última parte del movimiento hacia dentro es una combinación de las velocidades de las manos en las direcciones hacia dentro, hacia arriba y hacia atrás.
Espero que esta información dé más significado al contenido de los capítulos que conforman la primera parte. Dicho esto, quiero continuar con el capítulo 1 para hablar sobre las diferentes teorías de la propulsión en la natación.
Figura I.2. Patrones de velocidad para las manos y el cuerpo en el estilo libre.
Cuando se publicó la primera edición de este libro en inglés a principios de los ochenta, yo creía que el efecto Bernoulli, que explicaré más adelante, producía las fuerzas de sustentación que eran las principales responsables de la propulsión en la natación. En aquella edición sugerí una mecánica para los cuatro estilos competitivos que implicaba movimientos tridimensionales de remada en los que los nadadores utilizaban los miembros como objetos con perfil de ala para maximizar la producción de dichas fuerzas de sustentación.
Todavía mantenía la opinión de que las fuerzas de sustentación representaban un mecanismo propulsor importante cuando se publicó la segunda edición en inglés a principio de los noventa. Para entonces, sin embargo, había llegado a dudar de que el efecto Bernoulli fuera responsable de dichas fuerzas de sustentación, y sugerí en su lugar que el tercer principio del movimiento de Newton, el de la acción y reacción, era el principio físico más importante responsable de la propulsión en la natación. Había llegado a creer, inequívocamente, que los nadadores tenían que empujar el agua hacia atrás para desplazarse hacia delante. Sin embargo, seguía creyendo que los nadadores estaban remando sus miembros por el agua como objetos con perfil de ala para propulsar el cuerpo hacia delante. La diferencia era que creía que dichos movimientos de remada estaban desplazando el agua hacia atrás en lugar de utilizar el mecanismo de Bernoulli para crear fuerzas de sustentación.
Hoy en día estoy más convencido que nunca de que el tercer principio del movimiento de Newton es el mecanismo de propulsión más importante en la propulsión de la natación humana. Sin embargo, ya no creo que los nadadores remen con sus miembros por el agua como objetos con perfil de ala para producir dicha propulsión. Ahora creo que utilizan sus miembros como palas para empujar grandes cantidades de agua hacia atrás y desplazarlas una distancia corta. Sigo creyendo que la propulsión en la natación se produce mediante una combinación de fuerzas de sustentación y de arrastre, pero ahora sugiero que los nadadores producen estas fuerzas utilizando sus miembros como palas y no como objetos con perfil de ala.
Aunque los términos de sustentación y arrastre son familiares para los nadadores, puede que algunos lectores no comprendan todas sus implicaciones. Por lo tanto, quiero definirlos antes de proseguir.
Arrastre es el término utilizado para identificar la resistencia del agua a los movimientos del nadador que se desplaza a través de ella. El agua tiene densidad porque está formada por billones de moléculas de hidrógeno y oxígeno. Por lo tanto, al igual que el aire, se clasifica como un semisólido. Sin embargo el agua, dado que es 1.000 veces más densa que el aire, ofrece una resistencia significativamente mayor a los movimientos del nadador. Esta resistencia es causada por la diferencia en la presión del agua delante y detrás del nadador. Los objetos tienden a ser empujados desde zonas de alta presión hacia zonas de baja presión. Por consiguiente si la presión del agua por delante del nadador es mayor que la presión por detrás, su velocidad de avance será reducida a no ser que pueda superar la presión añadida ejerciendo mayor fuerza. La reducción de la velocidad será directamente proporcional a la magnitud de la diferencia de presión entre el agua que está por delante y el agua que está por detrás.
La fuerza de arrastre se ejerce siempre en la dirección opuesta a la dirección del movimiento. En otras palabras, es una fuerza que se opone al movimiento de un objeto. Normalmente pensamos en el arrastre como algo negativo, una fuerza que nos impide avanzar. Es cierto que las fuerzas de arrastre pueden reducir la velocidad de natación cuando la resistencia del agua impide que el nadador avance. Sin embargo, el arrastre también puede ser propulsor. Los nadadores pueden acelerar el cuerpo hacia delante empujando sus miembros hacia atrás contra la resistencia del agua, de la misma forma que los corredores propulsan su cuerpo hacia delante empujando hacia atrás en el suelo. Por supuesto la diferencia principal es que el agua, siendo un fluido, cede cuando los miembros la empujan, mientras que el suelo no. Por lo tanto la propulsión en la natación es mucho menos eficaz que la propulsión en la tierra. El cuerpo no acelera hacia delante tan rápidamente ni cubrirá tanto espacio cuando los nadadores empujan hacia atrás contra el agua como lo que ocurre con el cuerpo de un corredor.
Para facilitar la comunicación, voy a dividir el concepto único de la fuerza de arrastre en dos tipos. Las fuerzas de arrastre que retienen a los nadadores se llamarán arrastre resistivo y las fuerzas de arrastre que aceleran a los nadadores hacia delante se llamarán arrastre propulsor.
La fuerza de sustentación se ejerce perpendicularmente a la fuerza de arrastre. Tiene que estar presente la fuerza de arrastre antes de que se pueda producir la de sustentación. La sustentación, como el arrastre, es causada por diferencias en la presión entre dos lados de un objeto. Sin embargo, en lugar de resistirse al movimiento de un objeto, la fuerza de sustentación empuja el objeto en la dirección en que se ejerce. La figura 1.1a ilustra una manera en la que un aumento de la presión por debajo de un objeto con perfil de ala puede producir sustentación. En esta ilustración, un objeto con perfil de ala se está desplazando de derecha a izquierda por el agua en la dirección de la flecha dibujada en él. La diferencia de presión entre el agua delante del objeto, donde es mayor, y detrás del objeto, donde es menor, crea una fuerza de arrastre opuesta al movimiento del objeto. La dirección de la fuerza de arrastre está indicada por los vectores de arrastre.
El objeto con perfil de ala parte el flujo de moléculas de agua al entrar en él. Algunas moléculas son empujadas debajo del objeto y otras son empujadas por encima de él. (Flujos de moléculas también son empujados a cada lado del objeto, aunque no se aprecia en esta ilustración bidimensional.) Dado que el ritmo del flujo que fluye por debajo del objeto con perfil de ala se frena un poco, las moléculas de agua se amontonan mucho y aumenta la presión debajo del objeto. Al mismo tiempo, el ritmo del flujo aumenta por encima del objeto. Las moléculas del agua están menos apretadas, lo que causa una reducción de la presión por encima del objeto. Como resultado de este diferencial de presión, el objeto es empujado hacia arriba desde abajo donde la presión es mayor (+) hasta arriba donde la presión es menor (-). Sustentación o elevación es el término utilizado para designar esta fuerza que empuja.
Es una pena que se haya utilizado el término sustentación para identificar esta fuerza que empuja porque las fuerzas de sustentación no siempre actúan en una dirección ascendente. Las fuerzas de sustentación pueden actuar en cualquier dirección que es perpendicular a la fuerza de arrastre. La ilustración de la figura 1.1b muestra cómo se podría producir una sustentación hacia delante si el mismo objeto con perfil de ala es-tuviera desplazándose hacia abajo en lugar de hacia delante. Hablaré más sobre este tema más adelante en este capítulo.
Figura 1.1. La fuerza de sustentación: (a) en una dirección ascendente y (b) en una dirección de avance.
Nadie ha identificado todavía con certeza la manera en que los nadadores se propulsan a través del agua. Sólo tenemos teorías, y han variado de manera considerable a lo largo de los años. Presentaré un breve resumen de las varias teorías de la propulsión en la natación que se han propuesto a lo largo de los años antes de describir la teoría que yo he adoptado.
Figura 1.2. La teoría de la propulsión parecida a la de una rueda de vapor.
A principios de siglo, las tentativas de describir la propulsión en la natación humana compararon los movimientos de los brazos de los nadadores con los de remos y ruedas de vapor. Se creía que los brazos, totalmente extendidos, se movían con un patrón semicircular que asemejaba el movimiento de un remo o de una rueda de vapor, una forma de propulsión parecida a la de una rueda de vapor ilustrada en la figura 1.2. Esta descripción no se basó en la aplicación de ningún principio físico ni en observaciones subacuáticas de los movimientos reales del nadador durante la brazada; se basó sencillamente en las formas de propulsión acuática que existían en aquel momento. Esta teoría sobrevivió durante varias décadas sin ser estudiada de forma seria.
Algunos científicos y entrenadores de natación empezaron a tratar de definir los principios físicos que controlaban la propulsión en la natación humana al final de los sesenta. De entre los entrenadores de natación, los más destacados eran el Dr. James E. Counsilman, de la Universidad de Indiana, y Charles Silvia, de Springfield College. Como resultado de sus observaciones subacuáticas ambos afirmaron que los nadadores no realizaban las brazadas en forma de rueda de vapor con brazos rectos, sino que flexionaban y extendían sus brazos de forma alternativa durante las fases subacuáticas de los diversos estilos competitivos. En publicaciones diferentes, ambos sugirieron que los nadadores estaban realizando sus brazadas de esta manera para utilizar el tercer principio del movimiento de Newton como mecanismo propulsor (Counsilman, 1968; Silvia, 1970).
El tercer principio del movimiento de Newton afirma que cada acción (fuerza) de un objeto producirá una reacción (fuerza contraria) de igual magnitud en la dirección opuesta. Cuando se aplica a la propulsión en la natación, este principio significa que cuando los nadadores utilizan la fuerza muscular para empujar el agua hacia atrás, esta acción crea una fuerza contraria de igual magnitud que les propulsa hacia delante. Por lo tanto, ellos creían que los nadadores aceleraban su cuerpo hacia delante empujando el agua hacia atrás. Además, creían que la cantidad resultante de propulsión efectiva estaba directamente relacionada con la cantidad de agua que empujaban hacia atrás y la distancia que ésta recorría.
Figura 1.3. Un ejemplo de la teoría del arrastre propulsor, utilizando un empujón horizontal hacia atrás para crear la propulsión efectiva.
Como resultado de este razonamiento, se aconsejó a los nadadores de esta época que utilizasen las manos y los brazos como palas para tirar y luego empujar el agua hacia atrás a la mayor distancia posible. También se les aconsejó que, cuando fuera posible, mantuviesen las manos directamente debajo de la línea media del cuerpo el mayor tiempo posible. Les enseñaron a hacer esto flexionando los brazos en el codo durante la primera mitad de la brazada subacuática y luego extendiéndolos en la segunda mitad. En la figura 1.3 se presenta un ejemplo de cómo se utilizaba el empuje horizontal hacia atrás en el estilo libre.
Durante los primeros tiempos de la teoría de la propulsión utilizando los brazos como palas, los expertos afirmaron que empujar el agua en cualquier dirección que no fuera hacia atrás haría que el cuerpo se desviase de su trayectoria hacia delante, lo que aumentaría la resistencia que encontrara y reduciría la velocidad de avance. Muchos expertos, incluyendo Counsilman y Silvia, revisaron su opinión cuando las películas subacuáticas de nadadores de elite mundial revelaron que no desplazaban sus manos directamente hacia atrás por debajo de la línea media del cuerpo durante la fase propulsora de la brazada subacuática, sino que, en estilo libre y mariposa, sus manos se desplazaban siguiendo una trayectoria tridimensional en forma de S, bajando hacia abajo y hacia dentro de su cuerpo en la primera mitad de la brazada subacuática y luego subiendo y moviéndose hacia fuera durante la segunda mitad. La figura 1.4 muestra una vista inferior de esta trayectoria en forma de S en el estilo libre. Sus manos también seguían una trayectoria en forma de S nadando espalda, pero en este caso se desplazaban hacia abajo, hacia arriba y hacia atrás para volver al lado del cuerpo. En braza sus manos trazaban la primera mitad de la forma en S, pero luego se desplazaban hacia delante antes de terminar el resto del movimiento en forma de S. En mariposa, las manos trazaban una trayectoria de doble S.
Counsilman razonó que los nadadores movían sus manos en trayectorias con forma de S porque el hecho de empujar varios puñados de agua en direcciones mayormente hacia atrás una corta distancia produciría más propulsión que empujar un solo puñado de agua hacia atrás una mayor distancia. La razón era que el agua gana momento una vez que se mueve, por lo tanto, la única manera que tendrían los nadadores de poder seguir acelerando el agua hacia atrás, y acelerando el cuerpo hacia delante, sería aumentar la velocidad hacia atrás de los miembros por encima de la velocidad del agua que se desplazaba en esa misma dirección. Tendrían que empujar los brazos hacia atrás con una velocidad cada vez mayor desde el principio hasta el final de la brazada subacuática si querían seguir acelerando el cuerpo hacia delante. Evidentemente, esto requeriría un esfuerzo considerable y predispondría a los nadadores a sufrir una fatiga precoz.
En cambio, estos grandes aumentos de la velocidad de los miembros no serían necesarios para acelerar el cuerpo hacia delante si los nadadores cambiasen periódicamente la dirección de sus manos durante la brazada subacuática. Cambiar la dirección de la mano les permitiría sacarla del agua que previamente habían acelerado hacia atrás y meterla en agua tranquila o que se desplazaba lentamente, que podrían acelerar en direcciones mayormente hacia atrás con menos esfuerzo muscular. Por lo tanto, podrían ganar más propulsión con menos fuerza muscular utilizando una brazada subacuática en forma de S.
Los críticos de esta teoría argumentaban que los componentes laterales, descendentes y ascendentes de estas trayectorias en forma de S aumentarían el arrastre y, por lo tanto, reducirían la propulsión. Los defensores de la teoría replicaban diciendo que la fuerza propulsora neta sería mayor durante cada brazada a pesar de los movimientos laterales y verticales de los brazos. Esta noción de que se puede producir más fuerza propulsora con movimientos que contienen algunos componentes laterales y verticales que con movimientos que se dirigen directamente hacia atrás es importante. Aprenderás más tarde que los nadadores no pueden y no deben dirigir la brazada directamente hacia atrás para propulsar el cuerpo hacia delante, incluso cuando aplican el principio de Newton de acción y reacción.
Figura 1.4. Una nadadora de estilo libre vista desde abajo desplazando su mano en una trayectoria propulsora en forma de S durante la fase propulsora de la brazada subacuática.
Las trayectorias de las brazadas ilustradas en las figuras 1.2, 1.3 y 1.4 son trayectorias punteadas de forma hipotética de los movimientos subacuáticos de las manos de nadadores, y, como tales, son defectuosas porque muestran las manos desplazándose hacia atrás en relación con el cuerpo. Como se mencionó en la introducción a la primera parte de este libro, la falacia de presentar las trayectorias de brazadas de esta forma es que los nadadores parecen quedarse en el mismo sitio mientras que los brazos se desplazan a lo largo del cuerpo. En realidad, por supuesto, el cuerpo está siempre desplazándose hacia delante cuando nadan, así que los brazos se desplazan hacia atrás significativamente menos de lo que se indica en estas figuras.
Brown y Counsilman (1971) fueron los primeros en mostrar las direcciones reales de las manos de los nadadores durante las brazadas subacuáticas. En su estudio pionero, filmaron a nadadores en una piscina oscura con una luz atada a los dedos de la mano. Cuando se reveló la película, las trayectorias de brazada descubiertas en estas películas cinematográficas eran bastante diferentes de cualquiera que se había visto con anterioridad. Mostraron a los nadadores haciendo movimientos diagonales de brazada con las manos desplazándose en direcciones más laterales y verticales que hacia atrás. Sus resultados fueron verificados después en varios estudios que mostraron a los nadadores utilizando trayectorias de brazada circulares con componentes laterales y verticales que superaban los movimientos de las manos dirigidos hacia atrás (Plagenhoff, 1971; Barthels y Adrian, 1974; Belokovsky e Ivanchenko, 1975; Schleihauf, 1978; Czabanski y Koszyczyc, 1979; Reischle, 1979; Schleihauf et al., 1984; Hinrichs, 1986; Luedtke, 1986; Maglischo et al., 1986). A diferencia de las trayectorias de brazada dibujadas en relación con los cuerpos estacionarios, las trayectorias captadas en película por Brown y Counsilman mostraron los movimientos reales de las manos de los nadadores durante sus brazadas subacuáticas. Se ilustran las trayectorias típicas de la brazada para los cuatro estilos competitivos, dibujadas en relación con un punto fijo en la piscina, en la figura 1.5.
Figura 1.5. Trayectorias de la brazada de los cuatro estilos competitivos dibujadas en relación con un punto fijo: (a) vista lateral y (b) frontal del estilo libre; (c) vista lateral de espalda; (d) vista inferior de mariposa, y (e) vista frontal de braza.
Brown y Counsilman creyeron que los componentes laterales y verticales de los movimientos de las manos de los nadadores, dada su magnitud, tenían que ser propulsores, y, por lo tanto, dudaron de que el principio de Newton de acción y reacción pudiese ser el principal mecanismo de la propulsión en la natación humana. En su búsqueda de un principio físico que explicase cómo los movimientos laterales y verticales de los miembros podrían generar propulsión, adoptaron el teorema de Bernoulli que describiré a continuación.
Daniel Bernoulli era un científico suizo que fue el primero en identificar la relación inversa entre la velocidad del flujo de un fluido y la presión. Encontró que, para un fluido ideal, la presión era menor cuando el fluido fluía rápidamente, y era ma yor cuando el fluido tenía menor velocidad. El teorema de Bernoulli proporciona una explicación de la forma en que se producen las fuerzas de sustentación cuando objetos con perfil de ala se desplazan a través de fluidos, o cuando estos fluyen alrededor de dichos objetos. El teorema de Bernoulli se explica mejor con respecto a la aerodinámica. Sin embargo, el ejemplo también puede aplicarse a la hidrodinámica porque tanto el aire como el agua son fluidos.
Cuando un avión se desplaza hacia delante, el movimiento relativo de las corrientes de aire inmediatamente delante del ala irá hacia atrás, ejerciendo una fuerza de arrastre que actúa en dirección contraria a la del desplazamiento del avión. El ala debe separar las corrientes de aire para poder pasar a través de ellas. Como consecuencia, algunas de las corrientes pasan por encima del ala mientras que otras pasan por debajo. En la figura 1.6, el movimiento de esta corriente se ilustra con las pequeñas flechas que representan el flujo relativo del aire.
Las alas están dispuestas de manera que la velocidad del aire que pasa por encima de ellas es mayor que la que pasa por debajo. Dado que la superficie superior del ala es redondeada y, por lo tanto, más larga que la inferior, la velocidad del aire que fluye por encima debe acelerar para llegar a la parte trasera del ala al mismo tiempo que el aire que fluye por debajo. Según el teorema de Bernoulli, este aumento de la velocidad causa que las moléculas del aire que pasan por encima del ala se separen, reduciendo así la presión en relación con la presión del aire que pasa por debajo. Los objetos tienden a desplazarse desde áreas de presión alta a áreas de presión baja, así que una vez que el diferencial de presión entre la superficie superior y la inferior del ala es lo bastante grande empujará el avión hacia arriba y lo mantendrá en el aire. Como se indicó anteriormente, la fuerza ascendente ejercida por este diferencial de presión se llama sustentación y, como se ilustra en la figura 1.6, se ejerce perpendicularmente a la dirección de la fuerza de arrastre.
Figura 1.6. Un ejemplo del papel desempeñado por el teorema de Bernoulli en el vuelo de un avión.
Counsilman y Brown sugirieron que, como la mano humana tenía forma de ala, podría utilizarse para producir sustentación de una manera similar a la que se obtiene con objetos con perfil de ala. Un ejemplo de la manera en que la propulsión en la natación podría resultar de la aplicación del teorema de Bernoulli se muestra en la figura 1.7.
Figura 1.7. La aplicación del teorema de Bernoulli a la propulsión en la natación.
La ilustración de la figura 1.7 muestra la vista inferior de un nadador de mariposa desplazando sus manos hacia atrás y hacia dentro por debajo de su cuerpo. Al hacerlo, las fuerzas de arrastre indicadas por el vector de arrastre por encima de la mano izquierda del nadador se ejercerán en la dirección opuesta al desplazamiento de sus manos. Según el teorema de Bernoulli, el agua que fluye por encima de las superficies superiores más largas de las manos del nadador (ilustrada por las flechas pequeñas por encima de la mano izquierda del nadador) será acelerada de manera que llegará al lado del meñique de la mano del nadador al mismo tiempo que el agua que fluye por debajo de su mano (ilustrada por la flecha grande debajo de la mano izquierda del nadador). Como consecuencia, la presión del agua será más baja por encima de las manos del nadador, donde fluye más rápidamente, que por debajo de sus manos, donde el agua fluye más lentamente. Esta diferencia de presión se indica con los signos + y – debajo y encima de la mano del nadador. Estos diferenciales de presión producen fuerzas de sustentación que, como sabemos, actúan perpendicularmente a la dirección de las fuerzas de arrastre. La dirección de la fuerza de sustentación se indica en el vector de sustentación por encima de la mano izquierda del nadador.
La situación en cuanto a la propulsión en la natación humana es algo más complicada de lo que se indicó en el ejemplo simplificado del avión en la figura 1.6 (véase página 19). El movimiento hacia delante del nadador, llamado propulsión o fuerza resultante en la figura 1.7 (página 19), es causado realmente por una combinación de las fuerzas de sustentación y arrastre producidas por el cuerpo del nadador. Sus manos se desplazan diagonalmente hacia atrás, causando la producción de fuerzas de sustentación y arrastre en una dirección diagonal hacia delante y no directa. La combinación de partes de estas dos fuerzas produce un componente de fuerza que apunta directamente hacia delante. Ésta es la fuerza que acelera al nadador hacia delante. (Recuerda, ya que esta ilustración es de la vista inferior del nadador, que el vector que apunta hacia arriba realmente representa una fuerza que apunta hacia delante.) Para ser totalmente exacto, la fuerza propulsora se ejerce realmente contra la mano y el brazo del nadador. Sin embargo, cuando éste resiste esa fuerza manteniendo el empuje de sus manos hacia dentro y hacia atrás, la fuerza propulsora se transfiere a su cuerpo suspendido, que acelera hacia delante pasando al lado de sus brazos.
El teorema de Bernoulli ha ganado una amplia aceptación durante las últimas dos décadas porque proporcionaba una razón científica que explica los movimientos diagonales de brazada que utilizaban los nadadores. Sin embargo, recientemente, varios expertos han llegado a dudar de su aplicación a la propulsión en la natación humana. Algunas investigaciones de los últimos años sugieren que el teorema de Bernoulli no está implicado en la propulsión en la natación en absoluto.
La principal crítica relacionada con el teorema de Bernoulli es que puede que no se aplique a la propulsión en la natación humana. El teorema de Bernoulli sólo se aplica cuando el flujo del agua por encima de la superficie superior de un objeto con perfil de ala permanece unido al objeto, es decir, si el agua pudiera pasar por encima del objeto con perfil de ala sin que se separase la capa límite. La capa límite consiste en las moléculas de agua que permanecen en contacto con un objeto que se desplaza a través de ellas. Una capa límite intacta indica una baja turbulencia y baja presión, que resulta en un mayor diferencial de presión entre la superficie inferior del objeto con perfil de ala donde la presión es mayor y la superficie superior donde la presión es menor. Cuando aumenta la turbulencia, las moléculas de agua se separan de la superficie superior del objeto con perfil de ala y se dice que la capa límite se ha separado. Por lo tanto, una capa límite separada indica turbulencia y un aumento de la presión por encima del objeto. A su vez, esto reduce el diferencial de presión entre las superficies inferior y superior del objeto y reduce la fuerza de sustentación. Como consecuencia, una capa límite intacta o unida es esencial para que se produzcan fuerzas de sustentación según el mecanismo de Bernoulli. Cuando la capa límite se separa, ya no existen las condiciones necesarias para que el mecanismo de Bernoulli pueda producir la fuerza de sustentación.
Actualmente existen bastantes pruebas de que los miembros de los humanos no son, y nunca han sido, suficientemente lisos ni parecidos a objetos con perfil de ala para permitir que el flujo del agua permanezca adherido a la superficie superior de las manos del nadador al pasar alrededor de ellas. Por lo tanto, es dudoso que el mecanismo de Bernoulli sea responsable de la propulsión en la natación. Por el momento, describiré los resultados de algunas investigaciones que tienden a desacreditar el teorema de Bernoulli como mecanismo propulsor. Sin embargo, antes de hacerlo, me gustaría describir cómo se miden los ángulos de ataque de las manos porque estaré refiriéndome a ellos regularmente a lo largo de este y otros capítulos.
Ángulos de ataque. El ángulo de ataque de las manos ha sido un tema que ha merecido mucha atención en relación con el teorema de Bernoulli. La razón ha sido que se creía que el ángulo de ataque desempeñaba un papel importante en la creación del diferencial de presión entre las superficies inferior y superior de la mano que causaba la producción de la fuerza de sustentación. El ángulo de ataque es el ángulo formado por la inclinación de la palma de la mano hacia la dirección en la que se desplaza por el agua. Por ejemplo, con un ángulo de 90º, la palma de la mano estaría mirando directamente en la dirección en la que se está desplazando. Con un ángulo de 0º, el borde de la mano, sea el borde del pulgar o el borde del meñique, estaría mirando en la dirección en la que se desplaza la mano.
La ilustración de la figura 1.8 presenta un ejemplo de cómo se mide el ángulo de ataque. Es importante saber cómo se desplaza la mano por el agua para poder comprender este valor. Saber qué parte de la mano está en cabeza y pasa primero por una sección de agua y, por lo tanto, qué parte va atrasada de manera que pasa la última por la sección de agua determina la dirección de la fuerza de arrastre y, por consiguiente, la dirección de la fuerza de sustentación. Como se mencionó anteriormente, se creará una fuerza de arrastre en la dirección opuesta a la dirección que lleva la mano en el agua. Para los movimientos hacia dentro, el borde del pulgar será la parte que va en primer lugar. Es decir, que el pulgar pasará primero por una sección de agua y el meñique pasará último por esa misma sección. Por lo tanto, la dirección de la fuerza de arrastre se ejercerá por la mano desde el pulgar hasta el meñique. En cambio, durante los movimientos hacia fuera el meñique irá en primer lugar y la fuerza de arrastre se ejercerá desde el meñique hacia el pulgar. De igual manera, las yemas de los dedos formarán el borde de la mano que va primero durante el primer movimiento descendente del brazo al principio de la brazada subacuática en el estilo libre y espalda. En otras palabras, las yemas de los dedos pasarán primero por una sección de agua y la parte de la palma próxima a la muñeca pasará por dicha sección en último lugar, de manera que la fuerza de arrastre irá desde las yemas de los dedos hacia las muñecas. Durante los movimientos ascendentes del brazo, la parte de la palma próxima a la muñeca pasará primera por el agua, seguida del resto de la mano y los dedos, y la fuerza de arrastre irá desde las muñecas hacia las yemas de los dedos.
Figura 1.8. Vistas lateral e inferior del nadador de estilo libre terminando la fase propulsora de su brazada subacuática. El nadador ilustra el ángulo de orientación del movimiento hacia atrás en (a) y el ángulo de ataque en (b).
El agua no fluye siempre directamente debajo del centro de la palma desde el borde de ataque hasta el de salida, sino que normalmente fluye siguiendo un ángulo. La dirección del flujo de esta agua se denomina el ángulo de orientación. La línea que recorre la parte dorsal del antebrazo del nadador y atraviesa su palma en la figura 1.8a muestra este ángulo de orientación. La mano del nadador está desplazándose hacia fuera, hacia arriba y hacia atrás, y su mano está angulada hacia fuera y hacia arriba. Por lo tanto, el flujo relativo del agua baja por la palma del nadador, del borde de la muñeca del lado del meñique hacia las yemas de sus dedos del lado del pulgar.
El ángulo de ataque de la mano indica su inclinación en la dirección del flujo relativo del agua al pasar por la palma. Los dibujos en la figuras 1.8a y b indican que el nadador está utilizando un ángulo de ataque de 50º. El ángulo de ataque es una medida tridimensional y, por lo tanto, no puede representarse con precisión en dos dimensiones. Por esta razón, la posición de la mano se muestra desde la vista lateral y la inferior.
Terminada esta explicación, volveré a describir algunos de los estudios que critican el principio de Bernoulli como mecanismo propulsor. Me gustaría describir cuatro de ellos. El primero fue una tesis de master dirigida por Ferrell en la Universidad Estatal de Cortland. El segundo es de un científico de cohetes y padre de nadador llamado Bixler. El tercer estudio fue dirigido por Holt y Holt en la Universidad de Dalhousie, y el cuarto y más reciente fue dirigido por Toussaint y colaboradores del Instituto para la Ciencia Fundamental y Clínica del Movimiento Humano de Ámsterdam.
La investigación de Ferrell